În industria modernă, sudarea este de mare importanță; are un domeniu de aplicare foarte larg în toate industriile. Este necesar un arc de sudare pentru a efectua procesul de sudare.

Ce este un arc de sudare, definiția lui

Un arc de sudare este considerat a fi o descărcare electrică foarte mare din punct de vedere al puterii și al duratei, care există între electrozi, care sunt sub tensiune, într-un amestec de gaze. Proprietățile sale se disting prin temperatură ridicată și densitate de curent, datorită cărora este capabil să topească metale cu un punct de topire peste 3000 de grade. În general, putem spune că un arc electric este un conductor de gaz care transformă energia electrică în energie termică. O sarcină electrică este trecerea unui curent electric printr-un mediu gazos.

Există mai multe tipuri de descărcări electrice:

• Descărcări mocnite. Apare la presiune scăzută, utilizat în lămpi fluorescente și ecrane cu plasmă;
• Descărcare prin scânteie. Apare atunci când presiunea este egală cu cea atmosferică, are o formă discontinuă. Descărcarea scânteii corespunde fulgerului și este folosită și pentru aprinderea motoarelor cu ardere internă;
• Descărcarea arcului. Folosit pentru sudare și iluminat. Diferă într-o formă continuă, apare la presiunea atmosferică;
• Coroană. Apare atunci când corpul electrodului este aspru și neomogen, al doilea electrod poate fi absent, adică apare un jet. Este folosit pentru curățarea gazelor de praf;

Natura si structura

Natura arcului de sudare nu este atât de complicată pe cât ar părea la prima vedere. Curentul electric, care trece prin catod, pătrunde apoi în gazul ionizat, are loc o descărcare cu o strălucire strălucitoare și o temperatură foarte ridicată, astfel încât temperatura arcului electric poate ajunge la 7000 - 10000 de grade. După aceea, curentul curge către materialul sudat prelucrat. Deoarece temperatura este atât de ridicată, arcul emite radiații ultraviolete și infraroșii dăunătoare corpului uman, poate dăuna ochilor sau poate provoca arsuri ușoare pe piele, așa că este necesară o protecție adecvată în timpul procesului de sudare.

Structura arcului de sudare constă din trei zone principale: anod, catod și coloană cu arc. În timpul arcului, pe catod și anod se formează puncte active - zone în care temperatura atinge cele mai mari valori, tocmai prin aceste zone trece tot curentul electric, zonele anodului și catodic reprezintă căderi de tensiune mai mari. Și coloana în sine este situată între aceste zone, căderea de tensiune în coloană este foarte mică. Astfel, lungimea arcului de sudare este suma zonelor de mai sus, de obicei lungimea este de câțiva milimetri, când zonele anodului și catodului sunt, respectiv, de 10-4 și respectiv 10-5 cm.Lungimea cea mai favorabilă este de aproximativ 4-6. mm, cu o asemenea lungime o temperatură constantă și favorabilă.

Soiuri

Tipurile de arc de sudare diferă în ceea ce privește schema de alimentare a curentului de sudare și mediul în care apar, cele mai comune opțiuni sunt:

• Acțiune directă. Cu această metodă, sudarea este situată paralel cu structura metalică care se sudează și arcul are loc la un unghi de nouăzeci de grade față de electrod și metal;
• Arc de sudare de acțiune indirectă. Apare atunci când se folosesc doi electrozi, care sunt amplasați la un unghi de 40-60 de grade față de suprafața piesei de sudat, între electrozi apare un arc și sudează metalul;

Există și o clasificare în funcție de atmosfera în care apar:

• tip deschis. Un arc de acest tip arde în aer și în jurul lui se formează o fază gazoasă, care conține vapori ai materialului de sudat, electrozi și învelișurile acestora;
• tip închis. Arderea unui astfel de arc are loc sub un strat de flux, faza gazoasă formată în jurul arcului include vapori de metal, electrod și flux;
• Arc cu alimentare cu gaz. Gazele comprimate sunt furnizate arcului de ardere - heliu, argon, dioxid de carbon, hidrogen și alte diverse amestecuri de gaze, sunt furnizate astfel încât metalul sudat să nu se oxideze, alimentarea lor contribuind la un mediu reducător sau neutru. Faza gazoasă din jurul arcului include - gazul furnizat, vaporii de metal și electrozi;

Ele se disting și prin durata de acțiune - staționară (pentru utilizare pe termen lung) și pulsată (pentru o singură utilizare), în funcție de materialul electrodului utilizat - carbon, wolfram - electrozi neconsumabile și metal - consumabile. Cel mai comun electrod consumabil este oțelul. Până în prezent, cea mai des folosită sudare cu electrod neconsumabil. Astfel, tipurile de arcuri de sudare sunt diverse.

Condiții de ardere

În condiții standard, adică o temperatură de 25 de grade și o presiune de 1 atmosferă, gazele nu sunt capabile să conducă electricitatea. Pentru ca un arc să se formeze, este necesar ca gazele dintre electrozi să fie ionizate, adică să conțină diferite particule încărcate - electroni sau ioni (cationi sau anioni). Procesul de formare a unui gaz ionizat se va numi ionizare, iar munca care trebuie cheltuită pentru a desprinde un electron dintr-o particulă atomică pentru a forma un electron și un ion se va numi munca de ionizare, care se măsoară în electroni volți și se numeste potential de ionizare. Ce fel de energie trebuie cheltuită pentru a detașa un electron dintr-un atom depinde de natura fazei gazoase, valorile pot fi de la 3,5 la 25 eV. Cel mai mic potențial de ionizare îl au metalele din grupele alcaline și alcalino-pământoase - potasiu, calciu și, în consecință, compușii lor chimici. Electrozii sunt acoperiți cu astfel de compuși, astfel încât să contribuie la existența stabilă și arderea arcului de sudare.

De asemenea, pentru apariția și arderea arcului, este necesară o temperatură constantă pe catod, care depinde de natura catodului, diametrul acestuia, dimensiunea și temperatura ambiantă. Temperatura arcului electric, așadar, trebuie să fie constantă și să nu fluctueze, datorită valorilor uriașe ale curentului, temperatura poate ajunge la 7 mii de grade, deci absolut toate materialele pot fi atașate prin sudură. O temperatură constantă este asigurată de o sursă de energie bună, astfel încât alegerea acesteia la proiectarea unui aparat de sudură este foarte importantă, afectând proprietățile arcului.

aparitie

Are loc în timpul unui circuit rapid, adică atunci când electrodul intră în contact cu suprafața materialului sudat, din cauza temperaturii colosale, suprafața materialului se topește și se formează o mică bandă de material topit între electrod și suprafata. În momentul în care electrodul și materialul care este sudat diverg, din material se formează un gât, care se rupe instantaneu și se evaporă datorită valorilor mari de densitate de curent. Gazul este ionizat și are loc un arc electric. Poate fi trezit prin atingere sau lovire.

Particularități

Are următoarele caracteristici în comparație cu alte sarcini electrice:

• Densitate mare de curent, care atinge câteva mii de amperi pe centimetru pătrat, datorită căreia se obțin temperaturi foarte ridicate;
• Distribuția neuniformă a câmpului electric în spațiul dintre electrozi. În apropierea electrozilor, căderea de tensiune este foarte mare, când se află în coloană - dimpotrivă;
• Temperatură uriașă, care atinge cele mai mari valori din coloană datorită densității mari de curent. Odată cu creșterea lungimii coloanei, temperatura scade, iar cu o îngustare, dimpotrivă, crește;
• Cu ajutorul arcurilor de sudură, este posibil să se obțină o varietate de caracteristici curent-tensiune - dependența căderii de tensiune de densitatea curentului la o lungime constantă, adică arderea constantă. În acest moment, există trei caracteristici curent-tensiune.

Primul este în scădere, atunci când cu o creștere a forței și, în consecință, a densității curentului, tensiunea scade. Al doilea este greu, când o modificare a curentului nu afectează în niciun fel valoarea tensiunii, iar al treilea este în creștere, când și tensiunea crește odată cu creșterea curentului.

Astfel, arcul de sudură poate fi numit cel mai bun și mai fiabil mod de a fixa structuri metalice. Procesul de sudare are un impact mare asupra industriei de astăzi, deoarece numai temperatura ridicată a arcului de sudare este capabilă să țină împreună majoritatea metalelor. Pentru a obține cusături de înaltă calitate și fiabile, este necesar să luați în considerare corect și corect toate caracteristicile arcului, să monitorizați toate valorile, datorită cărora procedura va fi rapidă și eficientă. De asemenea, este necesar să se țină seama de proprietățile arcului: densitatea curentului, temperatura și tensiunea.

Principiul sudării cu arc electric se bazează pe utilizarea temperaturii descărcării electrice care are loc între electrodul de sudură și piesa metalică.

Descărcarea arcului se formează din cauza defecțiunii electrice a spațiului de aer. Când are loc acest fenomen, are loc ionizarea moleculelor de gaz, temperatura și conductivitatea electrică a acestuia cresc și are loc trecerea la starea de plasmă.

Arderea arcului de sudare este însoțită de eliberarea unei cantități mari de lumină și în special de energie termică, în urma căreia temperatura crește brusc și are loc topirea locală a metalului piesei de prelucrat. Aceasta este sudarea.

În timpul funcționării, pentru a iniția o descărcare de arc, se realizează un contact de scurtă durată al piesei de prelucrat cu un electrod, adică se creează un scurtcircuit, urmat de ruperea contactului metalic și de stabilirea spațiului de aer necesar. În acest fel, se selectează lungimea optimă a arcului de sudare.

Cu o descărcare foarte scurtă, electrodul se poate lipi de piesa de prelucrat, topirea este prea intensă, ceea ce poate duce la formarea de lasături. Un arc lung este caracterizat de ardere instabilă și temperatură insuficient de ridicată în zona de sudare.

Instabilitatea și distorsiunea vizibilă a formei arcului de sudură pot fi adesea observate atunci când se operează unități de sudare industriale cu piese destul de masive. Acest fenomen se numește suflare magnetică.

Esența sa constă în faptul că curentul de sudare al arcului creează un anumit câmp magnetic care interacționează cu câmpul magnetic creat de curentul care curge prin piesa masivă de prelucrat.

Adică, deviația arcului este cauzată de forțe magnetice. Procesul se numește suflare, deoarece arcul este deviat, ca de influența vântului.

Nu există modalități radicale de a combate acest fenomen. Pentru a reduce influența exploziei magnetice, se folosește sudarea cu un arc scurtat, iar electrodul este, de asemenea, poziționat la un anumit unghi.

Mediul de ardere

Există mai multe tehnologii de sudare diferite care utilizează descărcări de arc care diferă în proprietăți și parametri. Arcul electric de sudare are următoarele varietăți:

• deschis. Arderea prin descărcare are loc direct în atmosferă;
• închis. Temperatura ridicată formată în timpul arderii determină o eliberare abundentă de gaze din fluxul de ardere. Fluxul este conținut în acoperirea electrozilor de sudare;
• într-un mediu gazos protector. În această opțiune, gazul este furnizat în zona de sudare, cel mai adesea este heliu, argon sau dioxid de carbon.

Protecția zonei de sudare este necesară pentru a preveni oxidarea activă a metalului în topire sub influența oxigenului atmosferic.

Stratul de oxid previne formarea unei suduri continue, metalul de la joncțiune capătă porozitate, rezultând o scădere a rezistenței și etanșeității îmbinării.

Într-o oarecare măsură, arcul în sine este capabil să creeze un microclimat în zona de ardere datorită formării unei zone de înaltă presiune care împiedică intrarea aerului atmosferic.

Utilizarea fluxului permite o extrudare mai activă a aerului din zona de sudare. Utilizarea gazelor de protecție furnizate sub presiune rezolvă această problemă aproape complet.

Durata de descărcare

Pe lângă criteriile de protecție, descărcarea arcului este clasificată după durată. Există procese în care arcul arde într-un mod pulsat.

În astfel de dispozitive, sudarea se efectuează cu clipiri scurte. În timpul fulgerului, temperatura are timp să crească la o valoare suficientă pentru topirea locală a unei zone mici în care se formează o conexiune punctiformă.

Majoritatea tehnologiilor de sudare aplicate folosesc un timp de ardere relativ lung. În timpul procesului de sudare, există o mișcare constantă a electrodului de-a lungul marginilor îmbinate.

Regiunea de temperatură ridicată, care creează , se mișcă după electrod. După mișcarea electrodului de sudură și, prin urmare, descărcarea arcului, temperatura secțiunii trecute scade, bazinul de sudură se cristalizează și se formează o sudură puternică.

Structura de descărcare a arcului

Zona descărcării arcului este împărțită condiționat în trei secțiuni. Zonele direct adiacente polilor (anod și catod) se numesc anod și, respectiv, catod.

Partea centrală a descărcării arcului, situată între regiunile anod și catod, se numește coloană cu arc. Temperatura din zona arcului de sudare poate atinge câteva mii de grade (până la 7000 °C).

Deși căldura nu este complet transferată pe metal, este suficientă să se topească. Deci, punctul de topire al oțelului pentru comparație este 1300-1500 °C.

Pentru a asigura arderea stabilă a unei descărcări cu arc, sunt necesare următoarele condiții: prezența unui curent de ordinul a 10 Amperi (aceasta este valoarea minimă, maximul poate ajunge la 1000 Amperi), menținând în același timp tensiunea arcului de la 15 Amperi. la 40 volți.

Scăderea acestei tensiuni are loc în descărcarea arcului. Distribuția tensiunii pe zonele arcului are loc neuniform. Cea mai mare parte a căderii de tensiune aplicată are loc în zonele anodului și catodic.

S-a stabilit experimental că la , cea mai mare cădere de tensiune se observă în zona catodului. Cel mai mare gradient de temperatură se observă în aceeași parte a arcului.

Prin urmare, la alegerea polarității procesului de sudare, catodul este conectat la electrod atunci când doresc să obțină cea mai mare topire a acestuia prin creșterea temperaturii acestuia. Dimpotrivă, pentru o pătrundere mai adâncă a piesei de prelucrat, catodul este atașat de acesta. Cea mai mică parte a căderilor de tensiune în coloana arcului.

La sudarea cu un electrod neconsumabil, căderea de tensiune a catodului este mai mică decât cea a anodului, adică zona de temperatură ridicată este deplasată la anod.

Prin urmare, cu această tehnologie, piesa de prelucrat este conectată la anod, ceea ce asigură o bună încălzire a acestuia și protecția electrodului neconsumabil împotriva temperaturii excesive.

Zone de temperatură

Trebuie remarcat faptul că pentru orice tip de sudare, atât electrod consumabil, cât și neconsumabil, coloana cu arc (centrul său) are cea mai ridicată temperatură - aproximativ 5000-7000 ° C și, uneori, chiar mai mare.

Zonele cu cea mai scăzută temperatură sunt situate într-una dintre regiunile active, catod sau anod. În aceste zone, 60-70% din căldura arcului poate fi eliberată.

Pe lângă creșterea intensă a temperaturii piesei de prelucrat și a electrodului de sudură, descărcarea emite unde infraroșii și ultraviolete care pot avea un efect dăunător asupra corpului sudorului. Acest lucru necesită aplicarea măsurilor de protecție.

În ceea ce privește sudarea în curent alternativ, conceptul de polaritate nu există acolo, deoarece poziția anodului și catodului se modifică cu o frecvență industrială de 50 de oscilații pe secundă.

Arcul în acest proces este mai puțin stabil în comparație cu curentul continuu, temperatura acestuia fluctuează. Avantajele proceselor de sudare cu curent alternativ includ doar echipamente mai simple și mai ieftine și chiar absența aproape completă a unui astfel de fenomen precum suflarea magnetică, care a fost menționat mai sus.

Caracteristici volt-amper

Graficul prezintă curbele dependenței tensiunii sursei de alimentare de mărimea curentului de sudare, numite caracteristicile curent-tensiune ale procesului de sudare.

Curbele roșii arată modificarea tensiunii dintre electrod și piesa de prelucrat în fazele de excitare a arcului de sudare și arderea lui constantă. Punctele de pornire ale curbelor corespund tensiunii în circuit deschis a sursei de alimentare.

În momentul excitării de către sudor a descărcării arcului, tensiunea scade brusc până în perioada în care parametrii arcului se stabilizează, se setează valoarea curentului de sudare, în funcție de diametrul electrodului utilizat, de puterea sursei de alimentare. și lungimea arcului setată.

Odată cu debutul acestei perioade, tensiunea și temperatura arcului se stabilizează, iar întregul proces devine stabil.

Salutare tuturor vizitatorilor blogului meu. Subiectul articolului de astăzi este un arc electric și protecția împotriva unui arc electric. Subiectul nu este întâmplător, scriu de la Spitalul Sklifosovsky. Ghicește de ce?

Ce este un arc electric

Acesta este unul dintre tipurile de descărcare electrică dintr-un gaz (un fenomen fizic). Se mai numește și - Descărcare arc sau arc voltaic. Constă din gaz ionizat, cvasi-neutru din punct de vedere electric (plasmă).

Poate apărea între doi electrozi atunci când tensiunea dintre ei crește sau când se apropie unul de celălalt.

Pe scurt despre proprietăți: temperatura arcului electric, de la 2500 la 7000 °C. Nu o temperatură mică, însă. Interacțiunea metalelor cu plasma duce la încălzire, oxidare, topire, evaporare și alte tipuri de coroziune. Însoțit de radiații luminoase, explozie și unde de șoc, temperatură ultra-înaltă, incendiu, ozon și eliberare de dioxid de carbon.

Există o mulțime de informații pe Internet despre ce este un arc electric, care sunt proprietățile lui, dacă sunteți interesat de mai multe detalii, uitați-vă. De exemplu, în en.wikipedia.org.

Acum despre accidentul meu. E greu de crezut, dar acum 2 zile m-am confruntat direct cu acest fenomen, si fara succes. A fost așa: pe 21 noiembrie, la serviciu, am fost instruit să fac cablajul lămpilor în cutia de joncțiune, apoi să le conectez la rețea. Nu au fost probleme cu cablajul, dar când am intrat în scut, au apărut unele dificultăți. Păcat că androyd și-a uitat casa, nu a făcut o fotografie a panoului electric, altfel ar fi mai clar. Poate voi face mai multe când voi ajunge la muncă. Așadar, scutul era foarte vechi - 3 faze, magistrală zero (aka împământare), 6 automate și un comutator de pachete (se pare că totul este simplu), starea nu era inițial credibilă. M-am luptat mult timp cu o anvelopă zero, deoarece toate șuruburile erau ruginite, după care am pus ușor faza pe mașină. Totul este bine, am verificat lămpile, funcționează.

După aceea, s-a întors la scut pentru a așeza cu grijă firele și a-l închide. Tin sa remarc ca tabloul electric era la o inaltime de ~ 2 metri, intr-un pasaj ingust, iar pentru a ajunge la el am folosit o scara (scara). Punând firele, am găsit scântei pe contactele altor mașini, care au făcut ca lămpile să clipească. În consecință, am extins toate contactele și am continuat să inspectez firele rămase (să o fac o dată și să nu mai revin la asta). După ce am descoperit că un contact de pe geantă are o temperatură ridicată, am decis să-l extind și eu. Am luat o șurubelniță, am sprijinit-o de șurub, am răsucit-o, bang! A fost o explozie, un fulger, am fost aruncat înapoi, lovind peretele, am căzut la podea, nu se vedea nimic (orbit), scutul nu a încetat să explodeze și să bâzâie. De ce nu a funcționat protecția, nu știu. Simțind scânteile care cădeau asupra mea, mi-am dat seama că trebuie să ies. Am ieșit prin atingere, târându-mă. După ce a ieșit din acest pasaj îngust, a început să-și sune partenerul. Deja în acel moment am simțit că ceva nu este în regulă cu mâna mea dreaptă (am ținut cu ea o șurubelniță), s-a simțit o durere îngrozitoare.

Împreună cu partenerul meu, am decis că trebuie să alergăm la postul de prim ajutor. Ce s-a întâmplat apoi, cred că nu merită spus, doar au înțepat și au mers la spital. Nu voi uita niciodată acel sunet teribil al unui scurtcircuit lung - mâncărime cu bâzâit.

Acum sunt la spital, am o abraziune la genunchi, medicii cred că am fost șocată, asta e o cale de ieșire, așa că îmi monitorizează inima. Cred ca curentul nu m-a batut, dar arsura de pe bratul meu a fost cauzata de un arc electric care a aparut in timpul scurtcircuitului.

Ce s-a întâmplat acolo, de ce s-a întâmplat scurtcircuitul, nu știu încă, cred că, când a fost răsucit șurubul, contactul însuși s-a mutat și s-a produs un scurtcircuit fază-la-fază, sau era un fir gol în spatele pachetului comutator și când șurubul s-a apropiat arc electric. Voi afla mai târziu dacă își dau seama.

La naiba, m-am dus la un dressing, mi-au înfășurat atât de mult mâna încât scriu cu unul rămas acum)))

Nu am făcut o fotografie fără bandaje, nu este o vedere foarte plăcută. Nu vreau să sperii electricienii începători....

Care sunt măsurile de protecție împotriva arcului electric care m-ar putea proteja? După ce am analizat internetul, am văzut că cel mai popular mijloc de a proteja oamenii din instalațiile electrice de un arc electric este costumul rezistent la căldură. În America de Nord, sunt foarte populare întreruptoarele speciale Siemens, care protejează atât de un arc electric, cât și de curentul maxim. În Rusia, în prezent, astfel de mașini sunt utilizate numai la stațiile de înaltă tensiune. În cazul meu, o mănușă dielectrică mi-ar fi suficientă, dar gândiți-vă singur cum să conectați lămpile în ele? Este foarte incomod. De asemenea, vă recomand să folosiți ochelari de protecție pentru a vă proteja ochii.

In instalatiile electrice lupta impotriva arcului electric se realizeaza cu ajutorul intrerupatoarelor de vacuum si ulei, precum si cu ajutorul bobinelor electromagnetice impreuna cu jgheaburi de arc.

E tot? Nu! Cel mai fiabil mod de a te proteja de un arc electric, în opinia mea, sunt munca de reducere a stresului . Nu știu despre tine, dar nu voi mai lucra sub stres...

Acesta este articolul meu arc electricși protectie la arc se termină. Există ceva de adăugat? Lasa un comentariu.

Arcul electric și proprietățile sale

Sudarea cu arc electric a primit cea mai mare distribuție în inginerie mecanică. Să luăm în considerare mai detaliat caracteristicile sudării cu arc electric.

Un arc electric este o descărcare continuă de curent electric între doi electrozi, care are loc într-un mediu gazos. Arcul electric folosit pentru sudarea metalelor se numește arc de sudare. Un astfel de arc în cele mai multe cazuri arde între electrod și piesa de prelucrat, de exemplu. este un arc direct.

Arcul de curent continuu continuu, care arde între electrodul metalic (catod) și metalul care se sudează (anod), are mai multe zone clar distinse (Fig. 2.3). Canalul de gaz conductiv electric care conectează electrozii are forma unui trunchi de con sau cilindru. Proprietățile sale la distanțe diferite de electrozi nu sunt aceleași. Straturile subțiri de gaz adiacente electrozilor au o temperatură relativ scăzută. În funcție de polaritatea electrodului cu care sunt adiacente, aceste straturi se numesc catodice. 2 și anod 4 zone de arc.

Lungimea regiunii catodului lk este determinată de calea liberă medie a atomilor neutri și este

̃ aproximativ 10 -5 cm.Lungimea regiunii anodice l a este determinată de calea liberă a unui electron și are aproximativ 10 -3 cm.Între regiunile apropiate de electrod se află cea mai extinsă regiune, la temperatură ridicată a descărcării - coloana arcului l c 3.

Pe suprafața catodului și anodului se formează pete, numite, respectiv, catod 1 și anod 5 spot, care sunt bazele coloanei arcului, prin care trece întregul curent de sudare. Petele electrozilor se disting prin luminozitatea strălucirii lor la temperatura relativ scăzută (2600 ... 3200 K). Temperatura din coloana arcului ajunge la 6000...8000 K.

Lungimea totală a arcului l d este egală cu suma lungimilor tuturor celor trei regiuni ale sale (l d ​​\u003d l a + l k) iar pentru condiții reale este de 2 ... 6 mm.

Tensiunea totală a arcului de sudare, respectiv, este suma căderilor de tensiune în zonele individuale ale arcului. și este în intervalul de la 20 la 40 V. Dependența tensiunii din arcul de sudare de lungimea sa este descrisă de ecuație , Unde A - suma căderilor de tensiune în regiunile catodului și anodic, V; l d- lungimea coloanei arcului, mm; b- căderea specifică de tensiune în arc, adică referitor la 1 mm de lungime a coloanei arcului, V/mm.

Una dintre principalele caracteristici ale unei descărcări de arc electric este o caracteristică curent-tensiune statică - dependența tensiunii arcului la o lungime constantă a arcului de curentul din acesta (Fig. 2.4).

Odată cu creșterea lungimii arcului, tensiunea crește și curba caracteristicii curent-tensiune statică a arcului crește mai sus, păstrându-și aproximativ forma (curbele a, b, c). Pe ea se disting trei regiuni: I descendent, rigid (aproape orizontal) II și III crescător. În funcție de condițiile de ardere a arcului, una dintre secțiunile caracteristicii îi corespunde. În sudarea manuală cu arc cu electrozi acoperiți, sudarea în gaze de protecție cu un electrod neconsumabil și sudarea cu arc scufundat la densități de curent relativ scăzute, caracteristica arcului va fi inițial în scădere, iar cu creșterea curentului se va transforma complet într-una dură. În același timp, odată cu creșterea curentului de sudare, secțiunea transversală a coloanei arcului și aria secțiunii transversale a punctelor anodului și catodic cresc proporțional. Densitatea curentului și tensiunea arcului rămân constante.

La sudarea arcului scufundat și în gaze de protecție cu un fir electrod subțire la densități mari de curent, caracteristica arcului devine în creștere. Acest lucru se explică prin faptul că diametrele petelor catodului și anodului devin egale cu diametrul electrodului și nu mai pot crește. În intervalul arcului, are loc ionizarea completă a moleculelor de gaz și o creștere suplimentară a curentului de sudare poate apărea numai datorită creșterii vitezei de mișcare a electronilor și ionilor, adică datorită creșterii intensității câmpului electric. Prin urmare, pentru a crește în continuare curentul de sudare, este necesară o creștere a tensiunii arcului.

Arcul de sudare este o puternică sursă concentrată de căldură. Aproape toată energia electrică consumată de arc este transformată în căldură. Puterea termică totală a arcului Q \u003d I sv U d(J/s) depinde de puterea curentului de sudare eu St(A) și tensiunea arcului U d(V).

Trebuie remarcat faptul că nu toată căldura arcului este cheltuită pentru încălzirea și topirea metalului. O parte din el este cheltuită inutil pentru încălzirea aerului din jur sau a gazului de protecție, radiațiilor etc. În acest sens, puterea termică efectivă a arcului q eff(J / s) (acea parte a căldurii arcului de sudare, care este introdusă direct în produs) este determinată de următoarea relație: unde η este factorul de eficiență (COP) al procesului de încălzire a produsului cu arc de sudare, determinat empiric.

Coeficientul η depinde de metoda de sudare, materialul electrodului, compoziția acoperirii sau a fluxului și o serie de alți factori. De exemplu, atunci când sudați cu un arc deschis cu un electrod de carbon sau tungsten, este în medie 0,6; la sudarea cu electrozi acoperiți (de înaltă calitate) - aproximativ 0,75; în sudarea cu arc scufundat - 0,8 sau mai mult.

LA Categorie:

Asamblare structuri metalice

Arcul electric și proprietățile sale

Un arc electric este o descărcare electrică de lungă durată care are loc în spațiul de gaz dintre doi conductori - electrodul și metalul fiind sudate la o putere semnificativă a curentului. Ionizarea stratului de aer, care apare continuu sub acțiunea unui flux rapid de ioni și electroni pozitivi și negativi în arc, creează condițiile necesare pentru arderea stabilă pe termen lung a arcului de sudare.

Orez. 1. Un arc electric între un electrod metalic și metalul de sudat: a - diagrama arcului, b - graficul tensiunii arcului de 4 mm lungime; 1 - electrod, 2 - halo de flacără, 3 - coloană cu arc, 4 - metal sudat, 5 - spot anod, 6 - bazin topit, 7 - crater, 8 - spot catod; h este adâncimea de penetrare în arc, A este momentul aprinderii arcului, B este momentul arderii stabile

Arcul este format dintr-o coloană, a cărei bază este situată într-o adâncitură (crater) formată pe suprafața bazinului topit. Arcul este înconjurat de un halou de flacără format din vapori și gaze care provin din coloana arcului. Coloana are forma unui con și este partea principală a arcului, deoarece cantitatea principală de energie este concentrată în ea, corespunzătoare celei mai mari densități a curentului electric care trece prin arc. Partea superioară a coloanei, situată pe electrodul 1 (catod), are un diametru mic și formează un spot catodic 8. Cel mai mare număr de electrozi este emis prin spotul catodic. Baza conului coloanei arcului este situată pe metalul sudat (anod) și formează un punct anodic. Diametrul spotului anodic la valori medii ale curentului de sudare este mai mare decât diametrul spotului catodic de aproximativ 1,5 ... 2 ori.

Pentru sudare se folosește curent continuu și alternativ. Când se utilizează curent continuu, minusul sursei de curent este conectat la electrod (polaritate dreaptă) sau la piesa de prelucrat „” (polaritate inversă). Polaritatea inversă este utilizată în cazurile în care este necesar să se reducă degajarea de căldură pe piesa de sudată: la sudarea metalelor subțiri sau cu topire scăzută, oțelurilor aliate sensibile la supraîncălzire, inoxidabil și cu conținut ridicat de carbon, precum și atunci când se utilizează anumite tipuri. a electrozilor.

Emite o cantitate mare de căldură și are o temperatură ridicată. arcul electric dă în acelaşi timp o încălzire foarte concentrată a metalului. Prin urmare, metalul în timpul sudării rămâne relativ ușor încălzit deja la o distanță de câțiva centimetri de arcul de sudare.

Prin acțiunea arcului, metalul este topit la o anumită adâncime h, numită adâncime de penetrare sau penetrare.

Arcul se aprinde atunci când electrodul se apropie de metalul de sudat și scurtcircuitează circuitul de sudare. Datorită rezistenței mari la punctul de contact al electrodului cu metalul, capătul electrodului se încălzește rapid și începe să emită un flux de electroni. Când capătul electrodului este îndepărtat rapid din metal la o distanță de 2 ... 4 mm, apare un arc electric.

Tensiunea din arc, adică tensiunea dintre electrod și metalul de bază, depinde în principal de lungimea acestuia. Cu același curent, tensiunea într-un arc scurt este mai mică decât într-un arc lung. Acest lucru se datorează faptului că, cu un arc lung, rezistența spațiului său de gaz este mai mare. O creștere a rezistenței într-un circuit electric la o putere constantă a curentului necesită o creștere a tensiunii în circuit. Cu cât rezistența este mai mare, cu atât tensiunea trebuie să fie mai mare pentru a se asigura că curge același curent în circuit.

Arcul dintre electrodul metalic și metal arde la o tensiune de 18 ... 28 V. Pentru a iniția arcul, este necesară o tensiune mai mare decât cea necesară pentru a-și menține arderea normală. Acest lucru se explică prin faptul că la momentul inițial întrefierul nu este încă suficient de încălzit și este necesar să se dea electronilor o viteză mare pentru a decupla moleculele și atomii aerului. Acest lucru se poate realiza numai cu o tensiune mai mare în momentul aprinderii arcului.

Graficul schimbării curentului I în arc în timpul aprinderii și arderii stabile a acestuia (Fig. 1, b) se numește caracteristica statică a arcului și corespunde arderii constante a arcului. Punctul A caracterizează momentul aprinderii arcului. Tensiunea arcului V scade rapid de-a lungul curbei AB până la o valoare normală corespunzătoare unui arc stabil în punctul B. O creștere suplimentară a curentului (în dreapta punctului B) crește încălzirea electrodului și viteza de topire a acestuia, dar nu afectează stabilitatea arcului.

Un arc se numește stabil dacă arde uniform, fără întreruperi arbitrare care necesită reaprindere. Dacă arcul arde neuniform, adesea se rupe și se stinge, atunci un astfel de arc se numește instabil. Stabilitatea arcului depinde de mulți factori, dintre care principalii sunt tipul de curent, compoziția acoperirii electrodului, tipul de electrod, polaritatea și lungimea arcului.

Cu curent alternativ, arcul arde mai puțin constant decât în ​​cazul curentului continuu. Acest lucru se explică prin faptul că în momentul în care curentul n ajunge la zero, ionizarea decalajului arcului scade și arcul se poate stinge. Pentru a crește stabilitatea arcului de curent alternativ, este necesar să se aplice io-acoperiri electrodului metalic. Perechile de elemente incluse în acoperire măresc ionizarea spațiului de arc și, prin urmare, contribuie la arcul stabil cu curent alternativ.

Lungimea arcului este determinată de distanța dintre capătul electrodului și suprafața metalului topit al piesei de sudat. În mod normal, lungimea normală a arcului nu trebuie să depășească 3…4 mm pentru un electrod de oțel. Un astfel de arc se numește arc scurt. Un arc scurt arde constant și asigură cursul normal al procesului de sudare. Un arc mai lung de 6 mm se numește arc lung. Cu acesta, procesul de topire a metalului electrodului este neuniform. Picăturile de metal care curg în jos de la capătul electrodului în acest caz pot fi oxidate într-o măsură mai mare cu oxigen și îmbogățite cu azot atmosferic. Metalul sudat este poros, sudura are o suprafață neuniformă, iar arcul arde instabil. Cu un arc lung, productivitatea sudării scade, stropii de metal și numărul de locuri de lipsă de penetrare sau de fuziune incompletă a metalului depus cu metalul de bază crește.

Transferul metalului electrodului pe o piesă de prelucrat în sudarea cu arc cu electrozi consumabili este un proces complex. După aprinderea arcului (poziția /), pe suprafața capătului electrodului se formează un strat de metal topit care, sub acțiunea gravitației și a tensiunii superficiale, este colectat într-o picătură (poziția //). Picăturile pot atinge dimensiuni mari și blochează coloana arcului (poziția III), creând un scurtcircuit în circuitul de sudare, după care puntea de metal lichid formată este ruptă, arcul reapare și procesul de formare a picăturilor se repetă.

Mărimea și numărul picăturilor care trec prin arc pe unitatea de timp depind de polaritate și puterea curentului, de compoziția chimică și de starea fizică a metalului electrodului, de compoziția acoperirii și de o serie de alte condiții. Picături mari, care ajung la 3 ... 4 mm, se formează de obicei la sudarea cu electrozi goi, picături mici (până la 0,1 mm) - la sudarea cu electrozi acoperiți și putere mare de curent. Procesul de picătură fină asigură stabilitatea arderii arcului și favorizează condițiile de transfer al metalului topit al electrodului în arc.

Orez. 2. Schema transferului metalului de la electrod la metalul care se sudează

Orez. 3. Deviația arcului electric prin câmpuri magnetice (a-g)

Gravitația poate ajuta sau împiedica transferul picăturilor în arc. În sudarea deasupra capului și parțial în verticală, forța gravitațională a picăturii contracarează transferul acesteia către produs. Dar datorită forței tensiunii superficiale, baia lichidă de metal este împiedicată să curgă afară atunci când se sudează în poziții aeriene și verticale.

Trecerea curentului electric prin elementele circuitului de sudare, inclusiv piesa de sudură, creează un câmp magnetic, a cărui intensitate depinde de puterea curentului de sudare. Coloana de gaz a unui arc electric este un conductor flexibil de curent electric, prin urmare este supusă acțiunii câmpului magnetic rezultat care se formează în circuitul de sudare. În condiții normale, coloana de gaz a unui arc care arde deschis în atmosferă este situată simetric față de axa electrodului. Sub acțiunea forțelor electromagnetice, arcul se abate de la axa electrodului în direcția transversală sau longitudinală, ceea ce, conform semnelor externe, este similar cu deplasarea unei flăcări deschise cu curenți puternici de aer. Acest fenomen se numește suflare magnetică.

Atașarea firului de sudură în imediata apropiere a arcului reduce brusc abaterea acestuia, deoarece propriul său câmp magnetic circular al curentului are un efect uniform asupra coloanei arcului. Alimentarea cu curent a produsului la distanță de Arc va duce la abaterea acestuia din cauza îngroșării liniilor de forță ale câmpului magnetic circular din partea conductorului.