дугах, то в столь незначительных размерах, что не имеет практического значения. Анодное падение в сварочных дугах (стальной электрод) составляет 6—8 в. Оно не зависит от длины и напряжения дуги и остается постоянным. Постоянна и мощность анодной области. Протяженность анодной области — порядка длины свободного пробега частицы. Плотность тока на аноде — обычно около нескольких тысяч ампер на квадратный сантиметр. Температура анода близка к температуре кипения его материала. Объемный заряд у поверхности анода создается избытком электронов. Общая мощность, освобождаемая на аноде,

Ган = 1лиаи,(111.23)

где /д — ток дуги;

£/ан — напряжение на аноде.

Характеристики дуги. Дуга — весьма эффективный источник тепла при сварке. Сварочная дуга с плавящимся металлическим электродом в различных случаях эффективно отдает на нагрев и плавление основного металла 60 — 80% энергии, полученной от источника тока. Потери энергии идут на излучение дуги в окружающее пространство, на теплопроводность металла, уносятся вместе с брызгами металла.

Дуга четко разграничивается на три области — катодную, столб и анодную, характеризуемые падениями напряжения 11 к. Ост, иан. Соответственно и мощность дуги можно разделить на три части:

»7Д - 1дил = /д (£/к -|- и„ + иаи).(111.24)

Падения напряжений 1)к и иан не зависят от длины дуги, 0'ст пропорционально длине дуги Ь: £/ст = М,, где Ь — градиент напряжения в столбе, в!мм. Поэтому мощность дуги можно выразить и так:

П7Д== 1л(а + Ы),(Ш.25)

а = 1/к + иа„;

Ь— длина дуги, мм. Эта форма удобнее, так как значительно легче измерить сумму ик 4- иаи, чем эти величины в отдельности.

Сумму катодного и анодного падения напряжений можно найти, постепенно уменьшая длину дуги и замеряя напряжение при минимальной ее длине, когда падением в столбе можно пренебречь. Отдельные же величины, входящие в выражение мощности дуги, определяют так. Катодное падение ик часто принимают равным потенциалу ионизации газа. Потенциал паров железа 6/;Ре=7,83, воздуха — £/(возд=14в. Если нет точных измерений (довольно трудно выполнимых), то в среднем часто берут ик = 10 в. Для анодного падения напряжения, сильно меняющегося в зависимости от разных обстоятельств, при обычной ручной сварке стальным электродом часто принимают с7ан = 6 -г- 8 в. Таким образом», сумму

4Лс + £Лш можно принять равной 16—18 е. Что касается столба, то градиент напряжения в нем можно принять 2—3 в!мм, в среднем — 2,5 в/мм. Таким образом, напряжение дуги длиной 6 мм будет 10 + 8 + 2,5 • 6 = 33 в. Распределение напряжения по длине дуги имеет вид, показанный на рис. 37.

Для исследований и практического применения чрезвычайно важна вольт-амперная характеристика дуги С/д = / (/) (рис. 38). Вольт-амперная характеристика показывает, что дуга как вид газового разряда является нелинейным сопротивлением и не подчиняется закону Ома.

Области применения дуги весьма обширны, весьма различны условия ее существования и, конечно, столь же различны и ее характеристики. На рис. 38 изображена некоторая «средняя» характеристика, относящаяся, примерно, к ручной сварке стальным элек-

Рис. 37. Распределение напряжения по длине дуги.

100 200 300 400 500 l.a

Рис. 38. Вольт-амперная характеристика сварочной дуги.

тродом. В характеристике можно условно различить три области: /, // и ///. Область / — это малые токи. Здесь — падающая характеристика, так как с увеличением тока увеличивается объем разогретого газа и степень его ионизации, поэтому проводимость дуги возрастает быстрее тока и напряжение на ней падает. Область // — это средние токи, пологая характеристика. С увеличением тока здесь пропорционально увеличивается и сечение столба. Падение напряжения на нем остается постоянным, как и все напряжение дуги. Сила тока устанавливается регулированием источника питания. Область III — это большие токи, возрастающая характеристика, степень ионизации высока. С увеличением силы тока сечение столба становится недостаточным, сопротивление его возрастает, падение напряжения на столбе и все напряжение дуги возрастает. Напряжение приближается к линейному и возрастает с увеличением тока. Все три вида характеристик встречаются на практике. Изучение характеристики дает ценные сведения о свойствах дуги.

При заданной длине дуги L возможно, вообще говоря, бесконечное число вариантов дугового разряда, отличающихся напряжением дуги, температурой газа, диаметром столба, размерами электродных