U savremenoj industriji zavarivanje je od velikog značaja, ima veoma široku primenu u svim industrijama. Za izvođenje procesa zavarivanja potreban je luk za zavarivanje.

Šta je luk za zavarivanje, njegova definicija

Luk za zavarivanje se smatra vrlo velikim električnim pražnjenjem u smislu snage i trajanja, koje postoji između elektroda na koje se primjenjuje napon u mješavini plinova. Njegova svojstva odlikuju se visokom temperaturom i gustinom struje, zbog čega je sposoban topiti metale s tačkom topljenja iznad 3000 stepeni. Općenito, možemo reći da je električni luk plinski provodnik koji pretvara električnu energiju u toplinsku energiju. Električni naboj je prolazak električne struje kroz plinski medij.

Postoji nekoliko vrsta električnog pražnjenja:

• Sjajno pražnjenje. Javlja se pri niskom pritisku, koristi se u fluorescentnim lampama i plazma ekranima;
• Iskreni pražnjenje. Javlja se kada je pritisak jednak atmosferskom, odlikuje se isprekidanim oblikom. Munja odgovara iskri, koja se takođe koristi za paljenje motora sa unutrašnjim sagorevanjem;
• Lučno pražnjenje. Koristi se za zavarivanje i rasvjetu. Razlikuje se u kontinuiranom obliku, javlja se pri atmosferskom pritisku;
• Kruna. Javlja se kada je tijelo elektrode hrapavo i nehomogeno, druga elektroda može izostati, odnosno nastaje mlaz. Koristi se za čišćenje gasova od prašine;

Priroda i struktura

Priroda luka za zavarivanje nije tako komplicirana kao što se na prvi pogled može činiti. Električna struja, prolazeći kroz katodu, zatim prodire u ionizirani plin, dolazi do pražnjenja jarkog sjaja i vrlo visoke temperature, tako da temperatura električnog luka može doseći 7000 - 10000 stepeni. Nakon toga struja teče do obrađenog materijala za zavarivanje. Budući da je temperatura tako visoka, luk emituje ultraljubičasto i infracrveno zračenje koje je štetno za ljudski organizam, može oštetiti oči ili ostaviti lagane opekotine na koži, pa je neophodna odgovarajuća zaštita tokom procesa zavarivanja.

Struktura luka za zavarivanje sastoji se od tri glavna područja: anode, katodnog i lučnog stupa. Prilikom sagorevanja luka na katodi i anodi se formiraju aktivne tačke - oblasti u kojima temperatura dostiže najveće vrednosti, kroz te oblasti prolazi sva električna struja, anodna i katodna područja predstavljaju veće padove napona. I sam stup se nalazi između ovih područja, pad napona u polu je vrlo beznačajan. Dakle, dužina luka zavarivanja je zbir gore navedenih područja, obično je dužina nekoliko milimetara, kada su anodni i katodni regioni, respektivno, jednaki 10-4 i 10-5 cm. Najpovoljnija dužina je približno jednaka 4-6 mm, sa ovom dužinom konstantnom i povoljnom temperaturom.

Sorte

Vrste luka za zavarivanje razlikuju se po shemi napajanja strujom zavarivanja i okruženju u kojem nastaju, najčešće opcije su:

• Direktna akcija. Ovom metodom, zavarivač se nalazi paralelno sa zavarenom metalnom konstrukcijom i luk nastaje pod uglom od devedeset stepeni u odnosu na elektrodu i metal;
• Indirektni luk za zavarivanje. Nastaje kada se koriste dvije elektrode, koje se nalaze pod uglom od 40-60 stepeni u odnosu na površinu obratka koji se zavari, između elektroda nastaje luk i zavari metal;

Postoji i klasifikacija ovisno o atmosferi u kojoj nastaju:

• Otvoreni tip. Luk ovog tipa gori na vazduhu i oko njega se formira gasna faza koja sadrži pare materijala koji se zavari, elektrode i njihove prevlake;
• Zatvorenog tipa. Gorenje takvog luka događa se ispod sloja fluksa; pare metala, elektrode i fluksa ulaze u plinsku fazu formiranu oko luka;
• Luk sa dovodom plina. U zapaljeni luk se dovode komprimirani plinovi - helij, argon, ugljični dioksid, vodonik i druge razne mješavine plinova, dovode se tako da zavareni metal ne oksidira, njihovom opskrbom doprinosi redukcijsko ili neutralno okruženje. Gasna faza oko luka uključuje - dovodni gas, metalne i elektrodne pare;

Također se razlikuju po trajanju djelovanja - stacionarni (za dugotrajnu upotrebu) i pulsni (za jednokratnu upotrebu), prema materijalu upotrijebljene elektrode - ugljične, volframove - nepotrošne elektrode i metalne - topljene. Najčešća potrošna elektroda je čelik. Danas se najčešće koristi zavarivanje nepotrošnom elektrodom. Dakle, vrste luka za zavarivanje su različite.

Uslovi sagorevanja

U standardnim uslovima, odnosno na temperaturi od 25 stepeni i pritisku od 1 atmosfere, gasovi nisu sposobni da provode električnu struju. Da bi nastao luk potrebno je da plinovi između elektroda budu ionizirani, odnosno da sadrže različite nabijene čestice - elektrone ili ione (katione ili anione). Proces nastajanja jonizovanog gasa nazvaćemo jonizaciju, a rad koji se mora potrošiti na odvajanje elektrona od atomske čestice da bi nastao elektron i jon - rad ionizacije, koji se meri u elektron voltima i naziva se jonizacioni potencijal. Koja se energija mora potrošiti da bi se elektron odvojio od atoma ovisi o prirodi plinske faze, vrijednosti mogu biti od 3,5 do 25 eV. Najmanji potencijal ionizacije imaju metali alkalne i zemnoalkalne grupe - kalij, kalcij i, shodno tome, njihova hemijska jedinjenja. Elektrode su premazane takvim spojevima tako da doprinose stabilnom postojanju i gorenju zavarenog luka.

Takođe, za nastanak i sagorevanje luka potrebna je konstantna temperatura na katodi, koja zavisi od prirode katode, njenog prečnika, veličine i temperature okoline. Stoga temperatura električnog luka mora biti konstantna i ne mijenjati se, zbog ogromnih vrijednosti trenutne jačine, temperatura može doseći 7 hiljada stepeni, tako da se apsolutno svi materijali mogu povezati zavarivanjem. Konstantna temperatura se osigurava uz pomoć radnog izvora energije, stoga je njegov izbor pri dizajniranju aparata za zavarivanje vrlo važan, utječe na svojstva luka.

Pojava

Javlja se tokom brzog kola, odnosno kada elektroda dođe u kontakt sa površinom materijala koji se zavari, usled kolosalne temperature, površina materijala se topi, a mala traka rastopljenog materijala formira se između elektrode i površine. U trenutku divergencije elektrode i materijala koji se zavari, formira se vrat materijala koji se trenutno lomi i isparava zbog visokih vrijednosti gustoće struje. Gas se jonizuje i stvara se električni luk. Može se probuditi dodirom ili udarcem.

Posebnosti

Ima sljedeće karakteristike u poređenju s drugim električnim nabojima:

• Velika gustina struje, koja doseže nekoliko hiljada ampera po kvadratnom centimetru, zbog čega se postiže vrlo visoka temperatura;
• Neravnomjerna raspodjela električnog polja u prostoru između elektroda. U blizini elektroda pad napona je veoma velik, dok je u koloni obrnuto;
• Ogromna temperatura, koja dostiže najveće vrijednosti u koloni zbog velike gustine struje. S povećanjem dužine stupa, temperatura se smanjuje, a sa sužavanjem, naprotiv, raste;
• Uz pomoć luka za zavarivanje može se dobiti širok raspon strujno-naponskih karakteristika - ovisnost pada napona o gustoći struje pri konstantnoj dužini, odnosno stacionarnom izgaranju. Trenutno postoje tri volt-amper karakteristike.

Prvi je pad, kada napon opada s povećanjem snage i, shodno tome, gustoće struje. Druga je teška, kada promjena jačine struje ne utiče na vrijednost naponske vrijednosti, a treća je rastuća, kada i napon raste sa povećanjem jačine struje.

Stoga se luk za zavarivanje može nazvati najboljim i najpouzdanijim načinom pričvršćivanja metalnih konstrukcija. Proces zavarivanja ima veliki uticaj na industriju danas jer samo visoka temperatura luka zavarivanja može povezati većinu metala. Da biste dobili visokokvalitetne i pouzdane šavove, potrebno je pravilno i ispravno uzeti u obzir sve karakteristike luka, pratiti sve vrijednosti, zahvaljujući kojima će se postupak provesti brzo i najefikasnije. Također je potrebno uzeti u obzir svojstva luka: gustinu struje, temperaturu i napon.

Princip elektrolučnog zavarivanja temelji se na korištenju temperature električnog pražnjenja koje se javlja između elektrode za zavarivanje i metalnog obratka.

Lučno pražnjenje nastaje zbog električnog kvara zračnog raspora. Kada dođe do ovog fenomena, molekuli plina se ioniziraju, povećavaju se njegova temperatura i električna provodljivost i dolazi do prijelaza u stanje plazme.

Izgaranje luka za zavarivanje je praćeno oslobađanjem velike količine svjetlosti, a posebno toplinske energije, zbog čega temperatura naglo raste i dolazi do lokalnog topljenja metala obratka. Ovo je zavarivanje.

U procesu rada, da bi se pokrenulo lučno pražnjenje, vrši se kratkotrajni kontakt obratka s elektrodom, odnosno stvaranje kratkog spoja s naknadnim pucanjem metalnog kontakta i uspostavljanjem kontakta. potreban vazdušni razmak. Na taj način se odabire optimalna dužina luka za zavarivanje.

Kod vrlo kratkog pražnjenja, elektroda se može zalijepiti za radni predmet, topljenje se događa preintenzivno, što može dovesti do stvaranja progiba. Dugi luk karakterizira nestabilno sagorijevanje i nedovoljno visoka temperatura u zoni zavarivanja.

Nestabilnost i vidljiva zakrivljenost oblika luka za zavarivanje često se mogu uočiti kada se rade industrijski uređaji za zavarivanje s dovoljno masivnim dijelovima. Ova pojava se zove magnetno puhanje.

Njegova suština leži u činjenici da struja zavarivanja luka stvara određeno magnetsko polje, koje stupa u interakciju s magnetskim poljem koje stvara struja koja teče kroz masivni obrat.

Odnosno, otklon luka je uzrokovan magnetskim silama. Proces se naziva puhanjem jer se luk odbija, kao pod uticajem vjetra.

Ne postoje radikalni načini za borbu protiv ove pojave. Da bi se smanjio učinak magnetskog mlazovanja, koristi se zavarivanje skraćenim lukom, a elektroda se također postavlja pod određenim kutom.

Okruženje sagorevanja

Postoji nekoliko različitih tehnologija lučnog zavarivanja sa različitim svojstvima i parametrima. Električni luk za zavarivanje ima sljedeće vrste:

• otvoren. Pražnjenje gori direktno u atmosferi;
• zatvoreno. Visoka temperatura koja nastaje tokom sagorevanja uzrokuje obilnu evoluciju gasa iz fluksa sagorevanja. Tok se nalazi u premazu elektroda za zavarivanje;
• u okruženju zaštitnih gasova. U ovoj varijanti plin se dovodi u zonu zavarivanja, najčešće je to helij, argon ili ugljični dioksid.

Zaštita zone vara je neophodna kako bi se spriječila aktivna oksidacija potrošnog metala pod utjecajem atmosferskog kisika.

Sloj oksida sprječava stvaranje kontinuiranog zavara, metal na spoju dobiva poroznost, zbog čega se smanjuje čvrstoća i nepropusnost spoja.

U određenoj mjeri, sam luk je sposoban stvoriti mikroklimu u zoni izgaranja zbog formiranja područja povećanog tlaka, što sprječava protok atmosferskog zraka.

Upotreba fluksa omogućava vam aktivnije istiskivanje zraka iz zone zavarivanja. Upotreba zaštitnog plinskog medija koji se dovodi pod tlakom rješava ovaj problem gotovo u potpunosti.

Trajanje pražnjenja

Pored kriterijuma zaštite, lučno pražnjenje se klasifikuje prema trajanju. Postoje procesi u kojima se luk spaljuje u impulsnom režimu.

U takvim uređajima zavarivanje se izvodi u kratkim rafalima. Tokom bljeska, temperatura ima vremena da poraste do vrijednosti dovoljne za lokalno topljenje male zone u kojoj se formira tačkasta veza.

Većina primijenjenih tehnologija zavarivanja koristi relativno dugo vrijeme gorenja luka. Tokom procesa zavarivanja dolazi do stalnog pomeranja elektrode duž ivica koje se spajaju.

Područje povećane temperature, stvarajući, pomiče se za elektrodom. Nakon pomicanja elektrode za zavarivanje, a samim tim i pražnjenja luka, temperatura pređenog područja se smanjuje, zavareni bazen kristalizira i formira se jak zavar.

Struktura lučnog pražnjenja

Područje lučnog pražnjenja je konvencionalno podijeljeno u tri dijela. Područja koja su direktno uz polove (anoda i katoda) nazivaju se anoda, odnosno katoda.

Središnji dio lučnog pražnjenja, koji se nalazi između anodnog i katodnog područja, naziva se lučni stup. Temperatura u zoni zavarenog luka može doseći nekoliko hiljada stepeni (do 7000 °C).

Iako se toplota ne prenosi u potpunosti na metal, dovoljno je da se on otopi. Dakle, tačka topljenja čelika za poređenje je 1300-1500 ° C.

Da bi se osiguralo stabilno izgaranje lučnog pražnjenja, potrebni su sljedeći uvjeti: prisutnost struje reda veličine 10 ampera (ovo je minimalna vrijednost, maksimalna može doseći 1000 ampera), uz održavanje napona luka od 15 do 40 volti.

Pad ovog napona nastaje u lučnom pražnjenju. Raspodjela napona po zonama luka je neravnomjerna. Pad većine primijenjenog napona događa se u anodnoj i katodnoj zoni.

Eksperimentalno je utvrđeno da se pri, najveći pad napona uočava u katodnoj zoni. U istom dijelu luka uočen je najveći temperaturni gradijent.

Zbog toga se pri izboru polariteta procesa zavarivanja katoda spaja na elektrodu kada se želi postići njeno maksimalno topljenje povećanjem njene temperature. Naprotiv, za dublje prodiranje u radni predmet, katoda je pričvršćena na njega. Najmanji dio napona pada u stubu luka.

Prilikom zavarivanja elektrodom koja se ne troši, katodni pad napona je manji od napona anode, odnosno zona povećane temperature se pomiče na anodu.

Stoga se ovom tehnologijom radni komad spaja na anodu, što osigurava njegovo dobro zagrijavanje i zaštitu nepotrošne elektrode od previsoke temperature.

Temperaturne zone

Treba napomenuti da za bilo koju vrstu zavarivanja, i potrošnu i nepotrošnu elektrodu, stup luka (njegov centar) ima najvišu temperaturu - oko 5000-7000 ° C, a ponekad i višu.

Zone najniže temperature nalaze se u jednoj od aktivnih regija, katodnoj ili anodnoj. U ovim zonama može se osloboditi 60-70% topline luka.

Osim intenzivnog povećanja temperature radnog predmeta i elektrode za zavarivanje, pražnjenje emituje infracrvene i ultraljubičaste valove koji mogu štetno djelovati na tijelo zavarivača. To zahtijeva primjenu zaštitnih mjera.

Što se tiče zavarivanja naizmeničnom strujom, koncept polariteta tamo ne postoji, jer se položaj anode i katode menja na industrijskoj frekvenciji od 50 oscilacija u sekundi.

Luk u ovom procesu je manje stabilan od istosmjerne struje, njegova temperatura skače. Prednosti procesa zavarivanja naizmjeničnom strujom uključuju samo jednostavniju i jeftiniju opremu, pa čak i gotovo potpuno odsustvo takvog fenomena kao što je magnetsko puhanje, koji je gore spomenut.

Volt-amper karakteristike

Na grafikonu su prikazane krivulje ovisnosti napona izvora napajanja od vrijednosti struje zavarivanja, koje se nazivaju strujno-naponske karakteristike procesa zavarivanja.

Crvene krivulje predstavljaju promjenu napona između elektrode i obratka u fazama iniciranja luka zavarivanja i njegovog stabilnog gorenja. Početne tačke krivulje odgovaraju naponu otvorenog kola napajanja.

U trenutku kada zavarivač pobuđuje lučno pražnjenje, napon naglo pada do perioda kada se parametri luka stabilizuju, podešava se vrijednost struje zavarivanja, ovisno o promjeru upotrijebljene elektrode, snazi ​​izvora napajanja i postavljenom luku. dužina.

S početkom ovog perioda, napon i temperatura luka se stabiliziraju, a cijeli proces postaje stabilan.

Pozdrav svim posjetiocima mog bloga. Tema današnjeg članka je električni luk i zaštita od električnog luka. Tema nije slučajna, pišem iz bolnice Sklifosovski. Možete li pogoditi zašto?

Šta je električni luk

Ovo je vrsta električnog pražnjenja u gasu (fizički fenomen). Naziva se i - lučno pražnjenje ili voltaični luk. Sastoji se od jonizovanog, električno kvazi-neutralnog gasa (plazma).

Može nastati između dvije elektrode kada se napon između njih poveća ili kada se jedna približi jedna drugoj.

Ukratko o svojstva: temperatura električnog luka, od 2500 do 7000°C. Međutim, nije mala temperatura. Interakcija metala sa plazmom dovodi do zagrijavanja, oksidacije, topljenja, isparavanja i drugih vrsta korozije. Prate ga svjetlosno zračenje, eksplozivni i udarni valovi, ultravisoke temperature, sagorijevanje, oslobađanje ozona i ugljičnog dioksida.

Na internetu ima dosta informacija šta je električni luk, koja su mu svojstva, ako vas zanima detaljnije pogledajte. Na primjer, na ru.wikipedia.org.

Sada o mojoj nesreći. Teško je povjerovati, ali prije 2 dana sam se direktno susreo sa ovim fenomenom, i to bezuspješno. Bilo je ovako: 21. novembra na poslu sam dobio instrukcije da izvršim ožičenje lampi u razvodnoj kutiji, a zatim ih spojim na mrežu. Nije bilo problema sa ožičenjem, ali kada sam ušao u štit, pojavile su se neke poteškoće. Šteta što je android zaboravio svoju kuću, nije fotografisao električnu ploču, inače bi bilo jasnije. Možda ću učiniti više kada odem na posao. Dakle, štit je bio vrlo star - 3 faze, nulta sabirnica (aka uzemljenje), 6 automatskih mašina i paketni prekidač (čini se da je sve jednostavno), stanje u početku nije ulijevalo povjerenje. Dugo sam se borio sa nultom gumom, pošto su svi vijci bili zarđali, nakon čega sam lako stavio fazu na mašinu. Sve je u redu, provjerio sam uredjaje, rade.

Nakon toga sam se vratio do štita da uredno položim žice, zatvorim ga. Želim napomenuti da je električna ploča bila na visini od ~ 2 metra, u uskom prolazu i da bih do nje došao, koristio sam ljestve (ljestve). Polažući žice, otkrio sam varnice na kontaktima drugih mašina, zbog čega su lampe treperile. U skladu s tim, razvukao sam sve kontakte i nastavio pregledavati preostale žice (da to uradim jednom i da se više ne vraćam na ovo). Utvrdivši da jedan kontakt na vrećici ima visoku temperaturu, odlučio sam da i nju rastegnem. Uzeo je šrafciger, prislonio ga na šraf, okrenuo ga, bah! Čula se eksplozija, bljesak, odbačen sam nazad, udario sam u zid, pao sam na pod, ništa se nije vidjelo (oslijepilo), štit nije prestajao da eksplodira i pjevuši. Ne znam zašto zaštita nije radila. Osjetivši varnice koje padaju na sebe, shvatio sam da moram izaći. Izvukao sam se dodirom, puzeći. Izašavši iz ovog uskog prolaza, počeo je da zove svog partnera. Već u tom trenutku sam osjetio da nešto nije u redu sa mojom desnom rukom (držao sam šrafciger), osjetio sam užasan bol.

Zajedno sa mojim partnerom odlučili smo da moramo otrčati do ambulante. Šta se dalje desilo, mislim da ne vredi pričati, samo su se ubacili i otišli u bolnicu. Nikada neću zaboraviti ovaj užasan zvuk dugog kratkog spoja - svrbež uz zujanje.

Sada sam u bolnici, imam ogrebotinu na kolenu, doktori misle da sam dobio strujni udar, ovo je izlaz, pa mi prate srce. Vjerujem da me nije pogodila struja, već mi je opekotina na ruci nastala od električnog luka koji je nastao prilikom kratkog spoja.

Šta se tu desilo, zašto mi je nastao kratak spoj još nije poznato, mislim, kada se zavrnuo šraf, sam kontakt se pomerio i došlo je do zatvaranja faza-faza, ili je bila ogoljena žica iza paketnog prekidača i kada se šraf približio električni luk... Kasnije ću saznati hoće li to shvatiti.

Prokletstvo, otišla sam na oblačenje, rukovali su mi se da sad pišem sa jednom lijevom)))

Nisam slikao bez zavoja, veoma je neprijatan prizor. Ne želim da plašim električare početnike...

Koje mjere zaštite od luka postoje koje bi me mogle zaštititi? Nakon analize interneta, vidio sam da je najpopularnije sredstvo zaštite ljudi u električnim instalacijama od električnog luka odijelo otporno na toplinu. U Sjevernoj Americi su vrlo popularni specijalni automati iz Siemensa koji štite i od električnih luka i od prekomjerne struje. U Rusiji se trenutno takve mašine koriste samo na visokonaponskim trafostanicama. U mom slučaju bi mi bila dovoljna dielektrična rukavica, ali razmislite sami kako spojiti lampe u njima? Veoma je neprijatno. Također preporučujem korištenje zaštitnih naočara za zaštitu očiju.

U električnim instalacijama borba protiv električnog luka provodi se pomoću vakuumskih i uljnih prekidača, kao i korištenjem elektromagnetnih zavojnica u kombinaciji s komorama za gašenje luka.

To je sve? Ne! Najpouzdaniji način da se zaštitite od električnog luka, po mom mišljenju, su rad na oslobađanju od stresa ... Ne znam za vas, ali ja više neću raditi pod naponom...

Ovo je moj članak. električni luk i zaštita od električnog luka završava. Ima li šta za dodati? Ostavite komentar.

Električni luk i njegova svojstva

Najrasprostranjenije u mašinstvu je elektrolučno zavarivanje. Razmotrimo detaljnije karakteristike elektrolučnog zavarivanja.

Električni luk je kontinuirano pražnjenje električne struje između dvije elektrode koje se javlja u plinovitom okruženju. Električni luk koji se koristi za zavarivanje metala naziva se luk za zavarivanje. U većini slučajeva takav luk gori između elektrode i obratka, tj. je direktan luk.

Luk jednosmjerne struje, koji gori između metalne elektrode (katode) i metala za zavarivanje (anode), ima nekoliko jasno vidljivih područja (slika 2.3). Električno vodljivi plinski kanal koji povezuje elektrode ima oblik krnjeg stošca ili cilindra. Njegova svojstva nisu ista na različitim udaljenostima od elektroda. Tanki slojevi gasa u blizini elektroda imaju relativno nisku temperaturu. Ovisno o polaritetu elektrode uz koju su susjedni, ovi slojevi se nazivaju katodnim slojevima. 2 i anoda 4 oblasti luka.

Dužina katodnog područja l k je određen srednjim slobodnim putem neutralnih atoma i iznosi

̃ oko 10 -5 cm Dužina anodnog područja l a je određen slobodnim putanjom elektrona i iznosi približno 10-3 cm.Između regiona blizu elektrode nalazi se najprošireniji, visokotemperaturni region pražnjenja - stub luka l c 3.

Na površini katode i anode formiraju se mrlje koje se nazivaju katoda 1 i anoda 5 tačke, koje su osnove stuba luka kroz koje prolazi cijela struja zavarivanja. Elektrodne mrlje se razlikuju po sjaju sjaja na relativno niskoj temperaturi (2600 ... 3200 K). Temperatura u stubu luka dostiže 6000 ... 8000 K.

Ukupna dužina luka l d jednak je zbiru dužina sva tri njegova područja (l d ​​= l a + l k) a za realne uslove je 2 ... 6 mm.

Ukupni napon luka zavarivanja je zbir padova napona u pojedinim područjima luka i nalazi se u rasponu od 20 do 40 V. Zavisnost napona u zavarenom luku od njegove dužine opisana je jednadžbom , gdje a - zbir padova napona u katodnom i anodnom području, V; l d- dužina stuba luka, mm; b - specifični pad napona u luku, tj. odnosi se na 1 mm dužine stuba luka, V / mm.

Jedna od glavnih karakteristika električnog lučnog pražnjenja je statička volt-amperska karakteristika - ovisnost napona luka na njegovoj konstantnoj dužini od struje u njemu (slika 2.4).

Sa povećanjem dužine luka, napon raste i kriva statičke strujno-naponske karakteristike luka raste više, dok približno zadržava svoj oblik (krivulje a, b, c). Na njemu se razlikuju tri područja: padanje I, kruto (skoro horizontalno) II i rastuće III. U zavisnosti od uslova gorenja luka, odgovara mu jedan od delova karakteristike. Kod ručnog lučnog zavarivanja obloženim elektrodama, zavarivanja u zaštićenim plinovima s nepotrošnom elektrodom i zavarivanja pod vodom pri relativno niskim gustoćama struje, karakteristika luka će u početku padati, a sa povećanjem struje u potpunosti će se pretvoriti u krutu. U ovom slučaju, s povećanjem struje zavarivanja, proporcionalno se povećava poprečni presjek stupa luka i površina poprečnog presjeka anodne i katodne mrlje. Gustina struje i napon luka ostaju konstantni.

Kod zavarivanja pod vodom i zavarivanja zaštićenog plinom tankom elektrodnom žicom pri visokim gustoćama struje, karakteristika luka postaje sve veća. To je zbog činjenice da promjeri katodnih i anodnih mrlja postaju jednaki promjeru elektrode i ne mogu se više povećavati. U zazoru luka dolazi do potpune ionizacije molekula plina i daljnje povećanje struje zavarivanja može doći samo zbog povećanja brzine kretanja elektrona i iona, odnosno zbog povećanja jakosti električnog polja. Stoga, kako bi se dodatno povećala struja zavarivanja, potrebno je povećanje napona luka.

Luk je moćan, koncentrirani izvor topline. Gotovo sva električna energija koju troši luk pretvara se u toplinu. Ukupna toplotna snaga luka Q = I sv U d(J/s) ovisi o jačini struje zavarivanja I sv(A) i napon luka U d(V).

Treba napomenuti da se sva toplina luka ne troši na zagrijavanje i topljenje metala. Dio se beskorisno troši na zagrijavanje okolnog zraka ili zaštitnog plina, zračenja itd. U tom smislu, efektivna toplotna snaga luka q eff(J/s) (taj dio topline luka zavarivanja, koji se uvodi direktno u proizvod) određuje se sljedećim omjerom: gdje je η koeficijent učinka (COP) procesa zagrijavanja proizvoda lukom za zavarivanje, određen empirijski.

Koeficijent η ovisi o načinu zavarivanja, materijalu elektrode, sastavu premaza ili fluksa i nizu drugih faktora. Na primjer, kod zavarivanja otvorenim lukom s ugljičnom ili volframovom elektrodom, u prosjeku iznosi 0,6; kod zavarivanja obloženim (visokokvalitetnim) elektrodama - oko 0,75; za zavarivanje pod vodom - 0,8 i više.

TO kategorija:

Montaža metalnih konstrukcija

Električni luk i njegova svojstva

Električni luk je dugotrajno električno pražnjenje koje se javlja u plinskom razmaku između dva vodiča - elektrode i metala koji se zavaruje značajnom strujom. Ionizacija zračnog raspora koji kontinuirano nastaje pod uticajem brzog protoka pozitivnih i negativnih jona i elektrona u luku stvara neophodne uslove za dugotrajno stabilno gorenje zavarenog luka.

Rice. 1. Električni luk između metalne elektrode i zavarenog metala: a - dijagram luka, b - grafikon napona luka dužine 4 mm; 1 - elektroda, 2 - plameni oreol, 3 - stub luka, 4 - zavareni metal, 5 - anodna tačka, 6 - rastopljena kupka, 7 - krater, 8 - katodna tačka; h je dubina prodiranja u luk, A je trenutak paljenja luka, B je trenutak stabilnog sagorijevanja

Luk se sastoji od stuba čija se osnova nalazi u udubini (krateru) formiranoj na površini rastopljene kupke. Luk je okružen oreolom plamena koji stvaraju pare i gasovi koji dolaze iz stuba luka. Stup ima oblik stošca i glavni je dio luka, jer je u njemu koncentrirana glavna količina energije, što odgovara najvećoj gustoći električne struje koja prolazi kroz luk. Gornji deo kolone, koji se nalazi na elektrodi 1 (katodi), ima mali prečnik i formira katodnu tačku 8. Najveći broj elektroda emituje se kroz katodnu tačku. Osnova konusa stuba luka nalazi se na metalu koji se zavari (anoda) i formira anodno mesto. Promjer anodne točke pri prosječnim vrijednostima struje zavarivanja je približno 1,5 ... 2 puta veći od promjera katodne točke.

Za zavarivanje se koristi istosmjerna i naizmjenična struja. Kada se koristi istosmjerna struja, minus izvora struje je spojen na elektrodu (direktan polaritet) ili na radni komad "" (obrnuti polaritet). Obrnuti polaritet se koristi u slučajevima kada je potrebno smanjiti oslobađanje topline na zavarenom proizvodu: pri zavarivanju tankih ili nisko topljenih metala, osjetljivih na pregrijavanje legiranih, nehrđajućih i visokougljičnih čelika, kao i pri korištenju nekih vrsta elektroda.

Daje puno topline i ima visoku temperaturu. električni luk, međutim, proizvodi vrlo koncentrisano zagrijavanje metala. Stoga, tijekom zavarivanja, metal ostaje relativno malo zagrijan već na udaljenosti od nekoliko centimetara od luka zavarivanja.

Djelovanje luka topi metal do određene dubine h koja se naziva dubina prodiranja ili penetracije.

Pobuđivanje luka nastaje kada se elektroda približi zavarenom metalu i kratko spoji krug zavarivanja. Zbog velikog otpora na mjestu kontakta elektrode s metalom, kraj elektrode se brzo zagrijava i počinje emitirati struju elektrona. Kada se kraj elektrode brzo ukloni iz metala na udaljenosti od 2 ... 4 mm, dolazi do električnog luka.

Napon u luku, odnosno napon između elektrode i osnovnog metala, zavisi uglavnom od njegove dužine. Pri istoj struji, napon u kratkom luku je manji nego u dugom. To je zbog činjenice da je kod dugog luka otpor njegovog plinskog jaza veći. Povećanje otpora u električnom kolu pri konstantnoj jačini struje zahtijeva povećanje napona u kolu. Što je veći otpor, to mora biti veći napon da bi se osigurao prolaz iste struje u kolu.

Luk između metalne elektrode i metala gori na naponu od 18 ... 28 V. Za pobuđivanje luka potreban je veći napon od onog koji je neophodan za održavanje njegovog normalnog gorenja. To je zbog činjenice da u početnom trenutku zračni jaz još nije dovoljno zagrijan i potrebno je elektronima dati veliku brzinu da razdvoje molekule i atome zraka. To se može postići samo s višim naponom kada se udari u luk.

Grafikon promjene struje I u luku tokom njegovog paljenja i stabilnog sagorevanja (slika 1, b) naziva se statička karakteristika luka i odgovara stacionarnom sagorevanju luka. Tačka A karakterizira trenutak paljenja luka. Napon luka V brzo pada duž AB krive do normalne vrijednosti koja odgovara stabilnom luku koji gori u tački B. Daljnji porast struje (desno od tačke B) povećava zagrijavanje elektrode i brzinu njenog topljenja, ali ne utiče na stabilnost gorenja luka.

Luk se naziva stabilnim, gori ravnomjerno, bez proizvoljnih prekida koji zahtijevaju ponovno paljenje. Ako luk gori neravnomjerno, često se lomi i gasi, tada se takav luk naziva nestabilnim. Stabilnost luka ovisi o mnogim razlozima, od kojih su glavni vrsta struje, sastav elektrodnog premaza, vrsta elektrode, polaritet i dužina luka.

S naizmjeničnom strujom, luk gori manje postojano nego s konstantnom strujom. To je zbog činjenice da u trenutku kada struja n postane nula, ionizacija lučnog jaza se smanjuje i luk se može ugasiti. Da bi se povećala stabilnost AC luka, potrebno je nanijeti premaze na metalnu elektrodu. Parovi elemenata koji su uključeni u prevlaku povećavaju ionizaciju lučnog zazora i na taj način doprinose stabilnom gorenju luka naizmjeničnom strujom.

Dužina luka određena je razmakom između kraja elektrode i površine rastaljenog metala zavarenog proizvoda. Tipično, normalna dužina luka ne bi trebala prelaziti 3 ... 4 mm za čeličnu elektrodu. Takav luk se naziva kratak. Kratki luk stalno gori i osigurava normalan tok procesa zavarivanja. Luk duži od 6 mm naziva se dug. Kod njega je proces topljenja metala elektrode neravnomjeran. U tom slučaju, metalne kapljice koje teku s kraja elektrode mogu se u većoj mjeri oksidirati kisikom i obogatiti dušikom u zraku. Metal šava je porozan, šav ima neravnu površinu, a luk je nestabilan. S dugim lukom smanjuje se produktivnost zavarivanja, povećava se prskanje metala i broj mjesta nedostatka prodiranja ili nepotpunog spajanja nanesenog metala s osnovnim metalom.

Prijenos metala elektrode na radni predmet u elektrolučnom zavarivanju je složen proces. Nakon paljenja luka (položaj /), na površini kraja elektrode formira se sloj rastopljenog metala koji se pod djelovanjem gravitacije i površinske napetosti skuplja u kap (položaj //). Kapljice mogu dostići velike veličine i preklapati stub luka (položaj III), stvarajući kratak spoj kruga zavarivanja na kratko vreme, nakon čega se formirani most od tečnog metala lomi, luk se ponovo pojavljuje i proces formiranja kapljica se ponavlja. .

Veličina i broj kapljica koje prolaze kroz luk u jedinici vremena zavise od polariteta i jačine struje, hemijskog sastava i fizičkog stanja metala elektrode, sastava prevlake i niza drugih uslova. Velike kapljice koje dostižu 3 ... 4 mm obično se formiraju pri zavarivanju golim elektrodama, male kapi (do 0,1 mm) pri zavarivanju obloženim elektrodama i velike amperaže. Proces finih kapljica osigurava stabilnost gorenja luka i pogoduje uvjetima za prijenos rastopljenog elektrodnog metala u luku.

Rice. 2. Šema prijenosa metala sa elektrode na zavareni metal

Rice. 3. Otklon električnog luka magnetnim poljima (a-g)

Sila gravitacije može olakšati ili inhibirati transport kapljica u luku. Za nadzemno i djelimično za vertikalno zavarivanje, sila gravitacije pada suprotstavlja se njenom prijenosu na proizvod. Ali zbog sile površinske napetosti, tečnost metala se sprečava da iscuri pri zavarivanju u gornjem i vertikalnom položaju.

Prolaskom električne struje kroz elemente kruga zavarivanja, uključujući radni komad koji se zavariva, stvara se magnetsko polje čija jačina ovisi o jačini struje zavarivanja. Stub plinskog luka je fleksibilan provodnik električne struje i stoga je podložan rezultujućem magnetskom polju koje se formira u krugu zavarivanja. U normalnim uslovima, gasni stub luka, koji otvoreno gori u atmosferi, nalazi se simetrično u odnosu na os elektrode. Pod uticajem elektromagnetnih sila, luk odstupa od ose elektrode u poprečnom ili uzdužnom pravcu, što je po svojim spoljašnjim karakteristikama slično pomeranju otvorenog plamena jakim strujama vazduha. Ova pojava se zove magnetno puhanje.

Pričvršćivanje žice za zavarivanje u neposrednoj blizini luka naglo smanjuje njegov otklon, budući da unutrašnje kružno magnetsko polje struje ima ujednačen učinak na stub luka. Dovod struje na proizvod na udaljenosti od luka dovest će do njegovog otklona zbog zadebljanja linija sile kružnog magnetskog polja sa strane strujnog voda.