Tensiunea arcului. Temperatura și alte caracteristici importante ale arcului de sudură

Dacă vorbim despre caracteristicile unui arc volt, merită menționat faptul că acesta are o tensiune mai mică decât o descărcare de strălucire și se bazează pe radiația termionică a electronilor de la electrozii care susțin arcul. În țările vorbitoare de limbă engleză, acest termen este considerat arhaic și învechit.

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

La sfârșitul anilor 1800, arcul voltaic a fost utilizat pe scară largă pentru iluminatul public. Unele arcuri electrice de joasă presiune sunt utilizate în multe aplicații. De exemplu, lămpile fluorescente, lămpile cu mercur, sodiu și halogenuri metalice sunt utilizate pentru iluminat. Lămpile cu arc cu xenon au fost utilizate pentru proiectoarele de film.

Deschiderea unui arc voltaic

Se crede că acest fenomen a fost descris pentru prima dată de Sir Humphrey Davy într-un articol din 1801 publicat în Journal of Natural Philosophy, Chemistry and Arts de William Nicholson. Cu toate acestea, fenomenul descris de Davy nu a fost un arc electric, ci doar o scânteie. Cercetătorii ulteriori au scris: „Aceasta, evident, nu este o descriere a unui arc, ci o scânteie. Esența primului este că ar trebui să fie continuă, iar polii săi să nu se atingă după ce a apărut. Scânteia, creată de Sir Humphrey Davy, nu a fost în mod clar continuă și, deși a rămas încărcată pentru o perioadă de timp după contactul cu atomii de carbon, cel mai probabil nu a existat o conexiune de arc, care este necesară pentru clasificarea sa ca una voltaică.

În același an, Davy a demonstrat public efectul către Societatea Regală prin transmiterea unui curent electric prin două tije de carbon care se ating și apoi prin tragerea lor la o distanță mică una de cealaltă. Demonstrația a arătat un arc „slab”, greu de distins de o scânteie constantă, între punctele cărbunelui. Comunitatea științifică i-a furnizat o baterie mai puternică de 1000 de plăci, iar în 1808 a demonstrat apariția unui arc voltaic pe scară largă. De asemenea, i se atribuie numele în engleză (arc electric). El l-a numit arc, deoarece ia forma unui arc ascendent atunci când distanța dintre electrozi se apropie. 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 „fluid special cu proprietăți electrice” de către omul de știință rus Vasily Petrov, experimentând cu o baterie cupru-zinc de 4.200 de discuri.

Continuarea studiilor

La sfârșitul secolului al XIX-lea, arcul voltaic a fost utilizat pe scară largă pentru iluminatul public. Tendința ca arcurile electrice să pâlpâie și să șuiere a fost o problemă majoră. În 1895, Hertha Marks Ayrton a scris o serie de articole despre electricitate, explicând că un arc voltaic a fost rezultatul contactului oxigenului cu tijele de carbon utilizate pentru a crea arcul.

În 1899, a fost prima femeie care și-a dat propria conferință la Institutul de Ingineri Electrici (IEE). Discuția ei s-a intitulat „Mecanismul arcului electric”. La scurt timp după aceea, Ayrton a fost aleasă prima femeie membru al Institutului de ingineri electrici. Următoarea femeie a fost admisă la institut deja în 1958. Ayrton a cerut să citească o lucrare către Royal Society of Science, dar nu i s-a permis să o facă din cauza genului ei, iar Mecanismul arcului electric a fost citit de John Perry în locul ei în 1901.

Descriere

Arcul electric este tipul cu cea mai mare densitate de curent. Curentul maxim care curge prin arc este limitat doar de mediul extern și nu de arc în sine.

Un arc între doi electrozi poate fi inițiat prin ionizare și descărcare strălucitoare atunci când curentul prin electrozi crește. Tensiunea de rupere a decalajului electrodului este o funcție combinată a presiunii, distanței electrodului și a tipului de gaz care înconjoară electrozii. Când pornește arcul, tensiunea sa terminală este mult mai mică decât cea a unei descărcări de strălucire, iar curentul este mai mare. Arcul din gazele aflate în apropierea presiunii atmosferice se caracterizează prin lumină vizibilă, densitate mare de curent și temperatură ridicată. Diferă de o descărcare de strălucire în aproximativ aceleași temperaturi eficiente atât ale electronilor, cât și ale ionilor pozitivi, iar într-o descărcare de strălucire, ionii au o energie termică mult mai mică decât electronii.

La sudare

Arcul alungit poate fi inițiat de doi electrozi, inițial în contact și distanțați în timpul experimentului. Această acțiune poate iniția un arc fără o descărcare de strălucire de înaltă tensiune. Acesta este modul în care sudorul începe să sudeze îmbinarea atingând instantaneu electrodul de sudare de obiect.

Un alt exemplu este separarea contactelor electrice de pe întrerupătoare, relee sau întreruptoare. În circuitele cu energie mare, ar putea fi necesară suprimarea arcului pentru a preveni deteriorarea contactelor.

Arcul voltaic: caracteristici

Rezistența electrică de-a lungul unui arc continuu creează căldură, care ionizează mai multe molecule de gaz (unde gradul de ionizare este determinat de temperatură) și, în conformitate cu această secvență, gazul se transformă treptat în plasmă termică, care se află în echilibru termic, deoarece temperatura este relativ uniform distribuit peste toți atomii, moleculele, ionii și electronii. Energia transferată de electroni este rapid dispersată cu particule mai grele datorită coliziunilor elastice datorită mobilității lor ridicate și a numărului mare.

Curentul de arc este susținut de emisia termionică și de câmp a electronilor la catod. Curentul poate fi concentrat într-un punct fierbinte foarte mic la catod - în ordinea unui milion de amperi pe centimetru pătrat. Spre deosebire de o descărcare de strălucire, arcul are o structură subtilă, deoarece coloana pozitivă este suficient de luminoasă și se extinde aproape la electrozii de la ambele capete. Căderea catodului și căderea anodului cu mai mulți volți are loc într-o fracțiune de milimetru de fiecare electrod. Coloana pozitivă are un gradient de tensiune mai mic și poate fi absentă în arce foarte scurte.

Arc de joasă frecvență

Un arc de frecvență joasă (mai puțin de 100 Hz) seamănă cu un arc de curent continuu. La fiecare ciclu, arcul este inițiat de o defecțiune și electrozii schimbă rolurile pe măsură ce curentul schimbă direcția. Pe măsură ce frecvența curentului crește, nu există suficient timp pentru ionizare cu o discrepanță în fiecare jumătate de ciclu, iar defectarea nu mai este necesară pentru menținerea arcului - caracteristica tensiunii și curentului devine mai ohmică.

Loc printre alte fenomene fizice

Diferite forme de arcuri electrice sunt proprietăți emergente ale modelelor de curent neliniar și de câmp electric. Arcul apare într-un spațiu umplut cu gaz între doi electrozi conductori (adesea tungsten sau carbon), rezultând temperaturi foarte ridicate care pot topi sau vaporiza majoritatea materialelor. Un arc electric este o descărcare continuă, în timp ce o descărcare similară cu scânteie electrică este instantanee. Un arc voltaic poate apărea fie în circuite de curent continuu, fie în circuite de curent alternativ. În acest din urmă caz, poate lovi în mod repetat aproximativ fiecare jumătate de perioadă a generației actuale. Un arc electric diferă de o descărcare de strălucire prin faptul că densitatea curentului este destul de mare și căderea de tensiune în interiorul arcului este mică. La catod, densitatea curentului poate ajunge la un megaamper pe centimetru pătrat.

Potențial distructiv

Un arc electric are o relație neliniară între curent și tensiune. Odată ce arcul este creat (fie prin progresia de la o descărcare de strălucire sau prin atingerea momentană a electrozilor și apoi separarea acestora), o creștere a curentului are ca rezultat o tensiune mai mică între bornele arcului. Acest efect de impedanță negativă necesită un fel de formă de impedanță pozitivă (cum ar fi balastul electric) pentru a fi plasat în circuit pentru a menține un arc stabil. Această proprietate este motivul pentru care arcurile electrice necontrolate din aparat devin atât de distructive, deoarece după apariția acestuia, arcul va consuma din ce în ce mai mult curent dintr-o sursă de tensiune constantă până când dispozitivul va fi distrus.

Uz practic

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

Luminile cu arc de carbon au fost primele lumini electrice. Au fost folosite pentru faruri în secolul al XIX-lea și pentru crearea unor dispozitive specializate, cum ar fi proiectoarele înainte de al doilea război mondial. Arcurile electrice de joasă presiune sunt utilizate astăzi în multe zone. De exemplu, lămpile fluorescente, mercurul, sodiul și halogenurile metalice sunt utilizate pentru iluminat, în timp ce lămpile cu arc cu xenon sunt utilizate pentru proiectoarele de film.

Formarea unui arc electric intens, ca un fulger de arc 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 armelor mondiale a fost completată cu explozivi eficienți.

Principala aplicație rămasă este în aparatele de distribuție de înaltă tensiune pentru rețelele de transmisie. Dispozitivele moderne folosesc, de asemenea, hexafluorură de sulf de înaltă presiune.

Concluzie

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

Bună ziua tuturor vizitatorilor blogului meu. Tema articolului de astăzi este protecția arcului electric și a arcului electric. Subiectul nu este întâmplător, scriu de la spitalul Sklifosovsky. Poți ghici de ce?

Ce este un arc electric

Acesta este un tip de descărcare electrică într-un gaz (fenomen fizic). Se mai numește - descărcare de arc sau arc Voltaic. Se compune din gaz ionizat, electric cvasi-neutru (plasmă).

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

Pe scurt despre proprietăți: temperatura arcului electric, de la 2500 la 7000 ° C. Cu toate acestea, nu este o temperatură mică. Interacțiunea metalelor cu plasma duce la încălzire, oxidare, topire, evaporare și alte tipuri de coroziune. Este însoțită de radiații luminoase, o undă explozivă și de șoc, temperatură ultra ridicată, aprindere, eliberare de ozon și dioxid de carbon.

Există o mulțime de informații pe Internet despre ce este un arc electric, care sunt proprietățile sale, dacă vă interesează mai multe detalii, aruncați o privire. De exemplu, în ru.wikipedia.org.

Acum despre accidentul meu. Este greu de crezut, dar acum 2 zile am întâlnit direct acest fenomen și fără succes. A fost așa: pe 21 noiembrie, la locul de muncă, am fost instruit să fac cablajul lămpilor din cutia de joncțiune și apoi să le conectez la rețea. Nu au existat probleme cu cablarea, dar când am intrat în scut, au apărut unele dificultăți. Păcat că androidul și-a uitat casa, nu a făcut o fotografie a tabloului electric, altfel ar fi mai clar. Poate că voi face mai multe când voi merge la serviciu. Deci, scutul era foarte vechi - 3 faze, un autobuz zero (aka împământare), 6 mașini automate și un comutator de pachete (totul pare a fi simplu), statul inițial nu a inspirat încredere. Am luptat mult timp cu o anvelopă zero, deoarece toate șuruburile erau ruginite, după care am pus cu ușurință faza pe mașină. Totul este în regulă, am verificat corpurile de iluminat, funcționează.

După aceea, m-am întors la scut pentru a așeza firele, pentru a le închide. Vreau să observ că tabloul electric era la o înălțime de ~ 2 metri, într-un pasaj îngust și pentru a ajunge la el, am folosit o scară (scară). În timp ce așezam firele, am descoperit scântei pe contactele altor mașini, ceea ce a făcut ca lămpile să clipească. În consecință, am întins toate contactele și am continuat să inspectez firele rămase (pentru a o face o dată și a nu mai reveni la acest lucru). Aflând că un singur contact de pe geantă are o temperatură ridicată, am decis să-l întind și eu. A luat o șurubelniță, l-a sprijinit de șurub, l-a întors, bang! A fost o explozie, o fulgerare, am fost aruncat înapoi, lovind peretele, am căzut pe podea, nimic nu era vizibil (orbit), scutul nu a încetat să explodeze și să fredoneze. Nu știu de ce protecția nu a funcționat. Simțind scânteile care cad asupra mea, mi-am dat seama că trebuie să ies. Am ieșit la atingere, târându-mă. Ieșind 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 (țineam o șurubelniță cu ea), am simțit o durere cumplită.

Împreună cu partenerul meu, am decis că trebuie să alergăm la postul de prim ajutor. Ce s-a întâmplat în continuare, cred că nu merită povestit, doar că au intrat și au mers la spital. Nu voi uita niciodată acest sunet îngrozitor al unui scurtcircuit lung - mâncărime cu buzz.

Acum sunt în spital, am o abraziune pe genunchi, medicii cred că am fost electrocutat, aceasta este calea de ieșire, așa că ei îmi monitorizează inima. Cred că nu am fost lovit de un curent electric, dar arsura pe mâna mea a fost cauzată de un arc electric care a avut loc în timpul scurtcircuitului.

Ce s-a întâmplat acolo, de ce mi-a apărut scurtcircuitul, nu se știe încă, cred că, atunci când șurubul a fost rotit, contactul în sine s-a mutat și s-a produs o închidere de la fază la fază sau a existat un fir gol în spatele comutatorului de pachete și când șurubul s-a apropiat arc electric... Voi afla mai târziu dacă își dau seama.

La naiba, m-am dus la pansament, mi-au dat mâna astfel încât să scriu cu unul rămas acum)))

Nu am făcut o fotografie fără bandaje, este o priveliște foarte neplăcută. Nu vreau să-i sperii pe electricienii începători ...

Ce măsuri de protecție a arcului ar putea să mă protejeze? După ce am analizat internetul, am văzut că cel mai popular mijloc de a proteja oamenii din instalațiile electrice de un arc electric este un costum rezistent la căldură. În America de Nord, mașinile automate speciale de la Siemens sunt foarte populare, care protejează atât împotriva arcurilor electrice, cât și de supracurent. În Rusia, în prezent, astfel de mașini sunt utilizate numai la stațiile de înaltă tensiune. În cazul meu, o mănușă dielectrică ar fi suficientă pentru mine, 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.

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

Totul este? Nu! În opinia mea, cel mai fiabil mod de a vă proteja de un arc electric sunt munca de ameliorare a stresului ... Nu știu despre tine, dar nu voi mai lucra sub tensiune ...

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

Sudarea cu arc, manuală sau mecanizată, se realizează folosind un arc electric, care este în esență o descărcare electrică. Arcul electric se caracterizează prin generarea unei cantități mari de căldură și lumină. Rețineți că temperatura arcului poate ajunge până la 6000 grade Celsius.

Merită să fim atenți la faptul că lumina și căldura emise de arc pot dăuna sănătății umane. Prin urmare, toate lucrările de sudare folosind metoda sudării cu arc se efectuează exclusiv în salopete și într-o mască sau ochelari de protecție care protejează ochii sudorului.

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

Tipuri de arc electric de sudură.

Dacă vorbim despre dependența mediului și a arcului, atunci putem distinge următoarele tipuri de descărcare electrică:

• Arcul electric deschis. Sudarea produselor metalice se efectuează în aer liber, fără a utiliza gaze speciale pentru protecție. Arcul arde într-un mediu format din aerul înconjurător și vaporii care apar în timpul sudării unui produs metalic, topirea unui electrod sau a unei sârme și a acoperirilor acestora.
• Arc închis. Acest tip de arc este format prin sudarea cu arc scufundat. Amestecul de gaze, care se formează ca urmare a amestecării vaporilor din produsul metalic sudat, a electrodului consumabil și, de fapt, a fluxului, protejează arcul în timpul sudării.
• Arc într-un mediu de gaz protejat. În acest caz, vorbim despre sudarea în mediu a așa-numitelor gaze de protecție: inerte sau active, (atât gazele pure, cât și amestecurile lor sunt utilizate). Ca rezultat al sudării, se formează un mediu gazos, format dintr-un gaz de protecție, vapori metalici și un electrod.

Alimentare electrică pentru arcul de sudură.

Arcul de sudură se formează atunci când se aplică un curent electric. Rețineți că arcul poate fi alimentat atât din surse de curent alternativ, cât și din surse de curent continuu. Diferite surse de energie dau diferite tipuri de arce.

Când se utilizează curent continuu, pot fi obținute două tipuri de arc: sudorii folosesc atât un arc de polaritate directă, cât și polaritate inversă. Diferența dintre cele două este conexiunea de alimentare. Deci, cu polaritate directă, un minus este furnizat direct electrodului și un plus pentru produsul metalic care va fi sudat. Cu polaritate inversă, conexiunea este invers: un plus este aplicat electrodului, în timp ce un minus la produsul metalic sudat.

De asemenea, observăm că produsul metalic sudat nu este uneori inclus în circuitul electric. În astfel de cazuri, se spune că se folosește un arc indirect, adică curentul este furnizat doar electrodului. Dacă atât electrodul, cât și produsul metalic sunt conectate la sursa de alimentare, atunci în acest caz se vorbește despre un arc direct. Este demn de remarcat faptul că acest arc electric este cel mai des utilizat, sudorii folosesc rareori arc indirect.

Valorile densității curentului pentru arcul de sudură.

La sudarea produselor metalice cu arc electric, indicatorul de densitate a curentului joacă, de asemenea, un rol important. În modul normal de sudare manuală cu arc, densitatea curentului este standard, și anume 10-20 A / mm2. Sudorii stabilesc aceeași valoare atunci când sudează într-un mediu de anumite gaze. O densitate mare de curent, și anume 80-120 A / mm2, și, de asemenea, mai mare, este utilizată în sudarea semi-automată sau în alte tipuri de sudură, efectuată sub protecția gazelor sau fluxului.

Densitatea curentului afectează tensiunea arcului. Această dependență este denumită de obicei caracteristica statică a arcului (este reprezentată grafic). Rețineți că, dacă densitatea curentului este mică, atunci această caracteristică scade: adică se produce o cădere de tensiune atunci când curentul, dimpotrivă, crește. Acest fenomen se datorează faptului că odată cu creșterea valorii curentului, conductivitatea electricității crește, la fel și aria secțiunii transversale a coloanei arcului, în timp ce densitatea curentului scade.

Când se folosește densitatea obișnuită de curent pentru sudarea manuală, tensiunea își pierde dependența de valoarea curentului. În acest caz, aria coloanei crește proporțional cu curentul. Rețineți, de asemenea, că conductivitatea electrică practic nu se schimbă, iar densitatea de curent din coloană rămâne constantă.

Cum apare un arc de sudare?

Arcul de sudură 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 urmare a acestui proces, electronii încep să fie eliberați. De fapt, mediul arcului este un conductor de curent de gaz, are o formă rotundă cilindrică.

Rețineți că arcul electric în sine constă din 3 componente:

• parte anodică;
• o coloană cu arc electric;
• parte catodică.

Indicatorul stabilității arcului electric în timpul procesului de sudare este influențat de mulți factori, printre care tensiunea în circuit deschis, tipul de curent electric, magnitudinea, polaritatea și așa mai departe. În procesul de sudare, toți acești indicatori trebuie monitorizați cu atenție și setați corect modul de sudare pentru diferite metode și pentru diferite produse metalice.

2.1. NATURA ARCULUI DE SUDARE

Un arc electric este unul dintre tipurile de descărcări electrice din gaze, în care se observă trecerea unui curent electric printr-un decalaj de gaz sub influența unui câmp electric. Arcul electric folosit pentru sudarea metalelor se numește arc de sudură. Arcul face parte din circuitul de sudare electrică și există o cădere de tensiune peste el. În sudarea DC, electrodul conectat la polul pozitiv al sursei de energie a arcului se numește anod, iar polul negativ se numește catod. Dacă sudarea se efectuează pe curent alternativ, fiecare dintre electrozi este alternativ anod și catod.

Decalajul dintre electrozi se numește regiunea arcului sau decalajul arcului. Lungimea decalajului arcului se numește lungimea arcului. În condiții normale la temperaturi scăzute, gazele sunt compuse din atomi neutri și molecule și nu sunt conductoare electric. Trecerea unui curent electric printr-un gaz este posibilă numai dacă conține particule încărcate - electroni și ioni. Procesul de formare a particulelor de gaz încărcate se numește ionizare, iar gazul însuși se numește ionizat. Apariția particulelor încărcate în spațiul arcului este cauzată de emisia (emisia) de electroni de la suprafața electrodului negativ (catod) și de ionizarea gazelor și vaporilor din spațiu. Arcul care arde între electrod și obiectul de sudat este un arc direct. Un astfel de arc se numește de obicei arc liber, spre deosebire de un arc comprimat, a cărui secțiune transversală este redusă cu forța datorită duzei torței, fluxului de gaz, câmpului electromagnetic. Arcul este excitat după cum urmează. În cazul unui scurtcircuit al electrodului și al pieselor în locurile de contact cu suprafețele lor, acestea se încălzesc. Când electrozii sunt deschiși de la suprafața încălzită a catodului, sunt emiși electroni - emisie de electroni. Eliberarea de electroni este în primul rând asociată cu efectul termic (emisie termionică) și prezența unui câmp electric de înaltă intensitate la catod (emisie de câmp). Prezența emisiei de electroni de la suprafața catodului este o condiție indispensabilă pentru existența unei descărcări de arc.

De-a lungul lungimii spațiului de arc, arcul este împărțit în trei regiuni (Fig. 2.1): catod, anod și coloana de arc situată între ele.

Regiunea catodului include o suprafață catodică încălzită, numită punct catodic, și o porțiune a spațiului arcului adiacent acestuia. Lungimea regiunii catodice este mică, dar se caracterizează prin intensitate crescută și procesele de obținere a electronilor care apar în aceasta, care sunt o condiție necesară pentru existența unei descărcări de arc. Temperatura punctului catodului pentru electrozi din oțel atinge 2400-2700 ° C. Eliberează până la 38% din căldura totală a arcului. Principalul proces fizic din această zonă este emisia de electroni și accelerarea electronilor. Căderea de tensiune în regiunea catodului este de aproximativ 12-17 V.

Zona anodică constă dintr-o pată anodică pe suprafața anodului și o parte a arcului arc adiacent acesteia. Curentul din regiunea anodică este determinat de fluxul de electroni care provin din coloana arcului. Punctul anodic este punctul de intrare și neutralizarea electronilor liberi din materialul anodic. Are aproximativ aceeași temperatură ca și locul catodului, dar, ca urmare a bombardamentului de electroni, se eliberează mai multă căldură pe acesta decât pe catod. Regiunea anodică se caracterizează și prin tensiune crescută. Căderea de tensiune Ua în ea este de aproximativ 2-11 V. Lungimea acestei zone este, de asemenea, mică.

Coloana arcului ocupă cea mai mare lungime a spațiului arcului, situat între regiunile catodului și anodului. Principalul proces de formare a particulelor încărcate aici este ionizarea gazului. Acest proces are loc ca urmare a coliziunii particulelor de gaz încărcate (în principal electroni) și neutre. Cu o energie de coliziune suficientă din particulele de gaz, electronii sunt eliminați și se formează ioni pozitivi. Această ionizare se numește ionizare de impact. Coliziunea poate apărea fără ionizare, apoi energia de coliziune este eliberată sub formă de căldură și merge la creșterea temperaturii coloanei arcului. Particulele încărcate formate în coloana arcului se deplasează către electrozi: electroni către anod, ioni către catod. O parte a ionilor pozitivi ajunge la locul catodului, cealaltă parte nu ajunge și, atașând 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 arcului nu are nicio taxă. Este neutru, deoarece în fiecare secțiune a acestuia există simultan un număr egal de particule încărcate opus. Temperatura coloanei de arc ajunge la 6000-8000 ° C și mai mult. Căderea de tensiune (Uc) variază aproape liniar de-a lungul lungimii, crescând cu creșterea lungimii coloanei. Căderea de tensiune depinde de compoziția mediului gazos și scade odată cu introducerea componentelor ușor ionizabile în acesta. Aceste componente sunt elemente alcaline și alcalino-pământoase (Ca, Na, K etc.). Căderea totală de tensiune în arc este Ud = Uc + 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 spațiului arcului și, dacă rămân neschimbate, rămân constante în diferite condiții de sudare. Datorită lungimii reduse a regiunilor catodului și anodului, acesta poate fi considerat practic 1c = 1d. Apoi se obține expresia

II) (= a + Ы) (, (2.1)

arătând că tensiunea arcului depinde direct de lungimea sa, unde a = uk + ua; b = E. O condiție indispensabilă pentru obținerea unei îmbinări sudate de înaltă calitate este arderea stabilă a arcului (stabilitatea acestuia). Acesta este înțeles ca un astfel de mod al existenței sale, în care arcul arde mult timp la valori date de curent și tensiune, fără întrerupere și fără a trece în alte tipuri de descărcări. Cu o ardere stabilă a arcului de sudură, parametrii săi principali - puterea curentului și tensiunea - se află într-o anumită interdependență. Prin urmare, una dintre caracteristicile principale ale unei descărcări de arc este dependența tensiunii sale de puterea curentului la o lungime constantă a arcului. Reprezentarea grafică a acestei dependențe atunci când funcționează într-un mod static (într-o stare de ardere stabilă a arcului) se numește caracteristică statică curent-tensiune a arcului (Fig. 2.2).

Odată cu creșterea lungimii arcului, tensiunea acestuia crește și curba caracteristicii volt-ampere statice crește, mai mare cu o scădere a lungimii arcului, scade mai jos, menținându-și forma calitativ. Curba caracteristică statică poate fi împărțită în trei zone: cădere, dură și ascendentă. În prima regiune, o creștere a curentului duce la o scădere bruscă a tensiunii arcului. Acest lucru se datorează faptului că, odată cu creșterea rezistenței curente, crește aria secțiunii transversale a coloanei de arc și conductivitatea electrică a acesteia. Arderea arcului în modurile din această zonă se caracterizează printr-o stabilitate redusă. În a doua zonă, creșterea puterii curentului nu este asociată cu o modificare a tensiunii arcului. Acest lucru se datorează faptului că aria secțiunii transversale a coloanei arcului și a petelor active se schimbă proporțional cu puterea curentului și, prin urmare, densitatea curentului și căderea de tensiune în arc rămân constante. Sudarea rigidă cu arc static este utilizată pe scară largă în tehnologia de sudare, în special în sudarea manuală. În a treia regiune, odată cu creșterea intensității curentului, tensiunea crește. Acest lucru se datorează faptului că diametrul punctului catodic devine egal cu diametrul electrodului și nu poate crește mai mult, în timp ce densitatea curentului în arc crește și tensiunea scade. Arcul ascendent este utilizat pe scară largă în sudarea automată și mecanizată cu arc scufundat și ecranat cu gaz cu fire fine de umplere.

Orez. 2.3. Volt-amper statistic caracteristic arcului la diferite viteze de alimentare a firului electrodului: a - viteză redusă; b - viteză medie, c - viteză mare

În sudarea mecanizată a electrodului consumabil, uneori se folosește o caracteristică statică de curent-tensiune a arcului, luată nu la lungimea sa constantă, ci la o viteză constantă de alimentare a firului electrodului (Figura 2.3).

După cum se poate vedea din figură, fiecare viteză de alimentare a firului de electrod corespunde unei game înguste de curenți cu ardere stabilă a arcului. Prea puțin curent de sudură poate duce la un scurtcircuit între electrod și piesa de prelucrat, iar prea mare poate duce la o creștere bruscă a tensiunii și la ruperea acestuia.

Arc electric de sudură Este o descărcare electrică pe termen lung în plasmă, care este un amestec de gaze ionizate și vapori ai componentelor atmosferei de protecție, a materialului de umplutură și a metalului de bază.

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

Din punct de vedere practic, un arc poate fi gândit ca un conductor de gaz care convertește energia electrică în energie termică. Oferă o intensitate ridicată de încălzire și este ușor de controlat prin intermediul parametrilor electrici.

O caracteristică comună a gazelor este că acestea nu sunt conductoare ale curentului electric în condiții normale. Cu toate acestea, în condiții favorabile (temperatură ridicată și prezența unui câmp electric extern de intensitate ridicată), gazele se pot ioniza, adică atomii sau moleculele lor pot elibera sau, pentru elementele electronegative, dimpotrivă, pot captura electroni, transformându-se, respectiv, în ioni pozitivi sau negativi. Datorită acestor modificări, gazele trec în a patra stare a materiei numită plasmă, care este conductivă electric.

Arcul este excitat în mai multe etape. De exemplu, în sudarea MIG / MAG, când capătul electrodului și piesa de prelucrat intră în contact, contactul se produce între micro proeminențele suprafețelor lor. Densitatea mare de curent contribuie la topirea rapidă a acestor proeminențe și la formarea unui strat de metal lichid, care crește constant către electrod și, în cele din urmă, se rupe.

În momentul ruperii podului, are loc evaporarea rapidă a metalului, iar spațiul de descărcare este umplut cu ioni și electroni care apar în acest caz. Datorită faptului că tensiunea este aplicată electrodului și piesei de prelucrat, electronii și ionii încep să se miște: electroni și ioni încărcați negativ la anod și ioni încărcați pozitiv la catod și, astfel, arcul de sudură este excitat. După ce arcul este excitat, concentrația de electroni liberi și ioni pozitivi în spațiul arcului continuă să crească, deoarece electronii pe drum se ciocnesc cu atomi și molecule și „elimină” mai mulți electroni din aceștia (în acest caz, atomi care au pierdut unul sau mai mulți electroni devin ioni încărcați pozitiv). Se produce ionizarea intensă a gazului în spațiul arcului, iar arcul capătă caracterul unei descărcări stabile a arcului.

La câteva fracțiuni de secundă după lovirea arcului, începe să se formeze un bazin de sudură pe metalul de bază și o picătură de metal începe la capătul electrodului. Și după alte 50 - 100 de milisecunde, se stabilește un transfer stabil de metal de la capătul firului electrodului la piscina de sudură. Poate fi realizat fie prin picături care zboară liber peste spațiul arcului, fie prin picături care formează mai întâi un scurtcircuit și apoi curg în piscina de sudură.

Proprietățile electrice ale arcului sunt determinate de procesele care au loc în cele trei zone caracteristice ale acestuia - coloana, precum și în regiunile aproape electrodice 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 plasma arcului în timpul sudării electrodului consumabil, este suficient să furnizați un curent de la 10 la 1000 amperi și să aplicați o tensiune electrică de ordinul 15 la 40 de volți între electrod și piesa de prelucrat. În acest caz, căderea de tensiune pe coloana arcului în sine nu va depăși câțiva volți. Restul tensiunii cade pe regiunile catodului și anodului arcului. Lungimea coloanei arcului atinge o medie de 10 mm, ceea ce corespunde cu aproximativ 99% din lungimea arcului. Astfel, intensitatea câmpului electric în coloana arcului este în intervalul de la 0,1 la 1,0 V / mm. Regiunile catodice și anodice, dimpotrivă, se caracterizează printr-o lungime foarte mică (aproximativ 0,0001 mm pentru regiunea catodică, care corespunde căii libere de ioni, și 0,001 mm pentru cea anodică, care corespunde căii libere de electroni) . 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 electrodului consumabil, căderea de tensiune din regiunea catodului depășește căderea de tensiune din regiunea anodului: 12 - 20 V și respectiv 2 - 8 V. Având în vedere că eliberarea de căldură la obiectele circuitului 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, în sudarea electrodului consumabil, polaritatea inversă a conectării curentului de sudare este utilizată în principal, atunci când produsul servește ca catod pentru a asigura penetrarea profundă a metalului de bază (în acest caz, polul pozitiv al sursei de alimentare este conectat la electrod). Polaritatea dreaptă este uneori utilizată la suprafață (când pătrunderea metalului de bază, dimpotrivă, este de dorit să fie minimă).

În sudarea TIG (sudare cu electrod neconsumabil), dimpotrivă, căderea de tensiune catodică este mult mai mică decât căderea de tensiune a anodului și, în consecință, în aceste condiții, mai multă căldură este eliberată deja la anod. Prin urmare, la sudarea cu un electrod neconsumabil, pentru a asigura penetrarea profundă a metalului de bază, produsul este conectat la borna pozitivă a sursei de energie (și devine anod), iar electrodul este conectat la borna negativă ( astfel, protejând electrodul de supraîncălzire).

În acest caz, indiferent de tipul de electrod (topitor sau non-topitor), căldura este eliberată în principal în regiunile active ale arcului (catod și anod), și nu în coloana arcului. Această proprietate a arcului este utilizată pentru a topi numai acele porțiuni ale metalului de bază către care este îndreptat arcul.

Acele părți ale electrozilor prin care trece curentul de arc sunt numite pete active (pe electrodul pozitiv - punctul anodic și pe electrodul negativ - punctul catodic). Punctul catodic este o sursă de electroni liberi, care contribuie la ionizarea golului arcului. În același timp, fluxuri de ioni pozitivi se reped spre catod, care îl bombardează și își transferă energia cinetică către acesta. Temperatura de pe suprafața catodului în zona punctului activ în timpul sudării electrodului consumabil ajunge la 2500—3000 ° C.

Lk - regiune catodică; Lа - zona anodică (Lа = Lк = 10 -5 -10 -3 cm); Lst - coloană de arc; Ld - lungimea arcului; Ld = Lк + Lа + Lst

Fluxuri de electroni și ioni încărcați negativ se reped spre locul anodului, care își transferă energia cinetică către acesta. Temperatura de pe suprafața anodului în zona punctului activ în timpul sudării electrodului consumabil ajunge la 2500—4000 ° C. Temperatura coloanei de arc în sudarea electrodului consumabil variază de la 7.000 la 18.000 ° C (pentru comparație: temperatura de topire a oțelului este de aproximativ 1500 ° C).

Influența câmpurilor magnetice asupra arcului

Atunci când se efectuează sudarea în curent continuu, se observă adesea un astfel de fenomen ca magnetic. Se caracterizează prin următoarele caracteristici:

Coloana arcului de sudură se abate brusc de poziția sa normală;
- arcul arde instabil, de multe ori se rupe;
- se schimbă sunetul arderii arcului - apar ferestre.

Explozia magnetică perturbă formarea cusăturii și poate contribui la apariția defectelor cusăturii, cum ar fi lipsa de penetrare și lipsa de fuziune. Motivul apariției exploziei magnetice este interacțiunea câmpului magnetic al arcului de sudură cu alte câmpuri magnetice sau mase feromagnetice din apropiere.

Coloana de arc poate fi considerată ca făcând parte din circuitul de sudare sub forma unui conductor flexibil în jurul căruia există un câmp magnetic.

Ca urmare a interacțiunii câmpului magnetic al arcului și câmpului magnetic care apare în piesa de prelucrat care urmează să fie sudată în timpul trecerii curentului, arcul de sudură este deviat în direcția opusă locului în care este conectat conductorul.

Efectul maselor feromagnetice asupra devierii arcului se datorează faptului că, datorită diferenței mari de rezistență la trecerea liniilor câmpului magnetic ale câmpului arcului prin aer și prin materialele feromagnetice (fierul și aliajele sale), câmpul magnetic este un corp feromagnetic.

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

Este posibil să se reducă influența exploziei magnetice asupra procesului de sudare:

Sudare cu arc scurt;
- înclinarea electrodului astfel încât capătul acestuia să fie îndreptat spre acțiunea exploziei magnetice;
- prin apropierea cablului curent mai aproape de arc.

Efectul suflării magnetice poate fi, de asemenea, redus prin înlocuirea curentului direct de sudare cu unul alternativ, în care suflarea magnetică apare mult mai puțin. Cu toate acestea, trebuie amintit că arcul de curent alternativ este mai puțin stabil, deoarece, din cauza inversării polarității, este stins și re-aprins 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 ionizabile), care sunt introduse, de exemplu, în acoperirea electrozilor sau în flux.