Tensiunea arcului electric. Temperatura și alte caracteristici importante ale arcului de sudare

Când vine vorba de caracteristicile unui arc voltaic, merită menționat că acesta are o tensiune mai mică decât o descărcare luminoasă și se bazează pe radiația termoionică a electronilor de la electrozii care susțin arcul. În țările vorbitoare de limbă engleză, termenul este considerat arhaic și depășit.

Tehnicile de suprimare a arcului pot fi utilizate pentru a reduce durata sau probabilitatea formării arcului.

La sfârșitul anilor 1800, arcul voltaic a fost utilizat pe scară largă pentru iluminatul public. Câteva arcuri electrice presiune scăzută sunt folosite în multe aplicații. De exemplu, pentru iluminare folosesc lampă fluorescentă lămpi cu mercur, sodiu și cu halogenuri metalice. Lămpile cu arc cu xenon au fost folosite pentru proiectoarele de film.

Deschiderea unui arc voltaic

Se crede că fenomenul a fost descris pentru prima dată de Sir Humphry Davy într-un articol din 1801 publicat în Journal of Natural Philosophy, Chemistry and Arts al lui William Nicholson. Totuși, fenomenul descris de Davy nu a fost un arc electric, ci doar o scânteie. Cercetătorii de mai târziu au scris: „Aceasta este, evident, o descriere nu a unui arc, ci a unei scântei. Esența primului este că trebuie să fie continuu, iar polii săi nu trebuie să se atingă după ce a apărut. Scânteia produsă de Sir Humphry Davy nu a fost în mod clar continuă și, deși a rămas încărcată ceva timp după contactul cu atomii de carbon, probabil că nu a fost necesară nicio conexiune de arc pentru clasificarea sa ca voltaică.

În același an, Davy a demonstrat public efectul în fața Societății Regale, trecând un curent electric prin două tije de carbon care se ating și apoi trăgându-le la o distanță mică. Demonstrația a arătat un arc „slab”, abia distins de o scânteie susținută, între puncte cărbune. Comunitatea științifică i-a oferit mai mult baterie puternică de 1000 de plăci, iar în 1808 a demonstrat apariția unui arc voltaic la scară largă. De asemenea, i se atribuie numele Limba engleză(arc electric). El l-a numit arc pentru că ia forma unui arc ascendent atunci când distanța dintre electrozi devine apropiată. Acest lucru se datorează proprietăților conductoare ale gazului fierbinte.

Cum a apărut arcul voltaic? Primul arc continuu a fost înregistrat independent în 1802 și descris în 1803 ca ​​„un lichid special cu proprietăți electrice de omul de știință rus Vasily Petrov experimentând cu o baterie cupru-zinc constând din 4200 de discuri.

Continuarea studiilor

La sfârșitul secolului al XIX-lea, arcul voltaic a fost utilizat pe scară largă pentru iluminatul public. Tendința arcurilor electrice de a pâlpâi și șuierat era o problemă serioasă. În 1895, Hertha Marx Ayrton a scris o serie de articole despre electricitate, explicând că arcul voltaic a fost rezultatul contactului oxigenului cu tijele de carbon folosite pentru a crea arcul.

În 1899, a fost prima femeie care a citit vreodată propria sa lucrare în fața Instituției Inginerilor Electrici (IEE). Raportul ei a fost intitulat „Mecanismul arc electric" La scurt timp după aceea, Ayrton a fost aleasă ca prima femeie membru al Instituției Inginerilor Electricieni. Următoarea femeie a fost admisă la institut în 1958. Ayrton a solicitat să citească o lucrare în fața Societății Regale, dar nu i s-a permis să facă acest lucru din cauza sexului ei, iar The Mechanism of the Electric Arc a fost citit în locul ei de John Perry în 1901.

Descriere

Un arc electric este tipul cu cea mai mare densitate de curent. Curentul maxim tras prin arc este limitat doar de Mediul extern, și nu arcul în sine.

Un arc între doi electrozi poate fi inițiat prin ionizare și descărcare strălucitoare atunci când curentul prin electrozi crește. Tensiunea de defalcare între electrozi este o funcție combinată a presiunii, a distanței dintre electrozi și a tipului de gaz din jurul electrozilor. Când începe un arc, tensiunea sa terminală este mult mai mică decât cea a unei descărcări strălucitoare, iar curentul este mai mare. Arc în gaze de aproape presiune atmosferică caracterizat prin lumină vizibilă, densitate mare de curent și temperatură ridicată. Diferă de o descărcare strălucitoare în aproximativ aceeași temperaturi efective atât electronii cât și ionii pozitivi, iar într-o descărcare luminoasă ionii au o mult mai mică energie termală decât electronii.

La sudare

Un arc extins poate fi inițiat de doi electrozi inițial în contact și separați în timpul experimentului. Această acțiune poate iniția un arc fără o descărcare luminoasă de înaltă tensiune. Acesta este modul în care sudorul începe să sudeze o îmbinare prin atingerea instantanee electrod de sudare la subiect.

Un alt exemplu este separarea contactelor electrice de pe întrerupătoare, relee sau întrerupătoare de circuit. Circuitele de înaltă energie pot necesita suprimarea arcului pentru a preveni deteriorarea contactului.

Arcul voltaic: caracteristici

Rezistență electrică de-a lungul unui arc continuu creează căldură care ionizează mai multe molecule de gaz (unde gradul de ionizare este determinat de temperatură), iar conform acestei secvențe gazul se transformă treptat în plasmă termică, care se află în echilibru termic, deoarece temperatura este distribuită relativ uniform în toți atomii, moleculele, ionii și electronii. Energia transferată de electroni este dispersată rapid cu particule mai grele din cauza ciocnirilor elastice datorită mobilității lor ridicate și numere mari.

Curentul din arc este menținut prin emisie termoionică și de câmp de electroni la catod. Curentul poate fi concentrat într-un mod foarte mic punct fierbinte la catod - aproximativ un milion de amperi per centimetru pătrat. Spre deosebire de o descărcare strălucitoare, arcul are o structură subtilă, deoarece coloana pozitivă este destul de strălucitoare și se extinde aproape până la electrozi la ambele capete. Căderea catodului și a anodului de câțiva volți au loc într-o fracțiune de milimetru din fiecare electrod. Coloana pozitivă are un gradient de tensiune mai scăzut și poate fi absentă în arcuri foarte scurte.

Arc de joasă frecvență

Arc de joasă frecvență (mai puțin de 100 Hz). curent alternativ seamănă cu un arc de curent continuu. La fiecare ciclu, arcul este inițiat prin defalcare, iar electrozii își schimbă rolurile pe măsură ce curentul își schimbă direcția. Pe măsură ce frecvența curentului crește, nu este suficient timp pentru a ioniza la divergența fiecărei jumătăți de ciclu și nu mai este necesară defalcarea pentru a menține arcul - caracteristicile de tensiune și curent devin mai ohmice.

Locul printre alte fenomene fizice

Diverse forme Arcurile electrice sunt proprietăți emergente ale modelelor neliniare de curent și câmp electric. Arcul are loc în spațiul umplut cu gaz dintre doi electrozi conductori (deseori wolfram sau carbon), rezultând temperaturi foarte ridicate capabile să topească sau să vaporizeze majoritatea materialelor. Un arc electric este o descărcare continuă, în timp ce o descărcare de scânteie electrică similară este instantanee. Un arc voltaic poate apărea fie în circuitele de curent continuu, fie în circuitele de curent alternativ. În acest din urmă caz, poate lovi din nou la fiecare jumătate de ciclu al generației actuale. Un arc electric diferă de o descărcare luminoasă prin faptul că densitatea curentului este destul de mare și căderea de tensiune în interiorul arcului este scăzută. La catod, densitatea de curent poate ajunge la un megaamper pe centimetru pătrat.

Potenţial distructiv

Un arc electric are o relație neliniară între curent și tensiune. Odată ce arcul a fost creat (fie prin progresia de la descărcarea luminoasă, fie prin atingerea momentană a electrozilor și apoi separarea acestora), creșterea curentului are ca rezultat o tensiune mai mică între bornele arcului. Acest efect negativ de rezistență necesită ca o formă pozitivă de impedanță (cum ar fi balastul electric) să fie plasată în circuit pentru a menține un arc stabil. Această proprietate este motivul pentru care arcurile electrice necontrolate dintr-un dispozitiv devin atât de distructive, deoarece odată ce arcul are loc, acesta va absorbi din ce în ce mai mult curent de la sursa de tensiune DC până când dispozitivul este distrus.

Uz practic

La scară industrială, arcurile electrice sunt folosite pentru sudare, tăierea cu plasmă, prelucrare descărcare electrică, ca lampă cu arc în proiectoarele de film și în iluminat. Cuptoarele electrice cu arc sunt folosite pentru a produce oțel și alte substanțe. Carbura de calciu se obține în acest fel deoarece este necesară o cantitate mare de energie pentru a realiza o reacție endotermă (la temperaturi de 2500 ° C).

Luminile cu arc de carbon au fost primele lumini electrice. Au fost folosite pentru lămpile stradaleîn secolul al XIX-lea și pentru crearea unor dispozitive specializate precum proiectoarele până în al Doilea Război Mondial. Astăzi, arcurile electrice de joasă presiune sunt utilizate în multe domenii. De exemplu, lămpile fluorescente, lămpile cu vapori de mercur, lămpile cu vapori de sodiu și lămpile cu halogenuri metalice sunt folosite pentru iluminat, în timp ce lămpile cu arc cu xenon sunt folosite pentru proiectoarele de film.

Formarea unui arc electric intens, asemănător unui arc electric la scară mică, stă la baza detonatoarelor explozive. Când oamenii de știință au aflat ce este un arc voltaic și cum poate fi folosit, varietatea de arme mondiale a fost completată cu explozibili eficienți.

Principala aplicație rămasă este tensiunea înaltă Aparatură de comutare pentru rețelele de transport. Dispozitive moderne Hexafluorura de sulf este, de asemenea, utilizată sub presiune ridicata.

Concluzie

În ciuda frecvenței arsurilor arcului voltaic, este considerat un fenomen fizic foarte util, încă utilizat pe scară largă în industrie, producție și crearea de obiecte decorative. Are propria ei estetică, iar imaginea ei apare adesea în filmele science fiction. Leziunea arcului de tensiune nu este fatală.

Salutare tuturor vizitatorilor blogului meu. Subiectul articolului de astăzi este arcul electric și protecția împotriva arcului electric. Subiectul nu este întâmplător, scriu de la Spitalul Sklifosovsky. Poți ghici de ce?

Ce este un arc electric

Acesta este unul dintre tipurile de descărcări electrice în gaz (fenomen fizic). Se mai numește – 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 se apropie unul de celălalt.

Pe scurt despre proprietăți: temperatura arcului electric, de la 2500 la 7000 °C. Nu o temperatură scăzută, însă. Interacțiunea metalelor cu plasma duce la încălzire, oxidare, topire, evaporare și alte tipuri de coroziune. Însoțit de radiații luminoase, unde explozive și de șoc, temperatură ultra-înaltă, incendiu, eliberare de ozon și 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, aruncați o privire. De exemplu, în ru.wikipedia.org.

Acum despre accidentul meu. E greu de crezut, dar acum 2 zile m-am confruntat direct cu acest fenomen, si fara succes. S-a întâmplat așa: pe 21 noiembrie, la serviciu, am fost însărcinat cu cablarea lămpilor într-o cutie de joncțiune și apoi să le conectez la rețea. Nu au fost probleme cu cablajul, dar când m-am urcat în scut, au apărut unele dificultăți. Păcat că mi-am uitat androidul acasă, nu am făcut o fotografie cu panoul electric, altfel ar fi fost mai clar. Poate voi face mai multe când mă întorc la muncă. Așadar, scutul era foarte vechi - 3 faze, o magistrală zero (cunoscută și ca împământare), 6 întreruptoare și un comutator de pachet (părea simplu), starea inițial nu a inspirat încredere. M-am luptat mult timp cu autobuzul zero, deoarece toate șuruburile erau ruginite, după care am instalat cu ușurință faza pe mașină. Totul este bine, am verificat lămpile, funcționează.

După aceea, m-am întors la tablou pentru a așeza cu grijă firele și a-l închide. Aș dori să remarc că tabloul electric era situat la o înălțime de ~2 metri, într-un pasaj îngust, iar pentru a ajunge la el am folosit o scară (scara). În timp ce întindeam firele, am descoperit scântei pe contactele altor mașini, care au făcut ca lămpile să clipească. În consecință, am scos toate contactele și am continuat să inspectez firele rămase (pentru a o face o dată și a nu reveni la asta din nou). 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. Nu știu de ce nu a funcționat protecția. 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 asta cu mine mana dreapta(Am ținut șurubelnița spre ea) ceva nu era în regulă, am simțit dureri groaznice.

Împreună cu partenerul meu, am decis că trebuie să alergăm la postul de prim ajutor. Nu cred că merită să spun ce s-a întâmplat în continuare, tocmai mi s-a făcut o injecție și m-am dus la spital. Nu voi uita niciodată acest sunet teribil al unui scurtcircuit lung - mâncărime cu un bâzâit.

Acum sunt în spital, am o abraziune la genunchi, medicii cred că am fost electrocutat, asta e calea de ieșire, așa că îmi monitorizează inima. Cred că nu am fost șocată, dar arsura de pe mână a fost cauzată de un arc electric care a apărut în timpul unui scurtcircuit.

Nu știu încă ce s-a întâmplat acolo, de ce s-a produs scurtcircuitul, cred că atunci când șurubul a fost răsucit, contactul însuși s-a mutat și a avut loc un scurtcircuit fază-la-fază sau a fost un fir gol în spatele comutatorului de pachete iar când șurubul s-a apropiat, a arc electric. Voi afla mai târziu dacă își dau seama.

La naiba, m-am dus să iau un bandaj, mi-au înfășurat atât de mult mâna încât acum scriu cu mâna stângă)))

Nu am făcut o fotografie fără bandaje; a fost o vedere foarte neplăcută. 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 împotriva arcurilor electrice este costumul rezistent la căldură. ÎN America de Nord Sunt foarte populare mașinile speciale de la Siemens, care protejează atât împotriva arcului electric, cât și a curentului 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 cum să conectați lămpile în ele? Este foarte incomod. De asemenea, vă recomand să folosiți ochelari de protecție pentru a vă proteja ochii.

În instalațiile electrice, lupta împotriva arcului electric se realizează folosind întrerupătoare de vid și ulei, precum și folosind bobine electromagnetice împreună cu camere de stingere a arcului.

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

Asta e pentru articolul meu arc electricȘi protectie la arc se termină. Ai ceva de adăugat? Lasa un comentariu.

Sudarea cu arc, manual sau mecanizat, se realizează datorită unui arc electric, care, în esență, este o descărcare electrică. Arcul electric de sudare se caracterizează prin eliberare cantitate mare căldură și lumină. Rețineți că temperatura arcului poate ajunge până la 6.000 de grade Celsius.

Merită să acordați atenție faptului că lumina și căldura generate de arc pot fi dăunătoare sănătății umane. Prin urmare totul lucrari de sudare metodă sudare cu arc se desfășoară exclusiv în salopetă și o mască sau ochelari de protecție care protejează ochii sudorului.

Arcul electric de sudare nu este întotdeauna același, există mai multe tipuri, care depind de mediul în care se realizează sudarea, de produsul metalic și de alți factori.

Tipuri de sudare cu arc electric.

Dacă vorbim despre dependența de mediu și de arc, atunci putem distinge următoarele tipuri de descărcări electrice:

• Arc electric deschis. Sudarea produselor metalice se realizează în aer liber, fără utilizarea de gaze speciale pentru protecție. Arcul arde într-un mediu format din aerul din jur și vaporii care apar în timpul sudării produselor metalice, topirii unui electrod sau sârmei sau a învelișurilor acestora.
• Arc electric închis. Acest tip de arc se formează în timpul sudării cu arc scufundat. Protejează arcul la sudare amestec de gaze, care se formează ca urmare a amestecării vaporilor din produsul metalic care se sudează, electrodul consumabil și, de fapt, fluxul.
• Arc într-un mediu gazos protector. ÎN în acest caz, Vorbim despre sudare într-un mediu de așa-numite gaze de protecție: inerte sau active (se folosesc atât gaze pure, cât și amestecurile acestora). Ca rezultat al sudării, se formează un mediu gazos format din gaz de protecție, vapori de metal și electrod.

Alimentare pentru arcul de sudare.

Un arc de sudare se formează atunci când se aplică curent electric. Rețineți că arcul poate fi alimentat atât din surse de curent alternativ, cât și de curent continuu. Surse diverse se dă mâncare tipuri diferite arc.

Când se utilizează curent continuu, se pot obține două tipuri de arc: sudorii folosesc atât un arc de polaritate directă, cât și polaritate inversă. Diferența dintre aceste două tipuri este conexiunea de alimentare. Deci, cu polaritate directă, minus este aplicat direct pe electrod, iar plus este aplicat produsului metalic care va fi sudat. Cu polaritate inversă, conexiunea are loc invers: plusul este furnizat electrodului, în timp ce minusul este furnizat produsului metalic care se sudează.

De asemenea, menționăm că produsul metalic sudat uneori nu este inclus în circuitul electric. În astfel de cazuri, ei spun că se folosește un arc indirect, adică curentul este furnizat doar electrodului. Dacă atât un electrod, cât și un produs metalic sunt conectați la sursa de alimentare, atunci în acest caz vorbesc despre un arc direct. Este de remarcat faptul că acest arc electric este cel mai des folosit de sudori un arc indirect extrem de rar.

Valorile densității curente pentru un arc de sudare.

La sudarea produselor metalice cu arc electric, indicatorul de densitate de curent joacă, de asemenea, un rol important. În modul de sudare manuală convențională cu arc, densitatea de curent este standard și anume 10-20 A/mm2. Sudorii stabilesc aceeași valoare atunci când sudează în anumite gaze. Densitatea mare de curent, respectiv 80-120 A/mm 2 și, de asemenea, mai mare, este utilizată pentru suduri semiautomate sau alte tipuri de sudare efectuate sub protecția gazelor sau a fluxului.

Densitatea curentului afectează tensiunea arcului. Această dependență este de obicei numită caracteristica statică a arcului (este reprezentată grafic). Rețineți că, dacă densitatea de curent este mică, atunci această caracteristică poate fi în scădere: adică o cădere de tensiune apare atunci când curentul, dimpotrivă, crește. Acest fenomen se datorează faptului că, pe măsură ce valoarea curentului crește, conductivitatea electricității crește, precum și aria secțiunii transversale a coloanei arcului, în timp ce densitatea curentului scade.

Când se utilizează densitatea de curent obișnuită pentru sudarea manuală, tensiunea își pierde dependența de valoarea curentului. În acest caz, aria coloanei crește proporțional cu curentul. De asemenea, rețineți că conductivitatea electrică rămâne practic neschimbată, iar densitatea de curent în coloană rămâne, de asemenea, constantă.

Cum apare un arc de sudare?

Un arc de sudare apare numai atunci când coloana de gaz situată între produsul metalic și electrod este suficient de ionizată (adică are numărul necesar de electroni și ioni). Pentru a atinge un nivel normal de ionizare, electricitatea este transferată către moleculele de gaz. Ca rezultat al acestui proces, electronii încep să fie eliberați. De fapt, mediul arcului este un gaz conductor de curent, are o formă rotundă-cilindric.

Rețineți că arcul electric în sine este format din 3 componente:

• parte anod;
• coloană cu arc electric;
• parte catodică.

Stabilitatea arcului electric în timpul procesului de sudare este influențată de mulți factori, inclusiv tensiunea în circuit deschis, tipul curent electric, magnitudinea, polaritatea acesteia etc. În timpul procesului de sudare, toți acești indicatori trebuie monitorizați cu atenție, iar modul de sudare trebuie setat corect la în diverse feluri si pentru diverse produse metalice.

2.1. NATURA ARCULUI DE SUDARE

Un arc electric este unul dintre tipurile de descărcări electrice în gaze, în care se observă trecerea unui curent electric printr-un interval de gaz sub influența unui câmp electric. Arcul electric folosit pentru sudarea metalelor se numește arc de sudare. Arcul face parte din circuitul electric de sudare și suferă o cădere de tensiune pe el. La sudarea cu curent continuu, electrodul conectat la polul pozitiv al sursei de putere cu arc se numește anod, iar la polul negativ se numește catod. Dacă sudarea se efectuează pe curent alternativ, fiecare dintre electrozi este alternativ un anod și un catod.

Spațiul dintre electrozi se numește zona arcului sau intervalul arcului. Lungimea intervalului de arc se numește lungimea arcului. ÎN conditii normale la temperaturi scăzute gazele constau din atomi și molecule neutre și nu au conductivitate electrică. Trecerea curentului electric printr-un gaz este posibilă numai dacă acesta conține particule încărcate - electroni și ioni. Procesul de formare a particulelor de gaz încărcate se numește ionizare, iar gazul în sine se numește ionizat. Apariția particulelor încărcate în golul arcului este cauzată de emisia (emisia) de electroni de pe suprafața electrodului negativ (catod) și ionizarea gazelor și vaporilor localizați în spațiu. Arcul care arde între electrod și obiectul de sudură este un arc direct. Un astfel de arc este de obicei numit arc liber, spre deosebire de arcul comprimat, a cărui secțiune transversală este redusă forțat datorită duzei arzătorului, fluxului de gaz, electricității. camp magnetic. Arcul este excitat după cum urmează. Când există un scurtcircuit, electrodul și părțile în care ating suprafețele se încălzesc. Când electrozii sunt deschiși de pe suprafața încălzită a catodului, sunt emiși electroni - emisie de electroni. Randamentul de electroni este asociat în primul rând cu efectul termic (emisia termionică) și prezența unui câmp electric de mare intensitate la catod (emisia câmpului). Prezența emisiei de electroni de pe suprafața catodului este o condiție indispensabilă pentru existența unei descărcări cu arc.

Pe lungimea golului arcului, arcul este împărțit în trei regiuni (Fig. 2.1): catod, anod și coloana arcului situată între ele.

Regiunea catodică include suprafața încălzită a catodului, numită punct catod, și partea din spațiul arcului adiacent acestuia. Lungimea regiunii catodului este mică, dar se caracterizează prin creșterea tensiunii și procesele de obținere a electronilor care au loc în ea, care sunt o conditie necesara pentru existenţa unei descărcări cu arc. Temperatura punctului catodic pentru electrozii din oțel atinge 2400-2700 °C. Eliberează până la 38% din căldura totală a arcului. Principal proces fizicîn această zonă se află emisia de electroni și accelerația de electroni. Căderea de tensiune în regiunea catodică a IR este de aproximativ 12-17 V.

Regiunea anodului constă dintr-un punct anodic pe suprafața anodului și o parte a spațiului de arc adiacent acestuia. Curentul din regiunea anodului este determinat de fluxul de electroni care vin din coloana arcului. Punctul anodic este locul de intrare și neutralizare a electronilor liberi în materialul anodic. Are aproximativ aceeași temperatură ca și punctul catodului, dar, ca urmare a bombardamentului cu electroni, se eliberează mai multă căldură pe el decât pe catod. Regiunea anodică este, de asemenea, caracterizată prin tensiune crescută. Căderea de tensiune Ua în ea este de ordinul 2-11 V. Întinderea acestei regiuni este, de asemenea, mică.

Coloana arcului ocupă cea mai mare întindere a spațiului arcului, situat între regiunile catodice și anodice. Procesul principal de formare a particulelor încărcate aici este ionizarea gazului. Acest proces are loc ca urmare a ciocnirii particulelor de gaz încărcate (în primul rând electroni) și neutre. Cu suficientă energie de coliziune, electronii sunt scoși din particulele de gaz și se formează ioni pozitivi. Această ionizare se numește ionizare de coliziune. O coliziune poate avea loc fără ionizare, atunci energia de coliziune este eliberată sub formă de căldură și duce la creșterea temperaturii coloanei arcului. Particulele încărcate formate în coloana arcului se deplasează către electrozi: electroni către anod, ionii către catod. Unii dintre ionii pozitivi ajung la punctul catodului, în timp ce cealaltă parte nu, și prin adăugarea de electroni încărcați negativ la ei înșiși, ionii devin atomi neutri.

Acest proces de neutralizare a particulelor se numește recombinare. În coloana arcului, în toate condițiile de ardere, se observă un echilibru stabil între procesele de ionizare și recombinare. În general, coloana cu arc nu are nicio sarcină. Este neutru, deoarece în fiecare secțiune a acestuia există simultan un număr egal de particule încărcate opus. Temperatura coloanei arcului ajunge la 6000-8000 °C sau mai mult. Căderea de tensiune în ea (Uc) variază aproape liniar pe lungime, crescând cu creșterea lungimii coloanei. Căderea de tensiune depinde de compoziția mediului gazos și scade odată cu introducerea componentelor ușor ionizate în acesta. Astfel de componente sunt elemente alcaline și alcalino-pământoase (Ca, Na, K etc.). Căderea totală de tensiune în arc este Ud=Uk+Ua+Uc. Luând căderea de tensiune în coloana arcului sub forma unei dependențe liniare, aceasta poate fi reprezentată prin formula Uc=Elc, unde E este tensiunea de-a lungul lungimii, lc este lungimea coloanei. Valorile IR, Ua, E depind practic doar de materialul electrozilor și de compoziția mediului de arc și, dacă rămân neschimbate, rămân constante la conditii diferite sudare Datorită întinderii mici a regiunilor catodului și anodic, acesta poate fi considerat practic 1s = 1d. Apoi obținem expresia

II)( = a + Н)(, (2.1)

arătând că tensiunea arcului depinde direct de lungimea sa, unde a = ik + ia; b=E. O condiție indispensabilă pentru obținerea calității îmbinare sudata este arderea stabilă a arcului (stabilitatea acestuia). Prin aceasta înțelegem un astfel de mod al existenței sale în care arcul perioadă lungă de timp arde la valori specificate de curent și tensiune, fără întrerupere sau trecere la alte tipuri de descărcări. Cu ardere constantă arc de sudare principalii săi parametri - curent și tensiune - sunt într-o anumită interdependență. Prin urmare, una dintre principalele caracteristici ale unei descărcări de arc este dependența tensiunii sale de puterea curentului la o lungime constantă a arcului. O reprezentare grafică a acestei dependențe atunci când funcționează într-un mod static (într-o stare de ardere stabilă a arcului) se numește caracteristica curent-tensiune statică a arcului (Fig. 2.2).

Pe măsură ce lungimea arcului crește, tensiunea acestuia crește și curba caracteristicii curent-tensiune statică crește, cu o scădere a lungimii arcului, acesta scade mai jos, menținându-și calitativ forma; Curba caracteristică statică poate fi împărțită în trei regiuni: în cădere, dur și în creștere. În prima regiune, o creștere a curentului duce la o scădere bruscă a tensiunii arcului. Acest lucru se datorează faptului că, odată cu creșterea puterii curentului, aria secțiunii transversale a coloanei arcului și conductivitatea sa electrică cresc. Arderea cu arc în regimurile din această regiune se caracterizează printr-o stabilitate scăzută. În a doua regiune, creșterea puterii curentului nu este asociată cu o schimbare a tensiunii arcului. Acest lucru se explică prin faptul că aria secțiunii transversale a coloanei arcului și a punctelor active se modifică proporțional cu puterea curentului și, prin urmare, densitatea curentului și căderea de tensiune în arc rămân constante. Sudarea cu arc cu o caracteristică statică rigidă este utilizată pe scară largă în tehnologie de sudare, mai ales la sudarea manuală. În a treia regiune, pe măsură ce curentul crește, tensiunea crește. Acest lucru se datorează faptului că diametrul spotului catodului devine egal cu diametrul electrodului și nu poate crește în continuare, în timp ce densitatea de curent în arc crește și tensiunea scade. Un arc cu caracteristici statice crescânde este utilizat pe scară largă în arcul scufundat automat și mecanizat și sudarea cu gaz de protecție folosind sârmă subțire de sudură.

Orez. 2.3. Caracteristicile statistice curent-tensiune ale arcului la diferite viteze de avans ale firului de electrod: a - viteză mică; b — viteza medie, în — viteză mare

La sudarea mecanizată cu un electrod consumabil, se folosește uneori o caracteristică curent-tensiune statică a arcului, luată nu la o lungime constantă, ci la o viteză constantă de avans a firului electrodului (Fig. 2.3).

După cum se poate observa din figură, fiecare viteză de alimentare a firului de electrod corespunde unui interval îngust de curenți cu ardere stabilă a arcului. Prea puțin curent de sudare poate duce la un scurtcircuit între electrod și piesa de prelucrat, iar prea mult poate duce la o creștere bruscă a tensiunii și la rupere.

Arc electric de sudare este o descărcare electrică pe termen lung în plasmă, care este un amestec de gaze ionizate și vapori de componente ale atmosferei protectoare, de umplutură și metal de bază.

Arcul își ia numele de la forma caracteristică pe care o ia atunci când arde între doi electrozi așezați orizontal; gazele încălzite tind să se ridice în sus și această descărcare electrică se îndoaie, luând forma unui arc sau arc.

Din punct de vedere practic, arcul poate fi considerat ca un conductor de gaz care se transformă energie electrica la termică. Oferă o intensitate mare de încălzire și este ușor de controlat prin parametrii electrici.

O caracteristică comună a gazelor este că, în condiții normale, acestea nu sunt conductoare de curent electric. Cu toate acestea, când conditii favorabile (căldurăși prezența unui câmp electric extern de mare intensitate) gazele pot fi ionizate, adică. atomii sau moleculele acestora pot elibera sau, pentru elementele electronegative, dimpotrivă, pot capta electroni, transformându-se în ioni pozitivi, respectiv negativi. Datorită acestor modificări, gazele trec în a patra stare a materiei numită plasmă, care este conductoare electric.

Excitarea arcului de sudare are loc în mai multe etape. De exemplu, la sudarea MIG/MAG, când capătul electrodului și piesa care este sudată intră în contact, are loc contactul între microproeminențele suprafețelor acestora. Densitate mare curentul contribuie la topirea rapidă a acestor proeminențe și la formarea unui strat de metal lichid, care crește constant spre electrod și în cele din urmă se rupe.

În momentul în care jumperul se rupe, are loc o evaporare rapidă a metalului, iar golul de descărcare este umplut cu ioni și electroni care apar în acest caz. Datorită faptului că electrodului și produsului se aplică tensiune, electronii și ionii încep să se miște: electronii și ionii încărcați negativ către anod și ionii încărcați pozitiv către catod și, astfel, este excitat un arc de sudură. După ce arcul este excitat, concentrația de electroni liberi și de ioni pozitivi în golul arcului continuă să crească, deoarece electronii se ciocnesc cu atomii și moleculele pe drum și „elimină” și mai mulți electroni din ei (în același timp, atomii care au pierdut unul sau mai mulți electroni au devenit ioni încărcați pozitiv). Are loc ionizarea intensă a gazului în spațiul arcului, iar arcul capătă caracterul unei descărcări stabile a arcului.

La câteva fracțiuni de secundă după ce arcul este excitat, un bazin de sudură începe să se formeze pe metalul de bază și o picătură de metal începe să se formeze la capătul electrodului. Și după încă aproximativ 50 - 100 de milisecunde, se stabilește un transfer stabil de metal de la capătul firului de electrod în bazinul de sudură. Poate fi realizat fie prin picături care zboară liber peste golul arcului, fie prin picături care se formează prima scurt circuit, și apoi curge în bazinul de sudură.

Proprietățile electrice ale arcului sunt determinate de procesele care au loc în cele trei zone caracteristice ale sale - coloană, precum și în regiunile apropiate de electrod ale arcului (catod și anod), care sunt situate între coloana arcului pe o parte și electrodul și produsul pe de altă parte.

Pentru a menține plasmă arc atunci când sudați cu un electrod consumabil, este suficient să furnizați un curent de 10 până la 1000 de amperi și să îl aplicați între electrod și produs tensiune electrică aproximativ 15 - 40 volți. În acest caz, căderea de tensiune pe coloana arcului în sine nu va depăși câțiva volți. Tensiunea rămasă scade în regiunile catodice și anodice ale arcului. Lungimea coloanei arcului ajunge în medie la 10 mm, ceea ce corespunde la aproximativ 99% din lungimea arcului. Astfel, puterea câmpului electric în coloana arcului se află în intervalul de la 0,1 la 1,0 V/mm. Regiunile catod și anod, dimpotrivă, se caracterizează printr-o lungime foarte scurtă (aproximativ 0,0001 mm pentru regiunea catodului, care corespunde drumului liber mediu al ionului, și 0,001 mm pentru regiunea anodică, care corespunde mediei). calea liberă a electronului). În consecință, aceste regiuni au o intensitate foarte mare a câmpului electric (până la 104 V/mm pentru regiunea catodică și până la 103 V/mm pentru regiunea anodică).

S-a stabilit experimental că în cazul sudării cu un electrod consumabil, căderea de tensiune în regiunea catodului depășește căderea de tensiune în regiunea anodică: 12 - 20 V și, respectiv, 2 - 8 V. Având în vedere că generarea de căldură la obiecte circuit electric depinde de curent și tensiune, devine clar că la sudarea cu un electrod consumabil se eliberează mai multă căldură în zona în care scade mai multă tensiune, adică. în catod. Prin urmare, la sudarea cu un electrod consumabil, se folosește în principal polaritatea inversă a curentului de sudare, atunci când produsul servește ca catod pentru a asigura penetrarea adâncă a metalului de bază (în acest caz, polul pozitiv al sursei de alimentare este conectat la electrodul). Polaritatea directă este uneori utilizată atunci când se efectuează suprafața (când pătrunderea metalului de bază, dimpotrivă, este de dorit să fie minimă).

În condiții de sudare TIG (sudare cu electrod neconsumabil), căderea de tensiune a catodului, dimpotrivă, este semnificativ mai mică decât căderea de tensiune a anodului și, în consecință, în aceste condiții se generează mai multă căldură la anod. Prin urmare, atunci când sudați cu un electrod neconsumabil, pentru a asigura penetrarea adâncă a metalului de bază, produsul este conectat la borna pozitivă a sursei de alimentare (și devine anodul), iar electrodul este conectat la borna negativă ( astfel, protejând și electrodul de supraîncălzire).

În acest caz, indiferent de tipul de electrod (consumabil sau neconsumabil), căldura este generată în principal în regiunile active ale arcului (catod și anod), și nu în coloana arcului. Această proprietate a arcului este folosită pentru a topi numai acele zone ale metalului de bază către care este îndreptat arcul.

Acele părți ale electrozilor prin care trece curentul arcului se numesc puncte active (pe electrodul pozitiv - spot anod, iar pe electrodul negativ - spot catod). Punctul catodic este o sursă de electroni liberi, care contribuie la ionizarea intervalului de arc. În același timp, fluxuri de ioni pozitivi se îndreaptă spre catod, bombardându-l și transferându-i energia cinetică. Temperatura de pe suprafața catodului în zona punctului activ în timpul sudării cu un electrod consumabil ajunge la 2500 ... 3000 °C.

Lk - regiunea catodică; La - regiunea anodica (La = Lk = 10 -5 -10 -3 cm); Lst - coloană arc; Ld - lungimea arcului; Ld = Lk + La + Lst

Fluxuri de electroni și ioni încărcați negativ se îndreaptă spre locul anodului, care își transferă energia cinetică. Temperatura de pe suprafața anodului din zona punctului activ în timpul sudării cu un electrod consumabil ajunge la 2500 ... 4000 ° C. Temperatura coloanei arcului la sudarea cu un electrod consumabil variază de la 7.000 la 18.000 ° C (pentru comparație: punctul de topire al oțelului este de aproximativ 1500 ° C).

Influența asupra arcului câmpurilor magnetice

La sudare DC Un astfel de fenomen precum magnetic este adesea observat. Se caracterizează prin următoarele caracteristici:

Coloana arcului de sudură se abate brusc de la poziția sa normală;
- arcul arde instabil și adesea se rupe;
- sunetul arderii arcului se schimbă - apar sunete de popping.

Suflarea magnetică perturbă formarea cusăturii și poate contribui la apariția unor astfel de defecte în cusătură, cum ar fi lipsa de penetrare și lipsa de fuziune. Cauza exploziei magnetice este interacțiunea câmpului magnetic al arcului de sudare cu alte câmpuri magnetice sau mase feromagnetice din apropiere.

Coloana arcului de sudare poate fi considerată ca parte a circuitului de sudare sub forma unui conductor flexibil în jurul căruia există un câmp magnetic.

Ca urmare a interacțiunii câmpului magnetic al arcului cu câmpul magnetic care apare în piesa care se sudează în timpul trecerii curentului, arcul de sudare este deviat în direcția opusă locului în care este conectat conductorul de curent.

Influența maselor feromagnetice asupra deviației arcului se datorează faptului că, din cauza diferenței mari de rezistență la trecerea liniilor de câmp magnetic ale arcului prin aer și prin materiale feromagnetice (fier și aliajele sale), câmpul magnetic apare pentru a fi mai concentrat pe partea opusă locației masei, astfel încât coloana arcului se deplasează pe partea laterală a corpului feromagnetic.

Câmpul magnetic al arcului de sudare crește odată cu creșterea curentului de sudare. Prin urmare, efectul exploziei magnetice se manifestă mai des la sudarea în condiții ridicate.

Puteți reduce influența exploziei magnetice asupra procesului de sudare:

Efectuarea sudării cu arc scurt;
- inclinarea electrodului astfel incat capatul acestuia sa fie indreptat catre actiunea suflarii magnetice;
- apropierea alimentării cu curent de arc.

Efectul exploziei magnetice poate fi redus și prin înlocuirea curentului direct de sudare cu curent alternativ, în care explozia magnetică apare mult mai puțin. Cu toate acestea, trebuie amintit că arcul de curent alternativ este mai puțin stabil, deoarece din cauza modificării polarității se stinge și se aprinde din nou de 100 de ori pe secundă. Pentru ca arcul de curent alternativ să ardă stabil, este necesar să se utilizeze stabilizatori de arc (elemente ușor ionizate), care sunt introduși, de exemplu, în acoperirea electrodului sau în flux.