جهد القوس. درجة الحرارة وغيرها من الخصائص الهامة لقوس اللحام

إذا تحدثنا عن خصائص قوس فولت ، فمن الجدير بالذكر أنه يحتوي على جهد أقل من تفريغ الوهج ويعتمد على الإشعاع الحراري للإلكترونات من الأقطاب الكهربائية الداعمة للقوس. في البلدان الناطقة باللغة الإنجليزية ، يعتبر هذا المصطلح قديمًا وعفا عليه الزمن.

يمكن استخدام تقنيات كبت القوس لتقليل مدة الانحناء أو احتمالية حدوثه.

في أواخر القرن التاسع عشر ، استخدم القوس الفولتية على نطاق واسع للإضاءة العامة. تستخدم بعض الأقواس الكهربائية ذات الضغط المنخفض في العديد من التطبيقات. على سبيل المثال ، تستخدم مصابيح الفلورسنت والزئبق والصوديوم ومصابيح الهاليد المعدنية للإضاءة. تم استخدام مصابيح قوس زينون لأجهزة عرض الأفلام.

فتح قوس فولتية

يُعتقد أن السير همفري ديفي وصف هذه الظاهرة لأول مرة في مقال نشر عام 1801 في مجلة الفلسفة الطبيعية والكيمياء والفنون بقلم ويليام نيكولسون. ومع ذلك ، فإن الظاهرة التي وصفها ديفي لم تكن قوسًا كهربائيًا ، بل كانت مجرد شرارة. كتب باحثون لاحقًا: "من الواضح أن هذا ليس وصفًا للقوس ، ولكنه شرارة. وجوهر الأول أنه يجب أن يكون متواصلاً ، ولا يتلامس أقطابه بعد ظهوره. من الواضح أن الشرارة ، التي أنشأها السير همفري ديفي ، لم تكن مستمرة ، وعلى الرغم من أنها ظلت مشحونة لبعض الوقت بعد ملامستها لذرات الكربون ، إلا أنه على الأرجح لم يكن هناك اتصال قوس ، وهو أمر ضروري لتصنيفها على أنها فولت.

في نفس العام ، أظهر ديفي علنًا التأثير أمام الجمعية الملكية من خلال إرسال تيار كهربائي عبر قضيبين من الكربون الملامسين ثم سحبهما لمسافة قصيرة من بعضهما البعض. وأظهرت المظاهرة قوسًا "ضعيفًا" ، يصعب تمييزه عن شرارة ثابتة ، بين نقاط الفحم. زوده المجتمع العلمي ببطارية أكثر قوة من 1000 لوحة ، وفي عام 1808 أظهر ظهور قوس فولتية على نطاق واسع. كما يُنسب إليه اسمه باللغة الإنجليزية (القوس الكهربائي). أطلق عليه اسم قوس لأنه يأخذ شكل قوس صاعد عندما تصبح المسافة بين الأقطاب الكهربائية قريبة. هذا بسبب الخصائص الموصلة للغاز الساخن.

كيف ظهر القوس الفولتية؟ تم تسجيل أول قوس مستمر بشكل مستقل في عام 1802 ووصفه العالم الروسي فاسيلي بتروف في عام 1803 بأنه "سائل خاص بخصائص كهربائية" ، حيث قام بتجربة بطارية من النحاس والزنك من 4200 قرص.

المزيد من الدراسة

في أواخر القرن التاسع عشر ، استخدم القوس الفولتية على نطاق واسع للإضاءة العامة. كان ميل الأقواس الكهربائية إلى الوميض والهسهسة مشكلة كبيرة. في عام 1895 ، كتب هيرتا ماركس أيرتون سلسلة من المقالات عن الكهرباء ، موضحًا أن القوس الفولتية كان نتيجة اتصال الأكسجين بقضبان الكربون المستخدمة في إنشاء القوس.

في عام 1899 ، كانت أول امرأة تلقي محاضرة خاصة بها في معهد المهندسين الكهربائيين (IEE). كان حديثها بعنوان "آلية القوس الكهربائي". بعد ذلك بوقت قصير ، تم انتخاب آيرتون كأول عضوة في معهد المهندسين الكهربائيين. تم قبول المرأة التالية في المعهد منذ عام 1958. التمست آيرتون قراءة محاضرة أمام الجمعية الملكية للعلوم ، لكن لم يُسمح لها بذلك بسبب جنسها ، وقرأ جون بيري آلية القوس الكهربائي مكانها في عام 1901.

وصف

القوس الكهربائي هو النوع ذو الكثافة الحالية الأعلى. يقتصر الحد الأقصى للتيار المتدفق عبر القوس على البيئة الخارجية فقط ، وليس القوس نفسه.

يمكن بدء قوس بين قطبين كهربائيين عن طريق التأين والتفريغ المتوهج عندما يزداد التيار عبر الأقطاب الكهربائية. جهد انهيار فجوة القطب الكهربائي هو وظيفة مشتركة للضغط وتباعد القطب ونوع الغاز المحيط بالأقطاب الكهربائية. عندما يبدأ القوس ، يكون جهده النهائي أقل بكثير من جهد تفريغ التوهج ، ويكون التيار أعلى. يتميز القوس الموجود في الغازات القريبة من الضغط الجوي بالضوء المرئي وكثافة التيار العالية وارتفاع درجة الحرارة. إنه يختلف عن التفريغ المتوهج في نفس درجات الحرارة الفعالة تقريبًا لكل من الإلكترونات والأيونات الموجبة ، وفي تفريغ الوهج ، تتمتع الأيونات بطاقة حرارية أقل بكثير من الإلكترونات.

عند اللحام

يمكن بدء القوس الممدود بواسطة قطبين كهربائيين ، يكونان في البداية على اتصال ومتباعدان أثناء التجربة. يمكن أن يؤدي هذا الإجراء إلى بدء قوس بدون تفريغ توهج عالي الجهد. هذه هي الطريقة التي يبدأ بها عامل اللحام في لحام المفصل عن طريق ملامسة قطب اللحام للكائن على الفور.

مثال آخر هو فصل التلامسات الكهربائية على المفاتيح أو المرحلات أو قواطع الدائرة. في الدوائر عالية الطاقة ، قد يكون من الضروري قمع القوس لمنع تلف جهات الاتصال.

القوس الفولتية: الخصائص

تولد المقاومة الكهربائية على طول قوس مستمر حرارة ، مما يؤدي إلى تأين المزيد من جزيئات الغاز (حيث يتم تحديد درجة التأين حسب درجة الحرارة) ، ووفقًا لهذا التسلسل ، يتحول الغاز تدريجيًا إلى بلازما حرارية ، والتي تكون في حالة توازن حراري ، منذ درجة الحرارة يتم توزيعها بشكل موحد نسبيًا على جميع الذرات والجزيئات والأيونات والإلكترونات. تتشتت الطاقة المنقولة بواسطة الإلكترونات بسرعة مع الجسيمات الثقيلة بسبب الاصطدامات المرنة بسبب حركتها العالية وأعدادها الكبيرة.

التيار في القوس مدعوم بالانبعاث الحراري والميداني للإلكترونات عند الكاثود. يمكن أن يتركز التيار في بقعة ساخنة صغيرة جدًا عند الكاثود - في حدود مليون أمبير لكل سنتيمتر مربع. على عكس التفريغ المتوهج ، فإن القوس له هيكل دقيق لأن العمود الموجب مشرق بدرجة كافية ويمتد تقريبًا إلى الأقطاب الكهربائية في كلا الطرفين. يحدث سقوط الكاثود وسقوط الأنود بعدة فولتات في جزء من ملليمتر من كل قطب كهربائي. يحتوي العمود الموجب على تدرج جهد منخفض وقد يكون غائبًا في أقواس قصيرة جدًا.

قوس منخفض التردد

التردد المنخفض (أقل من 100 هرتز) القوس المتناوب يشبه قوس التيار المستمر. في كل دورة ، يبدأ القوس بانهيار وتغير الأقطاب الكهربائية أدوارها مع تغير الاتجاه الحالي. مع زيادة وتيرة التيار ، لا يوجد وقت كافٍ للتأين مع وجود تناقض في كل نصف دورة ، ولم تعد هناك حاجة إلى الانهيار للحفاظ على القوس - تصبح خاصية الجهد والتيار أكثر أوم.

ضع بين الظواهر الفيزيائية الأخرى

أشكال مختلفة من الأقواس الكهربائية هي خصائص ناشئة لأنماط التيار غير الخطي وأنماط المجال الكهربائي. يحدث القوس في مساحة مملوءة بالغاز بين قطبين موصلين (غالبًا تنجستين أو كربون) ، مما يؤدي إلى درجات حرارة عالية جدًا يمكن أن تذوب أو تبخر معظم المواد. القوس الكهربائي هو تفريغ مستمر ، بينما الشرارة الكهربائية المماثلة لحظية. يمكن أن يحدث القوس الفولتي إما في دوائر التيار المستمر أو في دوائر التيار المتردد. في الحالة الأخيرة ، يمكن أن تضرب بشكل متكرر كل نصف فترة من الجيل الحالي. يختلف القوس الكهربائي عن التفريغ المتوهج في أن كثافة التيار عالية جدًا وانخفاض الجهد داخل القوس منخفض. عند الكاثود ، يمكن أن تصل كثافة التيار إلى ميغا أمبير لكل سنتيمتر مربع.

إمكانات مدمرة

القوس الكهربائي له علاقة غير خطية بين التيار والجهد. بمجرد إنشاء القوس (إما عن طريق التقدم من تفريغ التوهج أو عن طريق لمس الأقطاب الكهربائية لحظياً ثم فصلها) ، تؤدي الزيادة في التيار إلى انخفاض الجهد بين طرفي القوس. يتطلب تأثير المعاوقة السلبية نوعًا من أشكال المعاوقة الإيجابية (مثل الصابورة الكهربائية) ليتم وضعها في الدائرة للحفاظ على قوس ثابت. هذه الخاصية هي السبب في أن الأقواس الكهربائية غير المتحكم فيها في الجهاز أصبحت مدمرة للغاية ، لأنه بعد حدوثها ، سيستهلك القوس المزيد والمزيد من التيار من مصدر جهد ثابت حتى يتم تدمير الجهاز.

الاستخدام العملي

على المستوى الصناعي ، تُستخدم الأقواس الكهربائية في اللحام ، وقطع البلازما ، وتصنيع التفريغ الكهربائي ، كمصباح قوس في أجهزة عرض الأفلام وفي الإضاءة. تستخدم أفران القوس الكهربائي لإنتاج الفولاذ والمواد الأخرى. يتم إنتاج كربيد الكالسيوم بهذه الطريقة ، حيث أن كمية كبيرة من الطاقة مطلوبة لتحقيق تفاعل ماص للحرارة (عند درجات حرارة 2500 درجة مئوية).

كانت مصابيح القوس الكربوني هي الأضواء الكهربائية الأولى. تم استخدامها لإنارة الشوارع في القرن التاسع عشر ولإنشاء أجهزة متخصصة مثل الأضواء الكاشفة قبل الحرب العالمية الثانية. تستخدم الأقواس الكهربائية ذات الضغط المنخفض في العديد من المجالات اليوم. على سبيل المثال ، تُستخدم مصابيح الفلورسنت والزئبق والصوديوم والهاليد المعدني للإضاءة ، بينما تُستخدم مصابيح الزينون القوسية في أجهزة عرض الأفلام.

يعتبر تكوين قوس كهربائي شديد ، مثل وميض القوس الصغير ، أساس أجهزة التفجير. عندما تعلم العلماء ما هو القوس الفولتية وكيف يمكن استخدامه ، تم تجديد مجموعة متنوعة من الأسلحة العالمية بمتفجرات فعالة.

التطبيق الرئيسي المتبقي هو في المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي لشبكات النقل. تستخدم الأجهزة الحديثة أيضًا سداسي فلوريد الكبريت عالي الضغط.

استنتاج

على الرغم من تكرار حروق القوس الفولتية ، إلا أنها تعتبر ظاهرة فيزيائية مفيدة للغاية ، ولا تزال تستخدم على نطاق واسع في الصناعة والإنتاج وإنشاء الأشياء الزخرفية. لديها جمالياتها الخاصة ، وغالبًا ما تظهر صورتها في أفلام الخيال العلمي. القوس الفولتى ليس قاتلاً.

مرحبا لجميع زوار مدونتي. موضوع مقال اليوم هو حماية القوس الكهربائي والقوس الكهربائي. الموضوع ليس عرضيًا ، أنا أكتب من مستشفى Sklifosovsky. يمكنك تخمين لماذا؟

ما هو القوس الكهربائي

هذا نوع من التفريغ الكهربائي في الغاز (ظاهرة فيزيائية). ويسمى أيضًا - تفريغ القوس أو القوس الفولتي. يتكون من غاز مؤين شبه متعادل كهربائيًا (بلازما).

يمكن أن تنشأ بين قطبين عندما يزداد الجهد بينهما ، أو عندما يقترب أحدهما من الآخر.

باختصار عن الخصائص: درجة حرارة القوس الكهربائي ، من 2500 إلى 7000 درجة مئوية. ليست درجة حرارة صغيرة ، ومع ذلك. يؤدي تفاعل المعادن مع البلازما إلى التسخين والأكسدة والذوبان والتبخر وأنواع أخرى من التآكل. يترافق مع إشعاع خفيف ، وموجات انفجارية وصدمية ، ودرجات حرارة عالية للغاية ، واحتراق ، وانبعاث الأوزون وثاني أكسيد الكربون.

هناك الكثير من المعلومات على الإنترنت حول ماهية القوس الكهربائي ، وما هي خصائصه ، وإذا كنت مهتمًا بمزيد من التفاصيل ، فقم بإلقاء نظرة. على سبيل المثال ، في ru.wikipedia.org.

الآن عن حادثتي. من الصعب تصديق ذلك ، لكن منذ يومين واجهت هذه الظاهرة بشكل مباشر ، ولكن دون جدوى. كان الأمر على هذا النحو: في 21 نوفمبر ، في العمل ، تلقيت تعليمات لعمل أسلاك المصابيح في صندوق التوصيل ، ثم توصيلها بالشبكة. لم تكن هناك مشاكل في الأسلاك ، لكن عندما دخلت الدرع ، نشأت بعض الصعوبات. إنه لأمر مؤسف أن الروبوت نسي منزله ، ولم يلتقط صورة للوحة الكهربائية ، وإلا سيكون الأمر أكثر وضوحًا. ربما سأفعل المزيد عندما أذهب إلى العمل. لذلك ، كان الدرع قديمًا جدًا - 3 مراحل ، وحافلة صفرية (ويعرف أيضًا باسم التأريض) ، و 6 آلات أوتوماتيكية ومفتاح حزمة (يبدو أن كل شيء بسيطًا) ، لم تكن الحالة في البداية توحي بالثقة. لقد قاتلت لفترة طويلة بدون إطار ، حيث كانت جميع البراغي صدئة ، وبعد ذلك أضع المرحلة بسهولة على الماكينة. كل شيء على ما يرام ، لقد تحققت من التركيبات ، فهي تعمل.

بعد ذلك ، عدت إلى الدرع لأضع الأسلاك بدقة وأغلقها. أريد أن أشير إلى أن اللوحة الكهربائية كانت على ارتفاع حوالي مترين ، في ممر ضيق وللوصول إليها ، استخدمت سلمًا (سلمًا). أثناء مد الأسلاك ، اكتشفت شرارات على نقاط تلامس الأجهزة الأخرى ، مما تسبب في وميض المصابيح. وبناءً على ذلك ، قمت بمد جميع الاتصالات واستمررت في فحص الأسلاك المتبقية (من أجل القيام بذلك مرة واحدة وعدم العودة إلى هذا بعد الآن). بعد أن وجدت أن جهة اتصال واحدة على الحقيبة ذات درجة حرارة عالية ، قررت تمديدها أيضًا. أخذ مفك البراغي ، واتكأ به على المسمار ، ولفه ، وانفجرت! كان هناك انفجار ، وميض ، رميت إلى الخلف ، وأصطدمت بالحائط ، وسقطت على الأرض ، ولم يكن هناك شيء مرئي (أعمى) ، ولم يتوقف الدرع عن الانفجار والطنين. لا أعرف لماذا لم تنجح الحماية. شعرت بالشرر المتساقط علي ، أدركت أنه يجب علي الخروج. خرجت باللمس ، أزحف. بعد أن خرج من هذا الممر الضيق ، بدأ في الاتصال بشريكه. بالفعل في تلك اللحظة شعرت أن هناك شيئًا ما خطأ في يدي اليمنى (كنت أحمل مفك البراغي بها) ، شعرت بألم رهيب.

سويًا مع شريكي ، قررنا أننا بحاجة إلى الركض إلى مركز الإسعافات الأولية. ما حدث بعد ذلك ، أعتقد أنه لا يستحق الحديث ، لقد دخلوا للتو وذهبوا إلى المستشفى. لن أنسى أبدًا هذا الصوت الفظيع لدائرة كهربائية طويلة - حكة مع ضجيج.

الآن أنا في المستشفى ، أعاني من خدش في ركبتي ، يعتقد الأطباء أنني تعرضت للصعق بالكهرباء ، وهذا هو المخرج ، لذا فهم يراقبون قلبي. أعتقد أنني لم أصب بتيار كهربائي ، لكن الحرق في يدي كان ناتجًا عن قوس كهربائي حدث أثناء ماس كهربائي.

ما حدث هناك ، ولماذا حدث الإغلاق بالنسبة لي ، لم يعرف بعد ، على ما أعتقد ، عندما تم لف المسمار ، وتحرك جهة الاتصال نفسها وحدث إغلاق من مرحلة إلى أخرى ، أو كان هناك سلك مكشوف خلف مفتاح الحزمة ومتى اقترب المسمار القوس الكهربائي... سأكتشف لاحقًا إذا اكتشفوا ذلك.

لعنة ، ذهبت إلى الملابس ، لقد صافحوا يدي حتى أكتب مع ترك واحد الآن)))

لم ألتقط صورة بدون ضمادات ، إنه مشهد مزعج للغاية. لا أريد إخافة المبتدئين الكهربائيين….

ما هي إجراءات حماية القوس الكهربائي التي يمكن أن تحميني؟ بعد تحليل الإنترنت ، رأيت أن أكثر الوسائل شيوعًا لحماية الأشخاص في التركيبات الكهربائية من القوس الكهربائي هي البدلة المقاومة للحرارة. في أمريكا الشمالية ، تحظى الآلات الأوتوماتيكية الخاصة من شركة Siemens بشعبية كبيرة ، والتي تحمي من الأقواس الكهربائية ومن التيار الزائد. في روسيا ، في الوقت الحالي ، يتم استخدام هذه الآلات فقط في المحطات الفرعية ذات الجهد العالي. في حالتي ، سيكون القفاز العازل كافيًا بالنسبة لي ، لكن فكر بنفسك في كيفية توصيل المصابيح بها؟ إنه غير مريح للغاية. أوصي أيضًا باستخدام نظارات السلامة لحماية عينيك.

في التركيبات الكهربائية ، تتم مكافحة القوس الكهربائي باستخدام مفاتيح الفراغ والزيت ، وكذلك استخدام الملفات الكهرومغناطيسية جنبًا إلى جنب مع غرف إطفاء القوس الكهربائي.

كل شيء؟ لا! الطريقة الأكثر موثوقية لحماية نفسك من القوس الكهربائي ، في رأيي ، هي عمل تخفيف التوتر ... لا أعرف عنك لكني لن أعمل تحت الجهد بعد الآن ...

هذه هي مقالتي القوس الكهربائيو حماية القوس الكهربائيينتهي. هل هناك شيء تضيفه؟ اترك تعليقا.

يتم إجراء اللحام بالقوس الكهربائي ، سواء كان يدويًا أو ميكانيكيًا ، باستخدام قوس كهربائي ، وهو في الأساس تفريغ كهربائي. يتميز القوس الكهربائي بتوليد كمية كبيرة من الحرارة والضوء. لاحظ أن درجة حرارة القوس يمكن أن تصل إلى 6000 درجة مئوية.

يجدر الانتباه إلى حقيقة أن الضوء والحرارة المنبعثة من القوس يمكن أن تضر بصحة الإنسان. لذلك ، يتم تنفيذ جميع أعمال اللحام بطريقة اللحام بالقوس بشكل حصري في ملابس العمل وفي قناع أو نظارات واقية تحمي عيون عامل اللحام.

لا يكون قوس اللحام الكهربائي هو نفسه دائمًا ؛ فهناك عدة أنواع منه ، والتي تعتمد على البيئة التي يتم فيها اللحام ، وعلى المنتج المعدني وعوامل أخرى.

أنواع اللحام بالقوس الكهربائي.

إذا تحدثنا عن اعتماد الوسيط والقوس ، فيمكننا التمييز بين الأنواع التالية من التفريغ الكهربائي:

• فتح القوس الكهربائي. يتم لحام المنتجات المعدنية في الهواء الطلق ، دون استخدام غازات خاصة للحماية. يحترق القوس في بيئة تتكون من الهواء المحيط والأبخرة التي تظهر أثناء لحام منتج معدني ، وانصهار القطب أو الأسلاك ، وطبقاتها.
• قوس مغلق. يتكون هذا النوع من القوس من اللحام القوسي المغمور. يحمي خليط الغاز ، الذي يتكون نتيجة خلط الأبخرة من المنتج المعدني الملحوم ، القطب القابل للاستهلاك ، وفي الواقع التدفق ، القوس أثناء اللحام.
• قوس في بيئة الغاز التدريع. في هذه الحالة ، نتحدث عن اللحام في بيئة تسمى غازات التدريع: خاملة أو نشطة (يتم استخدام كل من الغازات النقية ومخاليطها). نتيجة اللحام ، يتم تكوين وسيط غازي يتكون من غاز التدريع وأبخرة معدنية وقطب كهربائي.

مزود الطاقة الكهربائية لقوس اللحام.

يتكون قوس اللحام عند تطبيق تيار كهربائي. لاحظ أنه يمكن تشغيل القوس من مصادر التيار المتردد والتيار المباشر. تعطي مصادر الطاقة المختلفة أنواعًا مختلفة من الأقواس.

عند استخدام التيار المباشر ، يمكنك الحصول على نوعين من القوس: يستخدم اللحامون قوسًا للقطبية المباشرة والعكس. الفرق بين الاثنين هو توصيل الطاقة. لذلك ، مع القطبية المباشرة ، يتم توفير ناقص مباشرة إلى القطب ، بالإضافة إلى المنتج المعدني الذي سيتم لحامه. مع القطبية العكسية ، يكون الاتصال هو الاتجاه المعاكس: يتم تطبيق علامة زائد على القطب ، بينما يتم تطبيق علامة ناقص على المنتج المعدني الملحوم.

لاحظ أيضًا أن المنتج المعدني الملحوم لا يتم تضمينه أحيانًا في الدائرة الكهربائية. في مثل هذه الحالات ، يقولون أنه يتم استخدام قوس غير مباشر ، أي أن التيار يتم توفيره فقط للقطب. إذا كان كل من القطب والمنتج المعدني متصلين بمصدر الطاقة ، في هذه الحالة يتحدثون عن قوس مباشر. تجدر الإشارة إلى أن هذا القوس الكهربائي هو الأكثر استخدامًا ، ونادرًا ما يستخدم عمال اللحام القوس غير المباشر.

قيم الكثافة الحالية لقوس اللحام.

عند لحام المنتجات المعدنية بقوس كهربائي ، يلعب مؤشر الكثافة الحالية أيضًا دورًا مهمًا. في وضع اللحام بالقوس اليدوي العادي ، تكون الكثافة الحالية قياسية ، وهي 10-20 أمبير / مم 2. يحدد عمال اللحام نفس القيمة عند اللحام في بيئة غازات معينة. تُستخدم كثافة تيار عالية ، وهي 80-120 أمبير / مم 2 ، وأيضًا أعلى ، في اللحام شبه الأوتوماتيكي أو أنواع اللحام الأخرى ، التي تتم تحت حماية الغازات أو التدفق.

تؤثر كثافة التيار على جهد القوس. عادة ما يسمى هذا الاعتماد بالخاصية الثابتة للقوس (يتم تصويره بيانياً). لاحظ أنه إذا كانت كثافة التيار صغيرة ، فإن هذه الخاصية تنخفض: أي أن انخفاض الجهد يحدث عندما يزداد التيار ، على العكس من ذلك. ترجع هذه الظاهرة إلى حقيقة أنه مع زيادة قيمة التيار ، تزداد موصلية الكهرباء ، كما تزداد مساحة المقطع العرضي لعمود القوس ، بينما تنخفض كثافة التيار.

عند استخدام الكثافة الحالية المعتادة للحام اليدوي ، يفقد الجهد اعتماده على القيمة الحالية. في هذه الحالة ، تزداد مساحة العمود بما يتناسب مع التيار. لاحظ أيضًا أن الموصلية الكهربائية عمليًا لا تتغير ، كما أن كثافة التيار في العمود تظل ثابتة أيضًا.

كيف يحدث قوس اللحام؟

يحدث قوس اللحام فقط عندما يكون عمود الغاز الموجود بين المنتج المعدني والقطب مؤينًا بدرجة كافية (أي أنه يحتوي على العدد المطلوب من الإلكترونات والأيونات). لتحقيق مستوى طبيعي من التأين ، يتم نقل الكهرباء إلى جزيئات الغاز. نتيجة لهذه العملية ، تبدأ الإلكترونات في الانطلاق. في الواقع ، وسط القوس هو موصل تيار غازي ، له شكل أسطواني دائري.

لاحظ أن القوس الكهربائي نفسه يتكون من 3 مكونات:

• جزء الأنود
• عمود القوس الكهربائي
• جزء الكاثود.

يتأثر مؤشر ثبات القوس الكهربائي أثناء عملية اللحام بالعديد من العوامل ، من بينها جهد الدائرة المفتوحة ، ونوع التيار الكهربائي ، وحجمه ، وقطبيته ، وما إلى ذلك. في عملية اللحام ، يجب مراقبة جميع هذه المؤشرات بعناية وتعيين وضع اللحام بشكل صحيح للطرق المختلفة والمنتجات المعدنية المختلفة.

2.1. طبيعة قوس اللحام

القوس الكهربائي هو أحد أنواع التفريغ الكهربائي في الغازات ، حيث يتم ملاحظة مرور تيار كهربائي عبر فجوة غازية تحت تأثير مجال كهربائي. يسمى القوس الكهربائي المستخدم في لحام المعادن بقوس اللحام. القوس جزء من دائرة اللحام الكهربائي ، وهناك انخفاض في الجهد عبره. في اللحام بالتيار المستمر ، يسمى القطب المتصل بالقطب الموجب لمصدر طاقة القوس بالقطب الموجب ، ويسمى القطب السالب بالكاثود. إذا تم إجراء اللحام على التيار المتردد ، فإن كل من الأقطاب الكهربائية يكون بالتناوب الأنود والكاثود.

الفجوة بين الأقطاب الكهربائية تسمى منطقة القوس أو فجوة القوس. طول فجوة القوس يسمى طول القوس. في ظل الظروف العادية في درجات الحرارة المنخفضة ، تتكون الغازات من ذرات وجزيئات متعادلة وليست موصلة للكهرباء. لا يمكن مرور تيار كهربائي عبر غاز إلا إذا كان يحتوي على جسيمات مشحونة - الإلكترونات والأيونات. تسمى عملية تكوين جزيئات الغاز المشحونة التأين ، ويطلق على الغاز نفسه اسم التأين. يرجع ظهور الجسيمات المشحونة في فجوة القوس إلى انبعاث (انبعاث) الإلكترونات من سطح القطب السالب (الكاثود) وتأين الغازات والأبخرة في الفجوة. القوس الذي يحترق بين القطب والكائن المراد لحامه هو قوس مباشر. عادةً ما يُطلق على هذا القوس اسم القوس الحر ، على عكس القوس المضغوط ، حيث يتم تقليل المقطع العرضي بالقوة بسبب فوهة الشعلة وتدفق الغاز والمجال الكهرومغناطيسي. القوس متحمس على النحو التالي. في حالة حدوث ماس كهربائي في القطب والأجزاء الموجودة في أماكن التلامس مع أسطحها ، فإنها تسخن. عندما يتم فتح الأقطاب الكهربائية من السطح الساخن للكاثود ، تنبعث الإلكترونات - انبعاث الإلكترون. يرتبط إطلاق الإلكترونات بشكل أساسي بالتأثير الحراري (انبعاث حراري) ووجود مجال كهربائي عالي الكثافة عند الكاثود (انبعاث المجال). يعد وجود انبعاث الإلكترون من سطح الكاثود شرطًا لا غنى عنه لوجود تفريغ القوس.

على طول فجوة القوس ، ينقسم القوس إلى ثلاث مناطق (الشكل 2.1): الكاثود والأنود والعمود القوسي الواقع بينهما.

تشتمل منطقة الكاثود على سطح كاثود ساخن يسمى بقعة الكاثود وجزءًا من فجوة القوس المجاور له. طول منطقة الكاثود صغير ، لكنها تتميز بزيادة الكثافة وعمليات الحصول على الإلكترونات التي تحدث فيها ، وهي شرط ضروري لوجود تفريغ القوس. تصل درجة حرارة بقعة الكاثود للأقطاب الفولاذية إلى 2400-2700 درجة مئوية. يطلق ما يصل إلى 38٪ من إجمالي حرارة القوس. العملية الفيزيائية الرئيسية في هذا المجال هي انبعاث الإلكترون وتسريع الإلكترون. يبلغ انخفاض الجهد في منطقة الكاثود حوالي 12-17 فولت.

تتكون منطقة الأنود من بقعة أنود على سطح الأنود وجزء من فجوة القوس المجاور لها. يتم تحديد التيار في منطقة الأنود من خلال تدفق الإلكترونات القادمة من عمود القوس. بقعة الأنود هي نقطة دخول وتحييد الإلكترونات الحرة في مادة الأنود. لديها نفس درجة حرارة بقعة الكاثود ، ولكن نتيجة القصف الإلكتروني ، يتم إطلاق المزيد من الحرارة عليها مقارنة بالكاثود. تتميز منطقة انوديك أيضًا بزيادة التوتر. يبلغ انخفاض الجهد فيه حوالي 2-11 فولت. كما أن طول هذه المنطقة صغير أيضًا.

يحتل العمود القوسي أكبر طول لفجوة القوس ، الواقعة بين منطقتي الكاثود والأنود. العملية الرئيسية لتكوين الجسيمات المشحونة هنا هي تأين الغاز. تحدث هذه العملية نتيجة تصادم جسيمات الغاز المشحونة (الإلكترونات بشكل أساسي) وجزيئات الغاز المحايدة. مع طاقة تصادم كافية من جزيئات الغاز ، يتم التخلص من الإلكترونات وتتشكل أيونات موجبة. يسمى هذا التأين تأثير التأين. يمكن أن يحدث الاصطدام بدون تأين ، ثم يتم إطلاق طاقة الاصطدام على شكل حرارة وتذهب لزيادة درجة حرارة عمود القوس. تنتقل الجسيمات المشحونة المتكونة في عمود القوس إلى الأقطاب الكهربائية: الإلكترونات إلى القطب الموجب ، والأيونات إلى القطب السالب. يصل جزء من الأيونات الموجبة إلى بقعة الكاثود ، بينما لا يصل الجزء الآخر ، وعند ربط الإلكترونات سالبة الشحنة بأنفسها ، تصبح الأيونات ذرات متعادلة.

تسمى عملية تحييد الجسيمات بإعادة التركيب. في عمود القوس ، في ظل جميع ظروف الاحتراق ، لوحظ توازن مستقر بين عمليتي التأين وإعادة التركيب. بشكل عام ، العمود القوسي ليس له شحنة. إنه محايد ، حيث يوجد في كل قسم منه أعداد متساوية من الجسيمات المشحونة بشكل معاكس. تصل درجة حرارة عمود القوس إلى 6000-8000 درجة مئوية وأكثر. يتغير انخفاض الجهد فيه (Uc) بشكل خطي تقريبًا على طول الطول ، ويزداد مع زيادة طول العمود. يعتمد انخفاض الجهد على تكوين وسط الغاز ويقل مع إدخال مكونات قابلة للتأين بسهولة فيه. هذه المكونات هي عناصر قلوية وقلوية (Ca ، Na ، K ، إلخ). إجمالي انخفاض الجهد في القوس هو Ud = Uc + Ua + Uc. بأخذ انخفاض الجهد في عمود القوس في شكل اعتماد خطي ، يمكن تمثيله بالصيغة Uc = Elc ، حيث E هو التوتر على طول ، lc هو طول العمود. تعتمد قيم ir و Ua و E عمليًا فقط على مادة الأقطاب الكهربائية وتكوين وسيط فجوة القوس ، وإذا ظلت دون تغيير ، فإنها تظل ثابتة في ظل ظروف اللحام المختلفة. نظرًا للطول الصغير لمناطق الكاثود والأنود ، يمكن اعتباره عمليًا 1c = 1d. ثم يتم الحصول على التعبير

II) (= أ + Ы) (، (2.1)

يوضح أن جهد القوس يعتمد بشكل مباشر على طوله ، حيث a = uk + ua ؛ ب = إي. الشرط الذي لا غنى عنه للحصول على وصلة ملحومة عالية الجودة هو احتراق القوس المستقر (ثباته). يُفهم هذا على أنه نمط من وجوده ، حيث يحترق القوس لفترة طويلة عند قيم معينة للتيار والجهد ، دون انقطاع ودون المرور إلى أنواع أخرى من التفريغ. مع الاحتراق المستقر لقوس اللحام ، تكون معلماته الرئيسية - القوة الحالية والجهد - في حالة ترابط معين. لذلك ، تتمثل إحدى الخصائص الرئيسية لتفريغ القوس في اعتماد جهده على قوة التيار بطول قوس ثابت. يُطلق على التمثيل الرسومي لهذا الاعتماد عند العمل في وضع ثابت (في حالة احتراق القوس الثابت) خاصية الجهد الثابت للتيار الثابت للقوس (الشكل 2.2).

مع زيادة طول القوس ، يزداد جهده ويزداد منحنى خاصية فولت أمبير ثابت ، أعلى مع انخفاض طول القوس ، ينخفض ​​، مع الحفاظ على شكله نوعيًا. يمكن تقسيم منحنى الخاصية الثابتة إلى ثلاث مناطق: هبوط ، قاسي ، وصاعد. في المنطقة الأولى ، تؤدي الزيادة في التيار إلى انخفاض حاد في جهد القوس. هذا يرجع إلى حقيقة أنه مع زيادة القوة الحالية ، تزداد مساحة المقطع العرضي لعمود القوس وتوصيله الكهربائي. يتميز احتراق القوس في الأوضاع في هذه المنطقة بثبات منخفض. في المنطقة الثانية ، لا ترتبط الزيادة في القوة الحالية بتغيير في جهد القوس. هذا يرجع إلى حقيقة أن مساحة المقطع العرضي لعمود القوس والبقع النشطة تتغير بما يتناسب مع القوة الحالية ، وبالتالي تظل كثافة التيار وانخفاض الجهد في القوس ثابتًا. يستخدم لحام القوس الثابت الصلب على نطاق واسع في تكنولوجيا اللحام ، خاصة في اللحام اليدوي. في المنطقة الثالثة ، مع زيادة قوة التيار ، يزداد الجهد. هذا يرجع إلى حقيقة أن قطر بقعة الكاثود يصبح مساويًا لقطر القطب ولا يمكن أن يزيد أكثر ، بينما تزداد كثافة التيار في القوس وينخفض ​​الجهد. يستخدم القوس الصاعد على نطاق واسع في اللحام بالقوس المغمور الأوتوماتيكي والميكانيكي والمحمي بالغاز بأسلاك حشو رفيعة.

أرز. 2.3 الخصائص الإحصائية للفولت أمبير للقوس بسرعات مختلفة لتغذية سلك الإلكترود: أ - سرعة منخفضة ؛ ب - سرعة متوسطة ، ج - سرعة عالية

في اللحام الكهربائي القابل للاستهلاك الميكانيكي ، تُستخدم أحيانًا خاصية فولت أمبير ثابتة للقوس ، لا تؤخذ بطولها الثابت ، ولكن بسرعة تغذية ثابتة لسلك القطب (الشكل 2.3).

كما يتضح من الشكل ، تتوافق سرعة تغذية كل سلك كهربائي مع نطاق ضيق من التيارات مع احتراق قوس ثابت. يمكن أن يؤدي تيار اللحام القليل جدًا إلى حدوث دائرة قصر بين القطب الكهربائي وقطعة العمل ، ويمكن أن يؤدي الارتفاع الشديد إلى زيادة حادة في الجهد وانكسارها.

قوس اللحام الكهربائيعبارة عن تفريغ كهربائي طويل الأمد في البلازما ، وهو عبارة عن خليط من الغازات المتأينة وأبخرة مكونات الغلاف الجوي الواقي والحشو والمعدن الأساسي.

حصل القوس على اسمه من الشكل المميز الذي يتخذه عند الاحتراق بين قطبين كهربائيين موضوعين أفقيًا ؛ تميل الغازات المسخنة إلى الارتفاع إلى أعلى وينحني هذا التفريغ الكهربائي على شكل قوس أو قوس.

من الناحية العملية ، يمكن اعتبار القوس موصل غاز يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية. إنه يوفر كثافة تسخين عالية ويمكن التحكم فيه بسهولة عن طريق المعلمات الكهربائية.

السمة المشتركة للغازات هي أنها ليست موصلة للتيار الكهربائي في ظل الظروف العادية. ومع ذلك ، في ظل ظروف مواتية (درجة حرارة عالية ووجود مجال كهربائي خارجي عالي الكثافة) ، يمكن أن تتأين الغازات ، أي يمكن لذراتها أو جزيئاتها إطلاق أو ، بالنسبة للعناصر الكهربية ، على العكس من ذلك ، التقاط الإلكترونات ، وتحويلها ، على التوالي ، إلى أيونات موجبة أو سالبة. بفضل هذه التغييرات ، تنتقل الغازات إلى الحالة الرابعة للمادة المسماة بالبلازما ، وهي موصلة للكهرباء.

القوس متحمس على عدة مراحل. على سبيل المثال ، عند اللحام MIG / MAG ، عندما تلامس نهاية القطب الكهربائي وقطعة العمل ، هناك تلامس بين النتوءات الدقيقة لأسطحها. تساهم كثافة التيار العالي في الانصهار السريع لهذه النتوءات وتشكيل طبقة من المعدن السائل ، والتي تزداد باستمرار باتجاه القطب ، وفي النهاية تنكسر.

في لحظة كسر الجسر ، يحدث تبخر سريع للمعدن ، وتمتلئ فجوة التفريغ بالأيونات والإلكترونات الناشئة في هذه الحالة. نظرًا لحقيقة تطبيق الجهد على القطب الكهربائي وقطعة الشغل ، تبدأ الإلكترونات والأيونات في التحرك: الإلكترونات والأيونات سالبة الشحنة إلى القطب الموجب ، والأيونات الموجبة الشحنة على القطب السالب ، وبالتالي يتم تحفيز قوس اللحام. بعد إثارة القوس ، يستمر تركيز الإلكترونات الحرة والأيونات الموجبة في فجوة القوس في الزيادة ، حيث تصطدم الإلكترونات في طريقها بالذرات والجزيئات و "تقطع" المزيد من الإلكترونات منها (في هذه الحالة ، الذرات التي فقدت واحد أو أكثر من الإلكترونات تصبح أيونات موجبة الشحنة). يحدث التأين الشديد للغاز في فجوة القوس ويكتسب القوس صفة تفريغ القوس الثابت.

بعد كسر القوس ببضع أجزاء من الثانية ، يبدأ تجمع اللحام بالتشكل على المعدن الأساسي ، وتبدأ قطرة من المعدن في نهاية القطب. وبعد 50-100 مللي ثانية أخرى ، يتم إنشاء نقل ثابت للمعدن من نهاية سلك القطب إلى حوض اللحام. يمكن تنفيذه إما عن طريق القطرات التي تطير بحرية فوق فجوة القوس ، أو عن طريق القطرات التي تشكل أولاً دائرة كهربائية قصيرة ثم تتدفق إلى حوض اللحام.

يتم تحديد الخصائص الكهربائية للقوس من خلال العمليات التي تحدث في مناطقه المميزة الثلاث - العمود ، وكذلك في مناطق القطب القريب من القوس (الكاثود والأنود) ، والتي تقع بين عمود القوس على جانب واحد و القطب والمنتج من جهة أخرى.

للحفاظ على بلازما القوس أثناء اللحام الكهربائي القابل للاستهلاك ، يكفي توفير تيار من 10 إلى 1000 أمبير وتطبيق جهد كهربائي بترتيب 15 إلى 40 فولت بين القطب والمنتج. في هذه الحالة ، لن يتجاوز انخفاض الجهد عبر عمود القوس نفسه عدة فولتات. ينخفض ​​باقي الجهد عبر مناطق الكاثود والأنود في القوس. يصل طول العمود القوسي إلى متوسط ​​10 مم ، وهو ما يعادل حوالي 99٪ من طول القوس. وبالتالي ، فإن شدة المجال الكهربائي في عمود القوس تتراوح من 0.1 إلى 1.0 فولت / مم. على العكس من ذلك ، تتميز منطقتي الكاثود والأنوديك بطول قصير جدًا (حوالي 0.0001 مم لمنطقة الكاثود ، والتي تتوافق مع المسار الأيوني الحر ، و 0.001 مم للمنطقة الأنودية ، والتي تتوافق مع المسار الحر للإلكترون) . وفقًا لذلك ، تتمتع هذه المناطق بقوة مجال كهربائي عالية جدًا (تصل إلى 104 فولت / مم لمنطقة الكاثود وما يصل إلى 103 فولت / مم لمنطقة الأنود).

لقد ثبت تجريبياً أنه في حالة اللحام الكهربائي المستهلك ، يتجاوز انخفاض الجهد في منطقة الكاثود انخفاض الجهد في منطقة الأنود: 12-20 فولت و2-8 فولت ، على التوالي. بالنظر إلى أن إطلاق الحرارة على أجسام الدائرة الكهربائية يعتمد على التيار والجهد ، يتضح أنه عند اللحام بقطب كهربائي ، يتم إطلاق المزيد من الحرارة في المنطقة التي ينخفض ​​فيها المزيد من الجهد ، أي في الكاثود. لذلك ، في اللحام الكهربائي القابل للاستهلاك ، يتم استخدام القطبية العكسية لتوصيل تيار اللحام بشكل أساسي ، عندما يعمل المنتج ككاثود لضمان الاختراق العميق للمعدن الأساسي (في هذه الحالة ، يتم توصيل القطب الموجب لمصدر الطاقة بـ قطب كهربائي). تستخدم القطبية المستقيمة أحيانًا عند التسطيح (عندما يكون تغلغل المعدن الأساسي ، على العكس من ذلك ، مرغوبًا في الحد الأدنى).

في اللحام TIG (اللحام الكهربائي غير القابل للاستهلاك) ، يكون انخفاض جهد الكاثود ، على العكس من ذلك ، أقل بكثير من انخفاض جهد الأنود ، وبالتالي ، في هذه الظروف ، يتم إطلاق المزيد من الحرارة بالفعل عند الأنود. لذلك ، عند اللحام بقطب كهربائي غير قابل للاستهلاك ، لضمان الاختراق العميق للمعدن الأساسي ، يتم توصيل المنتج بالطرف الموجب لمصدر الطاقة (ويصبح الأنود) ، ويتم توصيل القطب الكهربائي بالطرف السالب ( وبالتالي ، حماية القطب من ارتفاع درجة الحرارة).

في الوقت نفسه ، بغض النظر عن نوع القطب (الذوبان أو عدم الذوبان) ، يتم إطلاق الحرارة بشكل أساسي في المناطق النشطة من القوس (الكاثود والأنود) ، وليس في عمود القوس. تُستخدم خاصية القوس هذه لإذابة أجزاء المعدن الأساسي التي يتم توجيه القوس إليها فقط.

تسمى أجزاء الأقطاب الكهربائية التي يمر من خلالها تيار القوس بالبقع النشطة (على القطب الموجب - بقعة الأنود ، وعلى القطب السالب - بقعة الكاثود). بقعة الكاثود هي مصدر للإلكترونات الحرة ، والتي تساهم في تأين فجوة القوس. في الوقت نفسه ، تندفع تيارات الأيونات الموجبة إلى الكاثود ، الذي يقذفه وينقل طاقته الحركية إليه. تصل درجة الحرارة على سطح الكاثود في منطقة البقعة النشطة أثناء اللحام الكهربائي المستهلك إلى 2500-3000 درجة مئوية.

Lk - منطقة الكاثود ؛ Lа - منطقة انوديك (Lа = Lк = 10-5-10 -3 سم) ؛ Lst - عمود القوس ؛ LD - طول القوس ؛ Ld = Lк + Lа + Lst

تندفع تدفقات الإلكترونات والأيونات سالبة الشحنة إلى بقعة الأنود ، والتي تنقل طاقتها الحركية إليها. تصل درجة الحرارة على سطح الأنود في منطقة البقعة النشطة أثناء اللحام الكهربائي المستهلك إلى 2500-4000 درجة مئوية. تتراوح درجة حرارة العمود القوسي في اللحام الكهربائي القابل للاستهلاك من 7000 إلى 18000 درجة مئوية (للمقارنة: درجة حرارة انصهار الفولاذ حوالي 1500 درجة مئوية).

تأثير المجالات المغناطيسية على القوس

عند إجراء اللحام بالتيار المستمر ، غالبًا ما يتم ملاحظة ظاهرة مثل المغناطيسية. يتميز بالمميزات التالية:

ينحرف عمود قوس اللحام بشكل حاد عن وضعه الطبيعي ؛
- يحترق القوس بشكل غير مستقر ، وغالبًا ما ينقطع ؛
- يتغير صوت حرق القوس - تظهر الملوثات العضوية الثابتة.

يعطل الانفجار المغناطيسي تشكيل التماس ويمكن أن يساهم في ظهور عيوب في التماس مثل عدم الاختراق وقلة الانصهار. سبب حدوث الانفجار المغناطيسي هو تفاعل المجال المغناطيسي لقوس اللحام مع المجالات المغناطيسية الأخرى المجاورة أو الكتل المغناطيسية الحديدية.

يمكن النظر إلى عمود القوس كجزء من دائرة اللحام في شكل موصل مرن يوجد حوله مجال مغناطيسي.

نتيجة لتفاعل المجال المغناطيسي للقوس والمجال المغناطيسي الذي يحدث في قطعة الشغل المراد لحامها أثناء مرور التيار ، ينحرف قوس اللحام في الاتجاه المعاكس للمكان الذي يتم فيه توصيل الرصاص الحالي.

يرجع تأثير الكتل المغناطيسية على انحراف القوس إلى حقيقة أنه نظرًا للاختلاف الكبير في المقاومة لمرور خطوط المجال المغناطيسي لمجال القوس عبر الهواء وعبر المواد المغناطيسية (الحديد وسبائكه) ، المجال المغناطيسي هو جسم مغناطيسي حديدي.

يزداد المجال المغناطيسي لقوس اللحام مع زيادة تيار اللحام. لذلك ، غالبًا ما يتجلى تأثير الانفجار المغناطيسي عند اللحام في ظروف مرتفعة.

لتقليل تأثير الانفجار المغناطيسي على عملية اللحام ، يمكنك:

لحام القوس القصير
- إمالة القطب بحيث يتم توجيه نهايته نحو تأثير الانفجار المغناطيسي ؛
- عن طريق تقريب الرصاص الحالي من القوس.

يمكن أيضًا تقليل تأثير النفخ المغناطيسي عن طريق استبدال تيار اللحام المباشر بتيار متناوب ، حيث يظهر النفخ المغناطيسي بشكل أقل بكثير. ومع ذلك ، يجب أن نتذكر أن قوس التيار المتردد أقل استقرارًا ، لأنه بسبب انعكاس القطبية ، يتم إخماده وإعادة إشعاله 100 مرة في الثانية. لكي يحترق قوس التيار المتردد بثبات ، من الضروري استخدام مثبتات القوس (عناصر قابلة للتأين بسهولة) ، والتي يتم إدخالها ، على سبيل المثال ، في طلاء الأقطاب الكهربائية أو في التدفق.