cu arc electric - metale de sudare
Forme de descărcări electrice în gaze sunt foarte diverse; descărcare în arc este mai mare, cea mai dezvoltată formă de gaz cu descărcare staționară. În condiții normale, la temperaturi scăzute, toate gazele sunt non-conductori de curent electric - izolatori. Gazele naturale nu pot conduce electricitatea numai în cazul în care gazul apar particule încărcate electric - ioni.
Procesul de formare a particulelor încărcate numite ionizare și gaz, care au particule încărcate și care este dobândită astfel capacitatea de a conduce curentul electric, numit ionizat. Ionizarea gazului poate fi influențată de diverși factori. Fluxul de curent prin gaz însoțită de ionizare a gazului. În acest caz, curentul care curge prin gazul determină gradul de ionizare a gazului și conductivitatea electrică. În aceste condiții, rezistența electrică a gazului poate fi de orice dimensiune - de la valori foarte mici la foarte mare, și nu există nici o relație certă între tensiunea aplicată la diferența de gaz și un curent electric. De aceea, de exemplu, descărcarea de arc nu face sens întrebarea care va fi într-un curent de descărcare la o anumită tensiune, deoarece curentul poate fi foarte diferit, în funcție de parametrii lanțului de aprovizionare.
Sursele de particule încărcate în gazele se pot servi ca moleculele de gaz care atunci când însumează cantități suficiente de energie pot forma particule încărcate electric, adică. E. ionizabile. O astfel de ionizare poate fi numit ionizare în volumul sau ionizarea volumetric. Sursa de particule încărcate poate fi, de asemenea corp solid sau lichid în contact cu volumul de gaz, în care are loc evacuarea. Deosebit de important în acest sens, rolul electrodului negativ - catod, care este adesea o sursă puternică de electroni liberi în descărcarea de gestiune.
Deversarea arc are loc într-un gaz la o intensitate a curentului suficient în circuit. Aparuta descărcare concentrat și contractat într-un anumit mod corespunzător puterea minimă pentru un anumit amperaj, disting clar de mediu și curge la densități mari de curent.
Fig. 1 ilustrează schematic o descărcare în arc, cu un catod de carbon la presiune atmosferică, alimentată cu curent continuu. Intre electrodul pozitiv - anod sau negativ - catod este cea mai importantă parte a arcului - pol pozitiv, sau pur și simplu descărcare în arc pol având un general conică sau sferică. post-Gas ametitoare luminată și are o temperatură foarte ridicată de aproximativ 6000 ° C Pilonul înconjurat de un halou de flacără sau de arc având o dimensiune mare. Flacăra este formată în perechi și gazele din coloana de arc, care interactioneaza chimic cu atmosfera ambiantă și se răcește treptat, cu distanța de la axa coloanei. Mesaj ionizat puternic de gaz.
Principalul factor care cauzează ionizare, temperatura gazului este ridicată, susținută de furnizare de energie de la un circuit de alimentare cu energie. Flacăra din jurul coloanei, temperatura și gradul de ionizare scădea rapid ca distanța de la axa coloanei. Ionizare are loc în principal în conformitate cu schema: gaz neutru energie molecula de ionizare + = ion pozitiv + electroni liberi.
Gradul de ionizare al coloanei de gaz este foarte mare. Postează de gaz puternic ionizat, adesea menționată ca plasmă, are proprietăți speciale; conductivitatea electrică se apropie de conductivitatea electrică a metalelor. baze de coloane sunt brusc zone limitate pe suprafața electrozilor - fața electrodului. DC arc se facă distincția între anod și catod pete. Densitatea curentului în spoturile pot fi zeci de mii de Amperi per 1 cm2. Plasturii cu electrozi alocate orbitoare strălucire care depășește în mod semnificativ luminozitatea coloanei.
Intr-un strat subțire de la petele de suprafață a proceselor asociate cu formarea și neutralizarea particulelor încărcate cauzate de trecerea curentului electric din materialele de electrod din diferența de gaz și invers testate. Transformarea are loc o mare cantitate de energie descărcări electrice în energie termică, care încălzește și se topește metalul de bază. putere specifică, pete cu descărcare eliberat pe suprafața este foarte mare și poate ajunge la zeci de kilowați pe 1 cm2.
Fig. 1. Schema de arc: 1 - la fața locului catod; 2 - coloana arc; 3 - la fața locului anod; 4 - flacără (halo) arc
Parametrii electrici ai arcurilor de sudare pot varia foarte mult. Cel mai important pentru practica acțiunii directe se utilizează curenții arc 1-3000 și la un arc de tensiune în 10-50. putere arc poate varia de la 0,01 până la 150 kW, t. e. 15 000 de ori. Această gamă largă de putere permite sudarea metalelor cu arc de la foarte mici la grosimi foarte mari, de la cel mai mic detaliu la cele mai mari și grele produse, structuri și structuri.
Deversarea catod emite un număr mare volum de coloană de electroni liberi. Eliberarea sau emisia de electroni de la catod poate fi cauzată de încălzirea catod, densitatea curentului de emisie crește rapid cu temperatură catod și materialele catodice cu un înalt de topire și punctul de fierbere (cărbune, tungsten), emisia de electroni cu catod cald sau emisie thermionic, poate ajunge la valori ridicate. Pentru cathodes fier si cupru emisie thermionic are o valoare minimă, iar catodul de zinc, mercur și m. Emisie P. Thermionic este neglijabil. În acest din urmă caz critic primește emisie cu catod rece sau câmp de emisie produs prin apariția de intensitate foarte mare câmp electric, în ordinea 10e / cm și mai sus, într-un strat subțire de la suprafața catodului.
Pe electroni de energie de emisie este consumat, iar catodul este răcit. Ca urmare a bombardamentului bilanțului energetic total al ionilor pozitivi de pe suprafața catodului a catodului este pozitiv, iar catodul primește o cantitate considerabilă de energie, încălzirea, topirea și evaporarea unui material catodic. Procesele de ionizare coloana arc are loc în principal datorită gazului de temperatură ridicată. Ca rezultat al proceselor complexe din coloana de gaz, aspectul și neutralizarea particulelor încărcate se stabilește un echilibru în mișcare, caracterizat prin aceea că nu orice cantitate prea mică de suma algebrică post a sarcinilor electrice de particule încărcate este zero. Prin urmare, extrem de gaz ionizat sau coloană cu arc de plasmă se comportă în ceea ce privește spațiul din jur ca un gaz neutru.
Anodul descărcării arcului este bombardat de electroni care intră din coloana de arc. incidente electronice pe anod pătrunde în volumul său în formă liberă nu mai există; pe suprafața electronului anod oferă un potențial de energie care corespunde funcției de lucru a suprafeței anodului, iar energia cinetică dobândită în toamna anod. În procesul de bombardament anod electroni este raportată o cantitate semnificativă de energie și se încălzește rapid în sus.
Cantitatea totală de energie eliberată la anod este de obicei mai mare decât catod, dar este posibil și este uneori văzută la sudarea și arce o relație inversă.
Cea mai mare temperatură observată în porțiunea axială a coloanei arcului; în arc normal de sudare se ajunge la 6000 ° C. Pe suprafețele electrozilor din temperatura de patch-uri de electrozi este de obicei aproape de punctul de fierbere al materialului de electrod. Tensiunea arcului, t. E. Tensiunea între capetele electrozilor săi este o funcție complexă a lungimii arcului și amperajul în acesta, și în mod esențial depinde de materialul și dimensiunile electrozilor, compoziția gazului și presiunea, și așa mai departe. D. Dependența experimentală a tensiunii arcului electric pe curent și lungimea sa este prezentată în Fig. 2, precum și. Aceste curbe sunt numite de performanță cu arc, și se referă la starea de echilibru, arcul de ce și numite caracteristici statice.
Fig. 2. Caracteristicile arcului
Aceste relații și caracteristici se referă la arce de sudură, la o densitate de curent constant în spoturile de electrod atunci când zona fața locului mai mică decât aria suprafeței de capăt a electrodului. În ultimii ani, în legătură cu dezvoltarea de arc de sudare automată are posibilitatea de a pune în aplicare regimurile în care suprafața de capăt a electrodului nu mai este suficientă pentru a se adapta patch-uri de electrozi cu densitate de curent normală. În acest caz, densitatea de curent pe electrodul schimbă cu curentul de sudare.
Fig. 3. Caracteristicile arcului
Tipuri de arce de sudare. Sursa de căldură în timpul sudării cu arc electric este sudura cu arc - descărcare electrică stabilă într-un amestec de gaze puternic ionizate și vapori de materiale utilizate la sudare, și caracterizată printr-o densitate mare de curent și de temperatură ridicată.
În funcție de numărul de electrozi și moduri de a încorpora electrozii și piesa de prelucrat într-un circuit electric următoarele tipuri de arce de sudare: - acțiune directă atunci când arcul arde dintre electrod și piesa de prelucrat; - acțiune indirectă când arcul între doi electrozi, un produs de sudura nu este inclus într-un circuit electric; - trei faze arc excitat între doi electrozi și între fiecare electrod și metalul de bază.
Conform genului curent se disting cu arc alimentat de curent alternativ și curent continuu. Atunci când se aplică o sudură de curent continuu pentru a distinge înainte și polaritate inversă. În primul caz, electrodul este conectat la polul negativ și servește drept catod, iar produsul - la polul pozitiv și servește ca anod; în al doilea caz, electrodul este conectat la borna pozitivă și servește ca anod, iar produsul - și negativ. Acesta servește drept catod. În funcție de materialul electrodului sunt arc disting între electrod neconsumabil (carbon sau tungsten) și electrozi consumabili din metal.
Fig. 4. Tipuri de arce de sudură: a - directe, 6 - indirect - acțiunea combinată (trei faze)
Arcul electric are o serie de proprietăți fizice și tehnologice care depind de eficiența utilizării sudurii cu arc electric. Proprietățile fizice includ electrice, electromagnetice, cinetică, termică, lumină.
Principalele proprietăți tehnologice includ: putere arc, stabilitate spațială, de auto-reglementare.
Proprietățile electrice ale arcului. Pentru a forma și menține arcul trebuie să aibă în spațiul dintre electrozi sunt particule încărcate electric - electroni, ioni pozitivi și negativi. Procesul de formare a ionilor și electronilor se numește ionizare și un gaz care conține ioni și electroni, ionizat. decalaj arc Ionizarea apare în timpul aprinderii arcului și sprijinit în mod continuu în timpul arderii sale.
Fig. 5. Circuitul arcului de sudură și căderea de tensiune în acesta: 1 - electrod 2 - produs 3 - anod spot 4 - regiunea anodului a arcului, 5 - coloana arc în - regiunea catodică a arcului, 7 - la fața locului catod
Thermal Arc de putere. Caracteristica principală a arcului ca sursă de energie pentru sudare este eficientă termic qa capacitate. Capacitatea termică efectivă a sursei de căldură de sudură - cantitatea de căldură introdusă în metal pe unitatea de timp și dus la încălzirea acestuia. Partea efectivă capacitatea termică a capacității termice globale a q arc, deoarece o anumită cantitate de căldură irosite prin arc în radiator de metal, încălzirea radiație a picăturilor prin pulverizare.
Raportul dintre capacitatea de încălzire eficientă a capacității de căldură totală a sursei de căldură se numește coeficientul efectiv de performanță (a. N. D.).
Valoarea poate varia 0.3-0.95 și pentru diferite tipuri de sudura aproximativ: arc carbon deschis - 0.5-0.65; arc în argon - 0,5-0,6; Electrozi MMA filmate - 0,7-0,85; scufundat sudare cu arc - 0,85-0,93.
Cantitatea de căldură în sursa de încălzire .vvodimoe metal și pe unitatea de lungime cusătură, numită aport de căldură de sudură energie. Aportul de căldură este egală cu deplasarea relativă a puterii eficiente arc viteză qa sursă de căldură (arc).
In formarea sudurii arc putere termică consumată topirea metalului de bază și de umplere.
Arcul comprimat. Un tip special de sudare cu arc electric cu arc este comprimat - o coloană de arc este presată printr-o duză a arzătorului cu plasmă, sau fluxul de gaze (argon, azot etc.). O plasma - un gaz care constă din particule încărcate pozitiv și negativ, taxa totală este egală cu zero.
Plasma generat în canalul duzei, încrețită și stabilizat și pereții săi răcite cu apă a gazului plazmoobra rece liant. Compresia și răcirea suprafeței exterioare a coloanei arcului este concentrația sa, ceea ce conduce la o creștere bruscă a numărului de coliziuni între particule de plasmă, creșterea gradului de ionizare și o creștere bruscă a temperaturii coloanei de arc (10 000-20 000 K) și energia cinetică a plasmei, care este utilizat pentru sudarea și de tăiere. Un aparat pentru crearea unui flux de plasmă direcțională se deplasează la o viteză mare „și având un conținut ridicat de energie este numit-o torță de plasmă sau torță de plasmă.
Fig. 6. Plasma Diagrame sudură du.goy (a) și jetul de plasmă (b, c): 1 - electrod 2 - canal 3 - apă de răcire, 4 - coloana arc, 5 - o duză - jet de plasmă, 7 - produse și - o sursă de curent, i - lungimea părții active a canalului
Există mai multe scheme de dispozitive pentru jeturi cu jet de plasmă și: - pentru arcul de plasmă când duză și canal sunt aliniate, jetul de plasmă coincide cu pilon al arcului, unul dintre electrozi este un material care este prelucrat; (Figura 6a). - pentru a obține un jet de plasmă, extras din coloana de arc la duză separată și canalul (Fig 6, b). - la fel, dar cu o duză combinat și canalul (Figura 6b.).
Jetul de plasmă este generat de descărcare în arc, excitat între electrod și al doilea electrod, care poate servi ca un produs duză separată sau perete canal.