Потоки в сварочных дугах

Плазменные струи существуют в дуге в виде потоков пара, газа и их смеси.

При малых токах (I_д<30A) плазменные струи вызываются подъёмными силами, возникающими из-за меньшей плотности плазмы по сравнению с окружающей средой. То есть для слаботочных дуг действует конвективный механизм, что породило название «дуга».

При больших токах возникает гидродинамическое течение от стержневого катода к плоскому аноду (для W дуг), называемое катодной струей. Газовый поток входит в дугу в районе катода, нагревается, ионизируется, пересекает дугу в продольном направлении и при достижении анода растекается по нему.

Давление в дуге возникает под действием электромагнитных сил (сил Лоренца). Радиальное сжатие (пинч-эффект) обратно пропорционально сечению, по которому течет ток. Для дуги со стержневым катодом и плоским анодом давление постепенно убывает от катода к аноду.

а) Катодная струя (СНЭ-TIG)

,где =4π·10^-7 Гн/м- магнитная проницаемость вакуума.

P₁>P₂ и возникает осевая составляющая.

Распределение анодного падения напряжения столба дуги в центре пятна объясняется нейтрализующим действием катодной струи.

б ) Анодная струя обуславливается тем, что R_a<R_ст, а также потоком паров металла анода. Для сварочной дуги доля испаряющегося металла анода может составлять ≤ 10% объёма расплавленного металла сварочной ванны. Скорость паров достигает десятков метров в секунду.