2.1.3. Вольт-амперная характеристика дуги

Для газового разряда сопротивление не является постоянным (R ≠const), так как число заряженных частиц в нем зависит от ин­тенсивности ионизации и, в частности, от силы тока. Поэтому электрический ток в газах, как правило, не подчиняется закону Ома и вольт-амперная характеристика газового разряда обычно является нелинейной.

В зависимости от плотности тока вольт-амперная харак­теристика дуги может быть падающей, пологой и возрастающей (рис. 2.5). В области I при малых токах (примерно до 100 А) с увеличением тока дуги I_д интенсивно возрастает число заряжен­ных частиц главным образом вследствие разогрева и роста эмиссии катода, а, следовательно, и соответствующего ей роста объемной ионизации в столбе дуги. Сопротивление столба дуги уменьшается и падает нужное для поддержания разряда напряжение U_д; вольт-амперная характеристика дуги является падающей.

В области II при дальнейшем росте тока и ограниченном сече­нии электродов столб дуги несколько сжимается и объем газа, уча­ствующего в переносе зарядов, уменьшается. Это приводит к меньшей скорости роста числа заряженных частиц. Напряжение дуги в этой области слабо зависит от тока, а вольт-амперная харак­теристика является пологой. Первые две области на рис. 2.5 опи­сывают сварочные дуги с так называемым отрицательным элек­трическим сопротивлением.

Падающая и пологая вольт-амперные характеристики свароч­ных дуг типичны для ручной дуговой сварки штучными электро­дами с покрытием (РД) и газоэлектрической (ГЭ) сварки, а также вообще для сварки при малых плотностях тока, в том числе и ду­гой под флюсом (ДФ).

Сварка при высоких плотностях тока и плазменно-дуговые процессы соответствуют области III на рис 2.5. Они характе­ризуются сильным сжатием столба дуги и возрастающей вольт-амперной характеристикой, что указывает на увеличение энергии, расходуемой внутри дуги.

В сильноточных сжатых дугах степень ионизации газа в столбе дуги может достигать значений, близких к 100 %, а термоэмисси­онная способность катода оказывается исчерпанной. В этом случае увеличение тока практически уже не может изменить числа заря­женных частиц в дуге. Ее сопротивление становится положитель­ным и почти постоянным (R ≈ const). Высокоионизованная сжатая плазма по электропроводности близка к металлическому провод­нику и для нее справедлив закон Ома.