Почему при дуговой сварке плавится только верхушка электрода?

Я видел на YouTube некоторых людей, выполняющих дуговую сварку с помощью «расходных электродов». На первый взгляд, я увидел, что ток течет через весь электрод и заготовку, и мой вопрос вытекает из этого факта.

Я думаю, что заготовка не плавится, потому что она обычно намного больше, чем электрод, поэтому она может рассеивать тепло намного быстрее. Хотя электрод тоньше, и я не понимаю, почему весь электрод не плавится, если ток, протекающий через него, достаточно высок, чтобы расплавить кончик электрода.

Я думал об этом, и я думаю, что это как-то связано с тем, что контактное сопротивление на конце электрода отличается от сопротивления материала электрода. Причина в том, что мощность, которая каким-то образом пропорциональна генерируемому теплу, должна быть

Сопротивление электрода не то, что нагревает вещи - это сопротивление ионизированного воздуха в дуге!

Следовательно, вещи рядом с дугой становятся горячими, а вещи дальше - нет.

Когда электрод подносится близко к обрабатываемой детали, воздушный зазор сужается до такой степени, что возникает искра, когда напряженность электрического поля (например, в вольтах на метр) возрастает достаточно высоко, чтобы ионизировать промежуточные молекулы воздуха.

Ионизированный воздух - это плазма с очень высокой температурой - достаточно высокой, чтобы расплавить электрод и материал заготовки.

Пока сварщик поддерживает зазор правильной длины, напряженность электрического поля будет достаточно высокой, чтобы ионизировать воздух в зазоре и расплавить близлежащий материал сварочного стержня и заготовки. Некоторый металл также может газифицировать и превращаться в плазму, и, таким образом, способствовать образованию дуги.

Если зазор станет слишком большим, то плазма прекратится вместе с любой сваркой.

Любой, кто работал со сварщиком палки (тот, который использует сварочные электроды) может сказать вам, что если зазор становится слишком маленьким, вы можете прикоснуться стержнем к заготовке, вы можете создать достаточно плазмы во время контакта, чтобы сварить прут к заготовке. В этот момент у вас есть непрерывный металлический контур без плазмы. Он будет проводить то же количество тока, что и при правильной сварке, но без плазменной дуги ничего не расплавится.

Ни одно из этих объяснений не имеет ничего общего с сопротивлением плазмы. Это зависит от того, как плазма образуется в ответ на наложенную напряженность электрического поля.

Есть несколько сварочных процессов, которые производят тепло различными способами. Я думаю, что сварка TIG концептуально легче понять, чем сварка палкой или MIG. Это объяснение поможет понять другие процессы сварки, поэтому я начну объяснение сварки TIG.

При TIG-сварке (газовая вольфрамовая дуговая сварка или GTAW) источник сварочного тока подключается к ручной горелке с вольфрамовым наконечником. Отрицательный электрод подключен к горелке. Положительный электрод соединен с обрабатываемой деталью.

Дуга создается цепью в источнике питания, называемой дугогенератором, которая генерирует высокочастотный импульс высокого напряжения между вольфрамовым наконечником и обрабатываемой деталью. У дуги достаточно энергии, чтобы отделить электроны от защитного газа и создать путь ионов, которые проводят электричество от наконечника вольфрама к заготовке. Для сварки TIG обычно используется газ аргон, так как он дешевый, легко ионизируется и тяжелее воздуха, поэтому не пропускает кислород.

Когда ионный путь завершен, источник питания обнаруживает падение напряжения между электродами. Если между электродом и обрабатываемой деталью нет ионизованного пути, разница между вольфрамовым и рабочим электродами может составлять 50 В или более. После инициирования дуги напряжение между электродами упадет примерно до 10 В в зависимости от размера зазора. В этот момент источник питания включает сварочный ток. Сварка Tig производится с постоянным током питания.

Дуга поддерживается резистивным нагревом защитного газа. Ионизированный газ действует как резистор, где тепло зависит от напряжения на зазоре и тока через него. Сильный ток через ионизированный газ рассеивает столько тепла, что газ остается достаточно горячим, чтобы оставаться плазмой и продолжать проводить.

Однако тепло не равномерно распределяется по дуге. В этой конфигурации, которую я только что описал, электроны фактически выходят из вольфрамового наконечника и ударяются о заготовку. Это заставляет тепло концентрироваться на обрабатываемой детали. Если бы я поменял полярность электродов и соединил минус с заготовкой, а минус с горелкой, я бы получил противоположный эффект. Я все еще получал бы дугу и много тепла, но тепло было бы сосредоточено на наконечнике, а не на части, которую я пытался сварить. Это привело бы к тому, что наконечник таял в шар и падал Вольфрам используется для наконечника, так как он имеет самую высокую температуру плавления среди металлов. При сварке TIG вы не хотите, чтобы электрод плавился и становился частью сварного шва, а при других типах сварки.

В MIG-сварке (газовая дуговая сварка или GMAW) это то, что вам нужно. При сварке МИГ электрод представляет собой проводящую проволоку, которая подается с катушки с высокой скоростью. Проволока плавится и становится частью сварного шва. Полярность меняется на противоположную, чтобы провод был положительным, а заготовка - отрицательной. Вам не нужен дуговой стартер с MIG.

Когда вы нажимаете на курок сварочной горелки, механизм подачи проволоки начинает выталкивать проволоку. Когда провод соприкасается с работой, провод действует как резистор и нагревается. Чем дольше будет протяжка провода, тем больше будет сопротивление, и на нем будет падать напряжение.

Из-за высокого тока, протекающего через проволоку, проволока расплавится и снова сгорит. Это создает небольшой зазор между работой и проводом, где есть достаточное напряжение для ионизации. Это создает дугу. Не вдаваясь в специфику различных процессов MIG (короткое замыкание, капание и распыление), этот процесс практически повторяется. Провод соприкасается. Нагревается и тает обратно. Ударяет дугу, затем снова вступает в контакт. И т.п.

Заготовка обычно тоже должна плавиться (но не слишком сильно, иначе вы получите прорыв материала), иначе у вас не будет прочного механического соединения. Вы учитываете толщину, тепловую массу и теплопроводность заготовки, регулируя ток и скорость подачи материала. И, как уже говорил Маркус Мюллер: дело не в сопротивлении электродов.