Dans l'industrie moderne, le soudage a grande valeur, il a une très large gamme d’applications dans toutes les industries. Pour réaliser le processus de soudage, un arc de soudage est nécessaire.

Qu'est-ce qu'un arc de soudage, sa définition

Un arc de soudage est considéré comme une décharge électrique très importante en termes de puissance et de durée qui existe entre les électrodes auxquelles une tension est appliquée dans un mélange de gaz. Ses propriétés se caractérisent par une température et une densité de courant élevées, grâce auxquelles il est capable de faire fondre des métaux dont le point de fusion est supérieur à 3000 degrés. En général, on peut dire que arc électrique est un conducteur de gaz qui convertit l'énergie électrique en énergie thermique. Charge électrique appelé passer courant électriqueà travers un milieu gazeux.

Il existe plusieurs types de décharges électriques :

• Décharge luminescente. Se produit à basse pression, utilisé dans lampes fluorescentes et écrans plasma ;
• Décharge d'étincelles. Se produit lorsque la pression est égale à la pression atmosphérique et a une forme intermittente. La foudre correspond à une décharge d’étincelles elle est également utilisée pour enflammer les moteurs à combustion interne ;
• Décharge d'arc. Utilisé pour le soudage et l'éclairage. Il se caractérise par une forme continue et se produit à pression atmosphérique ;
• Couronne. Cela se produit lorsque le corps de l'électrode est rugueux et inhomogène, la deuxième électrode peut manquer, c'est-à-dire qu'un jet apparaît. Utilisé pour purifier les gaz de la poussière ;

Nature et structure

La nature de l'arc de soudage n'est pas aussi compliquée qu'il y paraît à première vue. Le courant électrique, traversant la cathode, pénètre ensuite dans le gaz ionisé, une décharge se produit avec une lueur vive et une température très élevée, de sorte que la température de l'arc électrique peut atteindre 7 000 à 10 000 degrés. Après cela, le courant circule vers le matériau à souder. Étant donné que la température est très élevée, l'arc émet des émissions nocives. corps humain rayonnement ultraviolet et infrarouge, il peut endommager les yeux ou provoquer de légères brûlures sur la peau, une protection appropriée est donc nécessaire lors de l'exécution du processus de soudage.

La structure de l'arc de soudage se compose de trois zones principales : anodique, cathodique et colonne d'arc. Lors de la combustion de l'arc, des points actifs se forment sur la cathode et l'anode - des zones dans lesquelles la température atteint les valeurs les plus élevées ; c'est à travers ces zones que passe tout le courant électrique et les zones de l'anode et de la cathode représentent des chutes de tension plus importantes ; Et le pilier lui-même est situé entre ces zones, la chute de tension dans le pilier est très faible. Ainsi, la longueur de l'arc de soudage est la somme des zones ci-dessus, généralement la longueur est de plusieurs millimètres, lorsque les zones anodiques et cathodiques sont respectivement de 10-4 et 10-5 cm. La longueur la plus favorable est d'environ 4-. 6 mm, avec cette longueur une température constante et favorable.

Variétés

Les types d'arc de soudage diffèrent par le circuit d'alimentation en courant de soudage et l'environnement dans lequel ils se produisent. Les options les plus courantes sont :

• Action directe. Avec cette méthode, la machine à souder est située parallèlement à la structure métallique à souder et l'arc se produit selon un angle de quatre-vingt-dix degrés par rapport à l'électrode et au métal ;
• Arc de soudage indirect. Se produit lorsque deux électrodes sont utilisées, situées à un angle de 40 à 60 degrés par rapport à la surface de la pièce à souder, un arc se produit entre les électrodes et soude le métal ;

Il existe également une classification en fonction de l'atmosphère dans laquelle ils se produisent :

• Type ouvert. Un arc de ce type brûle dans l'air et une phase gazeuse se forme autour de lui, contenant des vapeurs du matériau à souder, des électrodes et leurs revêtements ;
• Type fermé. La combustion d'un tel arc se produit sous une couche de flux ; des vapeurs de métal, d'électrode et de flux pénètrent dans la phase gazeuse formée autour de l'arc ;
• Arc avec alimentation en gaz. Gaz comprimés - hélium, argon, dioxyde de carbone, hydrogène et autres divers mélanges gaz, ils sont fournis de manière à ce que le métal à souder ne s'oxyde pas ; leur apport contribue à un environnement réducteur ou neutre. La phase gazeuse autour de l'arc comprend les vapeurs de gaz, de métal et d'électrode fournies ;

Ils se distinguent également par la durée d'action - stationnaire (par utilisation à long terme) et pulsés (pour mono-coup), selon le matériau de l'électrode utilisé - carbone, tungstène - électrodes non consommables et métal - consommable. L’électrode consommable la plus courante est l’acier. Aujourd'hui, le soudage avec une électrode non consommable est le plus souvent utilisé. Ainsi, les types d'arcs de soudage sont variés.

Conditions de combustion

À conditions standards, c'est-à-dire qu'à une température de 25 degrés et une pression de 1 atmosphère, les gaz ne sont pas capables de conduire le courant électrique. Pour qu'un arc se forme, il est nécessaire que les gaz entre les électrodes soient ionisés, c'est-à-dire qu'ils contiennent diverses particules chargées - des électrons ou des ions (cations ou anions). Le processus de formation d'un gaz ionisé sera appelé ionisation, et le travail qui doit être consacré à l'élimination d'un électron d'une particule atomique pour former un électron et un ion sera appelé le travail d'ionisation, qui se mesure en électrons-volts et est appelé potentiel d’ionisation. L'énergie exacte qui doit être dépensée pour retirer un électron d'un atome dépend de la nature de la phase gazeuse ; les valeurs peuvent aller de 3,5 à 25 eV. Les métaux des groupes alcalins et alcalino-terreux – potassium, calcium et, par conséquent, leurs composé chimique. Les électrodes sont recouvertes de tels composés afin de contribuer à l'existence et à la combustion stables de l'arc de soudage.

De plus, pour que l'arc se produise et brûle, une température constante est requise au niveau de la cathode, qui dépend de la nature de la cathode, de son diamètre, de sa taille et de sa température. environnement. La température de l'arc électrique doit donc être constante et non fluctuante, grâce à des valeurs énormes actuel, la température peut atteindre 7 000 degrés, donc absolument tous les matériaux peuvent être assemblés par soudage. Une température constante est assurée par une alimentation électrique fonctionnant correctement, donc son choix lors de la conception machine à souder très important, cela affecte les propriétés de l’arc.

Émergence

Cela se produit lors d'un court-circuit rapide, c'est-à-dire lorsque l'électrode entre en contact avec la surface du matériau à souder, en raison de la température colossale, la surface du matériau fond et une petite bande de matériau fondu se forme entre l'électrode. et la superficie. Au moment où l'électrode et le matériau à souder divergent, un col de matériau se forme, qui se brise et s'évapore instantanément en raison de valeurs élevées densité de courant. Le gaz s'ionise et un arc électrique se produit. Vous pouvez l'exciter en la touchant ou en la grattant.

Particularités

Il présente les caractéristiques suivantes par rapport aux autres charges électriques :

• Densité de courant élevée, atteignant plusieurs milliers d'ampères par centimètre carré, grâce à quoi une température très élevée est atteinte ;
• Répartition inégale du champ électrique dans l'espace entre les électrodes. Près des électrodes, la chute de tension est très élevée, alors que dans la colonne, c'est l'inverse ;
• Des températures énormes qui atteignent le plus grandes valeurs dans le pilier à cause de haute densité actuel À mesure que la longueur de la colonne augmente, la température diminue, et lorsqu'elle se rétrécit, au contraire, elle augmente ;
• En utilisant des arcs de soudage, vous pouvez obtenir une grande variété de caractéristiques courant-tension - la dépendance de la chute de tension sur la densité de courant à une longueur constante, c'est-à-dire une combustion constante. Il existe actuellement trois caractéristiques courant-tension.

Le premier est en baisse, lorsqu'avec une augmentation de l'intensité et, par conséquent, de la densité de courant, la tension chute. La seconde est dure, lorsqu'un changement de courant n'affecte en rien la valeur de la tension, et la troisième est croissante, lorsqu'à mesure que le courant augmente, la tension augmente également.

Ainsi, l'arc de soudage peut être considéré comme le moyen de fixation le meilleur et le plus fiable. structures métalliques. Le procédé de soudage a un impact majeur sur l'industrie actuelle, car seule la température élevée de l'arc de soudage est capable de maintenir la plupart des métaux ensemble. Pour obtenir des coutures de haute qualité et fiables, il est nécessaire de prendre en compte correctement et correctement toutes les caractéristiques de l'arc, de surveiller toutes les valeurs, grâce à cela la procédure passera rapidement et le plus efficacement possible. Il faut également prendre en compte les propriétés de l'arc : densité de courant, température et tension.

Le principe du soudage à l'arc électrique repose sur l'utilisation de la température de la décharge électrique qui se produit entre l'électrode de soudage et la pièce métallique.

Une décharge d'arc se forme en raison d'un claquage électrique de l'entrefer. Lorsque ce phénomène se produit, les molécules de gaz sont ionisées, leur température et leur conductivité électrique augmentent et elles passent à l’état plasma.

La combustion d'un arc de soudage s'accompagne de la libération d'une grande quantité de lumière et surtout d'énergie thermique, ce qui entraîne une forte augmentation de la température et une fusion locale du métal de la pièce à usiner. C'est du soudage.

Pendant le fonctionnement, afin d'initier une décharge d'arc, la pièce est brièvement touchée par l'électrode, c'est-à-dire qu'un court-circuit est créé, suivi d'une rupture du contact métallique et de l'établissement de l'entrefer requis. De cette manière, la longueur optimale de l'arc de soudage est sélectionnée.

Avec une décharge très courte, l'électrode peut coller à la pièce, la fusion se produit trop intensément, ce qui peut entraîner la formation d'un affaissement. Un arc long se caractérise par une instabilité de combustion et une température insuffisamment élevée dans la zone de soudage.

Une instabilité et une courbure visible de la forme de l'arc de soudage peuvent souvent être observées lors du fonctionnement d'unités de soudage industrielles comportant des pièces assez massives. Ce phénomène est appelé soufflage magnétique.

Son essence réside dans le fait que le courant de l'arc de soudage crée un certain champ magnétique qui interagit avec le champ magnétique créé par le courant circulant à travers la pièce massive.

Autrement dit, la déviation de l’arc est provoquée par des forces magnétiques. Le processus est appelé soufflage car l’arc est dévié, comme sous l’influence du vent.

Il n’existe pas de moyens radicaux pour lutter contre ce phénomène. Pour réduire l'influence du souffle magnétique, on utilise un soudage avec un arc raccourci et l'électrode est également placée selon un certain angle.

Milieu de combustion

Il en existe plusieurs différents technologies de soudage, en utilisant des décharges d'arc électrique qui diffèrent par leurs propriétés et leurs paramètres. L'arc de soudage électrique a les types suivants :

• ouvrir. Le rejet se produit directement dans l’atmosphère ;
• fermé. La température élevée générée lors de la combustion provoque un dégagement abondant de gaz provenant du flux en combustion. Le flux est contenu dans le revêtement des électrodes de soudage ;
• dans un environnement de gaz protecteur. Dans cette option, du gaz est fourni à la zone de soudage, le plus souvent de l'hélium, de l'argon ou du dioxyde de carbone.

La protection de la zone de soudage est nécessaire pour empêcher l'oxydation active du métal en fusion sous l'influence de l'oxygène atmosphérique.

La couche d'oxyde empêche la formation d'une soudure continue ; le métal au niveau du joint devient poreux, ce qui entraîne une diminution de la résistance et de l'étanchéité du joint.

Dans une certaine mesure, l'arc lui-même est capable de créer un microclimat dans la zone de combustion en raison de la formation d'une zone hypertension artérielle, empêchant la circulation de l'air atmosphérique.

L'utilisation de flux permet une expulsion plus active de l'air de la zone de soudage. L'utilisation de gaz protecteurs fournis sous pression résout presque complètement ce problème.

Durée de décharge

En plus des critères de protection, la décharge d'arc est classée par durée. Il existe des processus dans lesquels la combustion de l'arc se produit en mode pulsé.

Dans de tels dispositifs, le soudage est effectué par courtes rafales. Pendant le flash, la température parvient à augmenter jusqu'à une valeur suffisante pour la fusion locale d'une petite zone dans laquelle se forme une connexion ponctuelle.

La plupart des technologies de soudage utilisées utilisent une durée de combustion de l'arc relativement longue. Pendant le processus de soudage, l'électrode se déplace constamment le long des bords à assembler.

Région température élevée, créant, se déplace après l'électrode. Après avoir déménagé électrode de soudage, par conséquent, la décharge de l'arc, la température de la zone traversée diminue, la cristallisation du bain de fusion se produit et la formation d'une soudure solide.

Structure de décharge d'arc

La zone de décharge en arc est classiquement divisée en trois sections. Les zones immédiatement adjacentes aux pôles (anode et cathode) sont appelées respectivement anode et cathode.

La partie centrale de la décharge d’arc, située entre les régions anodique et cathodique, est appelée colonne d’arc. La température dans la zone de l'arc de soudage peut atteindre plusieurs milliers de degrés (jusqu'à 7 000 °C).

Bien que la chaleur ne soit pas complètement transférée au métal, elle suffit amplement à fondre. Ainsi, le point de fusion de l’acier, à titre de comparaison, est de 1 300 à 1 500 °C.

Pour assurer une combustion stable d'une décharge d'arc, il est nécessaire conditions suivantes: la présence d'un courant de l'ordre de 10 Ampères (c'est la valeur minimale, le maximum peut atteindre 1000 Ampères), tout en maintenant la tension de l'arc de 15 à 40 Volts.

Cette chute de tension se produit lors d’une décharge en arc. La répartition de la tension entre les zones d'arc est inégale. La majeure partie de la chute de tension appliquée se produit dans les zones anodiques et cathodiques.

Il a été établi expérimentalement qu'à , la plus grande chute de tension est observée dans la zone cathodique. C’est dans la même partie de l’arc que l’on observe le gradient de température le plus élevé.

Par conséquent, lors du choix de la polarité du processus de soudage, la cathode est connectée à l'électrode lorsqu'elle souhaite atteindre sa fusion maximale, augmentant ainsi sa température. Au contraire, pour une pénétration plus profonde de la pièce, la cathode y est fixée. La plus petite partie de la tension chute dans la colonne d'arc.

Pendant la production travaux de soudureélectrode non consommable, la chute de tension cathodique est inférieure à celle anodique, c'est-à-dire que la zone haute température est décalée vers l'anode.

Par conséquent, avec cette technologie, la pièce est connectée à l'anode, ce qui assure un bon chauffage et une protection de l'électrode non consommable contre les températures excessives.

Zones de température

Il est à noter que pour tout type de soudage, aussi bien avec une électrode consommable que non consommable, la colonne d'arc (son centre) a le plus haute température- environ 5 000-7 000 °C, et parfois plus.

Les zones de température les plus basses sont situées dans l'une des régions actives, cathode ou anode. Dans ces zones, 60 à 70 % de la chaleur de l’arc peut être libérée.

En plus d'une augmentation intense de la température de la pièce et de l'électrode de soudage, la décharge émet des ondes infrarouges et ultraviolettes qui peuvent provoquer influence néfaste sur le corps du soudeur. Cela nécessite le recours à des mesures de protection.

Quant au soudage AC, la notion de polarité n'y existe pas, puisque la position de l'anode et de la cathode change à une fréquence industrielle de 50 vibrations par seconde.

L'arc dans ce processus est moins stable que le courant continu, sa température fluctue. Les avantages des procédés de soudage utilisant le courant alternatif incluent un équipement plus simple et moins cher, et même l'absence presque totale d'un phénomène tel que le souffle magnétique, mentionné ci-dessus.

Caractéristique courant-tension

Le graphique montre la dépendance de la tension de la source d'alimentation sur le courant de soudage, appelée caractéristiques courant-tension du processus de soudage.

Les courbes rouges affichent l'évolution de la tension entre l'électrode et la pièce dans les phases d'excitation de l'arc de soudage et de sa combustion stable. Points de départ Les courbes correspondent à la tension en circuit ouvert de la source d'alimentation.

Au moment où le soudeur initie une décharge d'arc, la tension chute fortement jusqu'à la période où les paramètres de l'arc se stabilisent et où la valeur du courant de soudage s'établit, en fonction du diamètre de l'électrode utilisée, de la puissance de la source d'alimentation et de la valeur réglée. longueur de l'arc.

Avec le début de cette période, la tension et la température de l’arc se stabilisent et l’ensemble du processus devient stable.

Bonjour à tous les visiteurs de mon blog. Le sujet de l'article d'aujourd'hui est l'arc électrique et la protection contre l'arc électrique. Le sujet n'est pas aléatoire, j'écris depuis l'hôpital Sklifosovsky. Pouvez-vous deviner pourquoi ?

Qu'est-ce qu'un arc électrique

C'est l'un des types de décharge électrique dans le gaz (phénomène physique). On l'appelle aussi – Décharge d'arc ou arc voltaïque. Se compose de gaz ionisé électriquement quasi neutre (plasma).

Cela peut se produire entre deux électrodes lorsque la tension entre elles augmente ou se rapproche.

En bref sur propriétés: température de l'arc électrique, de 2500 à 7000 °C. Pas une température basse cependant. L'interaction des métaux avec le plasma entraîne un échauffement, une oxydation, une fusion, une évaporation et d'autres types de corrosion. Accompagné de rayonnement lumineux, d'ondes explosives et de choc, de températures ultra élevées, d'incendie, de libération d'ozone et de dioxyde de carbone.

Il existe de nombreuses informations sur Internet sur ce qu'est un arc électrique, quelles sont ses propriétés, si vous souhaitez plus de détails, jetez-y un œil. Par exemple, sur ru.wikipedia.org.

Parlons maintenant de mon accident. C'est difficile à croire, mais il y a 2 jours j'ai directement été confronté à ce phénomène, et sans succès. Cela s'est passé ainsi : le 21 novembre, au travail, j'ai été chargé de câbler des lampes dans une boîte de jonction puis de les connecter au réseau. Il n'y a eu aucun problème avec le câblage, mais lorsque je suis monté dans le bouclier, des difficultés sont survenues. C'est dommage que j'ai oublié mon androïde à la maison, je n'ai pas pris de photo du tableau électrique, sinon ça aurait été plus clair. Peut-être que j'en ferai plus à mon retour au travail. Ainsi, le blindage était très ancien - 3 phases, un bus zéro (également appelé mise à la terre), 6 disjoncteurs et un interrupteur batch (cela semblait simple), l'état n'inspirait initialement pas confiance. J'ai longtemps lutté avec le bus zéro, car tous les boulons étaient rouillés, après quoi j'ai facilement installé la phase sur la machine. Tout va bien, j'ai vérifié les lampes, elles fonctionnent.

Ensuite, je suis retourné au tableau pour poser soigneusement les fils et le fermer. Je tiens à préciser que le tableau électrique était situé à ~2 mètres de hauteur, dans un passage étroit, et pour y accéder, j'ai utilisé un escabeau (échelle). En disposant les fils, j'ai découvert des étincelles sur les contacts d'autres machines, ce qui faisait clignoter les lampes. En conséquence, j'ai retiré tous les contacts et j'ai continué à inspecter les fils restants (pour le faire une fois et ne plus y revenir). Ayant découvert qu'un contact sur le sac avait une température élevée, j'ai décidé de le prolonger également. J'ai pris un tournevis, je l'ai appuyé contre la vis, je l'ai tourné, bang ! Il y a eu une explosion, un éclair, j'ai été projeté en arrière, j'ai heurté le mur, je suis tombé au sol, rien n'était visible (aveuglé), le bouclier n'a pas arrêté d'exploser et de bourdonner. Je ne sais pas pourquoi la protection n'a pas fonctionné. En sentant les étincelles tomber sur moi, j'ai réalisé que je devais sortir. Je suis sorti au toucher, en rampant. Sorti de ce passage étroit, il commença à appeler son partenaire. Déjà à ce moment-là, je sentais qu'avec mon main droite(Je lui ai tendu le tournevis) quelque chose n'allait pas, j'ai ressenti une douleur terrible.

Avec mon partenaire, nous avons décidé que nous devions courir jusqu'au poste de secours. Je ne pense pas que cela vaut la peine de raconter ce qui s’est passé ensuite, je viens de me faire injecter et je suis allé à l’hôpital. Je n'oublierai jamais ce bruit terrible d'un long court-circuit - des démangeaisons accompagnées d'un bourdonnement.

Maintenant, je suis à l’hôpital, j’ai une écorchure au genou, les médecins pensent que j’ai été électrocuté, c’est la solution, alors ils surveillent mon cœur. Je crois que je n'ai pas été choqué, mais la brûlure sur ma main a été causée par un arc électrique survenu lors d'un court-circuit.

Je ne sais pas encore ce qui s'est passé là-bas, pourquoi le court-circuit s'est produit, je pense que lorsque la vis a été tournée, le contact lui-même s'est déplacé et un court-circuit entre phases s'est produit, ou il y avait un fil nu derrière le commutateur de paquets et quand la vis s'est approchée, un arc électrique. Je le saurai plus tard s'ils ont compris.

Merde, je suis allé chercher un pansement, ils m'ont tellement enveloppé la main que j'écris avec ma main gauche maintenant)))

Je n’ai pas pris de photo sans bandages ; c’était un spectacle très désagréable. Je ne veux pas effrayer les électriciens débutants….

Quelles sont les mesures de protection contre les arcs électriques qui pourraient me protéger ? Après avoir analysé Internet, j'ai constaté que le moyen le plus populaire de protéger les personnes se trouvant dans les installations électriques contre les arcs électriques est une combinaison résistante à la chaleur. DANS Amérique du Nord Les machines spéciales de Siemens sont très populaires, elles protègent à la fois contre l'arc électrique et le courant maximum. En Russie, pour le moment, ces machines ne sont utilisées que dans les sous-stations à haute tension. Dans mon cas, un gant diélectrique me suffirait, mais réfléchissez à la façon d'y connecter les lampes ? C'est très gênant. Je recommande également d'utiliser des lunettes de sécurité pour protéger vos yeux.

Dans les installations électriques, la lutte contre un arc électrique s'effectue à l'aide de vacuostats et d'interrupteurs à huile, ainsi qu'à l'aide de bobines électromagnétiques associées à des chambres d'extinction d'arc.

C'est tout ? Non! Le moyen le plus fiable de se protéger d'un arc électrique, à mon avis, est travail de soulagement du stress . Je ne sais pas pour vous, mais je ne travaillerai plus sous tension...

Voilà pour mon article arc électrique Et protection contre les arcs se termine. Avez-vous quelque chose à ajouter ? Laissez un commentaire.

L'arc électrique et ses propriétés

Le plus largement utilisé en génie mécanique soudage à l'arc. Examinons de plus près les caractéristiques du soudage à l'arc électrique.

Un arc électrique est une décharge continue de courant électrique entre deux électrodes, se produisant dans un environnement gazeux. L'arc électrique utilisé pour souder les métaux s'appelle arc de soudage. Dans la plupart des cas, un tel arc brûle entre l'électrode et le produit, c'est-à-dire est un arc d’action directe.

Arc direct CC, brûlant entre l'électrode métallique (cathode) et le métal à souder (anode), comporte plusieurs zones clairement distinguables (Fig. 2.3). Électriquement conducteur canal de gaz la connexion des électrodes a la forme d'un cône ou d'un cylindre tronqué. Ses propriétés sont différentes distances des électrodes ne sont pas les mêmes. De fines couches de gaz adjacentes aux électrodes ont relativement basse température. Selon la polarité de l'électrode à laquelle elles sont adjacentes, ces couches sont appelées cathode. 2 et anode 4 zones d’arc.

Longueur de la région cathodique je k est déterminé par le libre parcours des atomes neutres et est

̃environ 10 à 5 cm de longueur de la région anodique. je un est déterminé par le libre parcours de l'électron et mesure environ 10 -3 cm. Entre les régions proches de l'électrode se trouve la région de décharge la plus longue et à haute température - la colonne d'arc. l c 3.

Des taches se forment à la surface de la cathode et de l'anode, appelées respectivement cathode 1 et anode 5 les points, qui sont les bases de la colonne d'arc à travers lesquelles passe tout le courant de soudage. Les spots d'électrodes se distinguent par la luminosité de leur lueur à leur température relativement basse (2600... 3200 K). La température dans la colonne à arc atteint 6 000...8 000 K.

Longueur totale arc de soudage je dégal à la somme des longueurs de ses trois régions (l d ​​​​=l a + l k) et pour des conditions réelles, c'est 2...6 mm.

La tension totale de l'arc de soudage est donc la somme des chutes de tension dans les zones individuelles de l'arc. et varie de 20 à 40 V. La dépendance de la tension dans l'arc de soudage sur sa longueur est décrite par l'équation , Où UN - somme des chutes de tension dans les régions cathodique et anodique, V ; je d- longueur de la colonne d'arc, mm ; b- chute de tension spécifique dans l'arc, c'est-à-dire fait référence à 1 mm de longueur de colonne d'arc, V/mm.

L'une des principales caractéristiques d'une décharge d'arc électrique est la caractéristique courant-tension statique - la dépendance de la tension de l'arc à une longueur constante sur l'intensité du courant qui y règne (Fig. 2.4).

À mesure que la longueur de l'arc augmente, la tension augmente et la courbe de la caractéristique courant-tension statique de l'arc augmente plus haut, tout en conservant approximativement sa forme (courbes a, b, c). Il distingue trois régions : I décroissant, II rigide (presque horizontal) et III croissant. Selon les conditions de combustion de l'arc, une des sections caractéristiques lui correspond. Lorsque manuel soudage à l'arcélectrodes enrobées, soudage dans des gaz de protection avec une électrode non consommable et soudage à l'arc submergé à des densités de courant relativement faibles, la caractéristique de l'arc diminuera initialement et, avec l'augmentation du courant, elle deviendra complètement dure. Dans le même temps, avec une augmentation du courant de soudage, la section transversale de la colonne d'arc et la surface augmentent proportionnellement coupe transversale taches anodiques et cathodiques. La densité de courant et la tension de l'arc restent constantes.

Lors du soudage sous arc submergé et sous gaz de protection avec un fil d'électrode fin à des densités de courant élevées, la caractéristique de l'arc devient croissante. Ceci s'explique par le fait que les diamètres des spots cathodiques et anodiques deviennent égaux au diamètre de l'électrode et ne peuvent plus augmenter. Dans l'intervalle de l'arc, une ionisation complète des molécules de gaz se produit et une augmentation supplémentaire du courant de soudage ne peut se produire qu'en raison d'une augmentation de la vitesse de déplacement des électrons et des ions, c'est-à-dire en raison d'une augmentation de l'intensité du champ électrique. Par conséquent, pour augmenter davantage le courant de soudage, une augmentation de la tension de l’arc est nécessaire.

L’arc de soudage est une puissante source de chaleur concentrée. Presque tout énergie électrique, consommé par l'arc, se transforme en chaleur. Complet puissance thermique arcs Q = I St U d(J/s) dépend de l'intensité du courant de soudage Je St.(A) et tension d'arc Ud(DANS).

Il convient de noter que toute la chaleur de l'arc n'est pas dépensée pour chauffer et faire fondre le métal. Une partie est inutilement dépensée pour chauffer l’air ambiant ou pour protéger les gaz, les rayonnements, etc. À cet égard, la puissance thermique effective de l'arc qeff(J/s) (cette partie de la chaleur de l'arc de soudage qui est introduite directement dans le produit) est déterminée par la relation suivante : où η est le coefficient de performance (efficacité) du processus de chauffage d'un produit avec un arc de soudage, déterminé expérimentalement.

Le coefficient η dépend de la méthode de soudage, du matériau de l'électrode, de la composition du revêtement ou du flux et d'un certain nombre d'autres facteurs. Par exemple, lors du soudage à l'arc ouvert avec une électrode de carbone ou de tungstène, il est en moyenne de 0,6 ; lors du soudage avec des électrodes enrobées (de haute qualité) - environ 0,75 ; lors du soudage sous arcs immergés - 0,8 ou plus.

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Assemblage de structures métalliques

L'arc électrique et ses propriétés

Un arc électrique est une décharge électrique à long terme se produisant dans l'espace gazeux entre deux conducteurs - l'électrode et le métal étant soudés à un courant important. L'ionisation de la couche d'air, qui apparaît continuellement sous l'influence d'un flux rapide d'ions et d'électrons positifs et négatifs dans l'arc, crée conditions nécessaires pour une combustion longue et stable de l'arc de soudage.

Riz. 1. Arc électrique entre une électrode métallique et le métal à souder : a - schéma de l'arc, b - graphique des tensions d'arc de 4 mm de long ; 1 - électrode, 2 - halo de flamme, 3 - colonne d'arc, 4 - métal en cours de soudage, 5 - point d'anode, 6 - bassin en fusion, 7 - cratère, 8 - point de cathode ; h - profondeur de pénétration dans l'arc, A - moment d'allumage de l'arc, B - moment de combustion stable

L'arc est constitué d'une colonne dont la base est située dans une dépression (cratère) formée à la surface du bassin de fusion. L'arc est entouré d'un halo de flamme formé de vapeurs et de gaz provenant de la colonne d'arc. La colonne a la forme d'un cône et constitue la partie principale de l'arc, car elle concentre l'essentiel de l'énergie, correspondant à la densité la plus élevée du courant électrique traversant l'arc. Partie supérieure La colonne, située sur l'électrode 1 (cathode), a un petit diamètre et forme une tache cathodique 8. Elle est émise à travers la tache cathodique le plus grand nombreélectrodes. La base du cône de la colonne d'arc est située sur le métal à souder (anode) et forme le point anodique. Le diamètre du point anodique aux valeurs moyennes du courant de soudage est environ 1,5 ... 2 fois supérieur au diamètre du point cathodique.

Le courant continu et alternatif est utilisé pour le soudage. Lors de l'utilisation de courant continu, le moins de la source de courant est connecté à l'électrode (polarité droite) ou à la pièce à souder "" (polarité inversée). La polarité inversée est utilisée dans les cas où il est nécessaire de réduire le dégagement de chaleur sur le produit à souder : lors du soudage de métaux fins ou à bas point de fusion, d'aciers alliés, inoxydables et à haute teneur en carbone sensibles à la surchauffe, ainsi que lors de l'utilisation certains types d'électrodes.

Mise en évidence grand nombre chaleur et avoir une température élevée. Dans le même temps, l’arc électrique produit un échauffement très concentré du métal. Ainsi, lors du soudage, le métal reste relativement légèrement chauffé même à une distance de plusieurs centimètres de l'arc de soudage.

L'action de l'arc fait fondre le métal jusqu'à une certaine profondeur h, appelée profondeur de pénétration ou pénétration.

L'arc est excité lorsque l'électrode s'approche du métal à souder et court-circuite le circuit de soudage. En raison de la résistance élevée au point de contact de l'électrode avec le métal, l'extrémité de l'électrode chauffe rapidement et commence à émettre un flux d'électrons. Lorsque l'extrémité de l'électrode s'éloigne rapidement du métal jusqu'à une distance de 2 à 4 mm, un arc électrique se produit.

La tension dans l’arc, c’est-à-dire la tension entre l’électrode et le métal de base, dépend principalement de sa longueur. Au même courant, la tension dans un arc court est inférieure à celle dans un arc long. Cela est dû au fait qu'avec un arc long, la résistance de son espace gazeux est plus grande. L'augmentation de la résistance dans circuit électriqueà courant constant, cela nécessite une augmentation de la tension dans le circuit. Plus la résistance est élevée, plus la tension doit être élevée pour garantir que le même courant traverse le circuit.

L'arc entre l'électrode métallique et le métal brûle à une tension de 18 ... 28 V. Pour initier l'arc, une tension supérieure à celle nécessaire pour maintenir sa combustion normale est nécessaire. Cela s'explique par le fait qu'au moment initial l'entrefer n'est pas encore suffisamment chauffé et qu'il est nécessaire de donner aux électrons une vitesse élevée pour découpler les molécules et les atomes de l'air. Cela ne peut être réalisé qu'avec plus haute tension au moment de l'amorçage de l'arc.

Le graphique des modifications du courant I dans l'arc lors de son allumage et de sa combustion stable (Fig. 1, b) est appelé caractéristique statique de l'arc et correspond à une combustion d'arc stable. Le point A caractérise le moment d'amorçage de l'arc. La tension d'arc V chute rapidement le long de la courbe AB jusqu'à une valeur normale correspondant à un arc stable au point B. Une nouvelle augmentation du courant (à droite du point B) augmente l'échauffement de l'électrode et la vitesse de sa fusion, mais n'affecte pas la stabilité de l'arc.

Un arc stable est un arc qui brûle uniformément, sans interruption arbitraire nécessitant un rallumage. Si l'arc brûle de manière inégale, se brise et s'éteint souvent, un tel arc est alors appelé instable. La stabilité de l'arc dépend de nombreuses raisons, les principales étant le type de courant, la composition du revêtement de l'électrode, le type d'électrode, la polarité et la longueur de l'arc.

Avec le courant alternatif, l'arc brûle de manière moins constante qu'avec le courant continu. Ceci s'explique par le fait qu'au moment où le courant n atteint zéro, l'ionisation de l'entrefer de l'arc diminue et l'arc peut s'éteindre. Pour améliorer la stabilité de l'arc CA, il est nécessaire d'appliquer un io-coating sur l'électrode métallique. Les paires d'éléments inclus dans le revêtement augmentent l'ionisation de l'espace de l'arc et contribuent ainsi à la combustion stable de l'arc en courant alternatif.

La longueur de l'arc est déterminée par la distance entre l'extrémité de l'électrode et la surface du métal en fusion de l'ouvrage à souder. En règle générale, la longueur normale de l'arc ne doit pas dépasser 3 à 4 mm pour une électrode en acier. Un tel arc est dit court. Un arc court brûle de manière constante et assure le déroulement normal du processus de soudage. Un arc de plus de 6 mm est dit long. Avec cela, le processus de fusion du métal de l'électrode se déroule de manière inégale. Des gouttes de métal s'écoulant de l'extrémité de l'électrode dans ce cas dans une plus grande mesure peut être oxydé par l’oxygène et enrichi en azote de l’air. Le métal déposé s'avère poreux, la couture a surface inégale, et l'arc brûle de manière instable. Avec un arc long, la productivité du soudage diminue, les projections de métal augmentent et le nombre de points de manque de pénétration ou de fusion incomplète du métal déposé avec le métal de base augmente.

Le transfert du métal d’électrode vers le produit lors du soudage à l’arc avec électrodes consommables est un processus complexe. Après l'allumage de l'arc (position /), une couche de métal en fusion se forme à la surface de l'extrémité de l'électrode qui, sous l'influence de la gravité et de la tension superficielle, se rassemble en une goutte (position //). Les gouttes peuvent atteindre grandes tailles et superposez la colonne d'arc (position III), créant pendant une courte période court-circuit chaîne de soudage, après quoi le pont de métal liquide formé se brise, l'arc apparaît à nouveau et le processus de formation de gouttelettes est répété.

La taille et le nombre de gouttes traversant l'arc par unité de temps dépendent de la polarité et de l'intensité du courant, composition chimique et l'état physique du métal d'électrode, la composition du revêtement et un certain nombre d'autres conditions. De grosses gouttes, atteignant 3...4 mm, se forment généralement lors du soudage avec des électrodes non revêtues, de petites gouttes (jusqu'à 0,1 mm) - lors du soudage avec des électrodes enrobées et grande force actuel Le procédé à fines gouttelettes assure une combustion stable de l'arc et favorise les conditions de transfert du métal d'électrode en fusion dans l'arc.

Riz. 2. Schéma de transfert de métal de l'électrode au métal à souder

Riz. 3. Déviation de l'arc électrique par les champs magnétiques (a-g)

La gravité peut favoriser ou entraver le transfert des gouttelettes dans l’arc. En soudage au plafond et partiellement vertical, la gravité de la goutte s'oppose à son transfert vers le produit. Mais grâce à la force de la tension superficielle bain liquide le métal est empêché de s'écouler lors du soudage au plafond et en position verticale.

Le passage du courant électrique à travers les éléments du circuit de soudage, y compris le produit à souder, crée un champ magnétique dont l'intensité dépend de l'intensité du courant de soudage. La colonne de gaz d'un arc électrique est un conducteur flexible du courant électrique, elle est donc soumise à l'action du courant résultant champ magnétique, qui est formé dans le circuit de soudage. Dans des conditions normales, la colonne de gaz d'un arc brûlant ouvertement dans l'atmosphère est située symétriquement par rapport à l'axe de l'électrode. Sous l'influence de forces électromagnétiques, l'arc se dévie de l'axe de l'électrode dans le sens transversal ou longitudinal, ce qui signes extérieurs semblable au déplacement d’une flamme nue sous de forts courants d’air. Ce phénomène est appelé souffle magnétique.

Le fait de connecter le fil de soudage à proximité immédiate de l’arc réduit considérablement sa déviation, car le champ magnétique circulaire du courant a un effet uniforme sur la colonne d’arc. L'alimentation en courant du produit à distance de l'Arc entraînera sa déviation en raison de la condensation des lignes électriques du champ magnétique circulaire du côté du conducteur de courant.