Un arc de sudare este o descărcare electrică lungă și puternică, care are loc la o presiune apropiată de atmosferică în spațiul de gaze dintre doi electrozi care sunt alimentați cu energie electrică. Dacă unul dintre electrozii este un metal de sudură, atunci un astfel de arc este numit arc de acțiune directă (Figura 25, a). Dacă arcul arde între doi electrozi separați (cărbune sau tungsten), atunci acesta este un arc de acțiune indirectă (Figura 25.6). În tehnica de sudare, aplicația cea mai directă este arcul acțiunii directe, care asigură o penetrare mai profundă a metalului și o mai bună utilizare a căldurii arcului.
Arc acțiune combinată (Fig. 25c), inclus în circuitul de curent trifazat și iluminează atât între cei doi electrozi și între fiecare electrod și metalul de bază. În acest caz, cantitatea de căldură eliberată crește, iar randamentul de sudură crește. Această metodă a fost denumită arc de sudare (suprafață) cu trei faze.
Coloana arcului formează o plasmă - o stare specială de materie în care constă dintr-un amestec de electroni, ioni pozitivi și negativi și atomi neutri și este la temperaturi foarte ridicate. Coloana electrică a arcului este neutră, deoarece în ea sumele încărcărilor negative și pozitive ale particulelor sunt egale.
Zona celor mai ridicate temperaturi, ajungând la 5500-7800 ° C, se află în mijlocul coloanei arcului. Cu cât este mai mare densitatea curentului în arc, cu atât este mai mare temperatura coloanei. În afara, stâlpul este înconjurat de un halou de flacără din vaporii încălziți și gazele având o temperatură mai scăzută.
Densitățile de curent ale electrodului pot varia în mod semnificativ în funcție de metoda de sudură și sunt de aproximativ, a / mm 2:
Gazele și vaporii în condiții fizice normale sunt substanțe neutre din punct de vedere electric și aproape nu conduc curentul. Curentul electric începe să curgă prin gazul numai în cazul în care conține particule care transporta sarcini electrice: electroni, ioni pozitivi, ioni negativi. Un astfel de gaz se numește ionizat. Cu cât mai mulți electroni și ioni se mișcă în gaz, cu atât este mai mare ionizarea gazului și conductivitatea sa electrică. Particulele încărcate cu particule electrice sunt purtătoare de energie electrică în mediul gazului ionizat. decalaj arc ionizata electroni liberi, în esență, emisi de catod care, atunci când ciocniri cu atomii de gaz și moleculele sunt disloca electronii, transformarea particulelor în ioni pozitivi sau negativi, capabile să conducă curent electric.
Schematic, procesul de ionizare a unui gaz prin electroni este arătat în Fig. 27. Să ne imaginăm că electronii liberi încep să emită de pe suprafața catodului (vezi figura 27). Acest fenomen se numește emisie de electroni. Sub acțiunea câmpului electric din regiunea catodică, mișcarea este foarte accelerată. Atunci când se ciocnesc cu atomi de gaze neutre, electronii, având o energie mare de mișcare, scot unul sau mai mulți electroni din carcasa unui atom mai greu și, prin urmare, mai puțin mobil.
Acești electroni se mișcă într-un ritm mai lent la anodul încărcat pozitiv sub acțiunea câmpului electric. Atomul cu electronii scos din cochilie, care a pierdut o parte din electricitatea negativă, devine un ion pozitiv, care se aruncă spre catodul încărcat negativ. La impactul cu suprafața catodului loviturile de ioni pozitivi electronii din aceasta: unii dintre ei captează, întorcându-se din nou la un atom neutru, iar unele dintre electronii prin coloana arcului se grăbește spre anod. Ionii negativi se formează din atomi neutrii când captează electroni liberi. Deoarece ionii negativi nu sunt capabili să formeze toate elementele chimice, în ionii negativi, ionii negativi conțin ioni mai puțin pozitivi. Procesul descris de formare a particulelor încărcate electric într-un mediu de gaze și vapori se numește ionizare în vrac.
În arc apare și formarea atomilor neutri din ionii pozitivi și negativi sau din ionii pozitivi și electronii. Acest fenomen se numește recombinare. Datorită acestui proces de formare și dispariția particulelor încărcate în gazul la această temperatură, se poate reciproc echilibrată și gradul de ionizare a gazului cald rămâne la o constantă condițiile actuale cu arc electric.
Gradul de ionizare este raportul numărului de particule încărcate într-un volum de gaz dat la numărul total de particule înainte de ionizare.
Potențialul de ionizare reprezintă cantitatea de energie care trebuie consumată pentru a îndepărta complet un electron din carcasa unui atom al unei substanțe date.
Diferitele elemente au potențiale diferite de ionizare. Ionizarea potențială a atomilor de potasiu este de aproximativ 3,4 ori, sodiu de 2,8 ori și calciu de 2,4 ori mai mică decât potențialul de ionizare al atomilor de azot și oxigen. Acest lucru explică efectul favorabil al potasiului, sodiului și calciului asupra stabilității arderii arcului, în urma căruia aceste substanțe sunt introduse întotdeauna în compozițiile de acoperiri și fluxuri de electrozi.
Ionizarea gazului și apariția în el a unei descărcări puternice a arcului sunt procese fizice foarte complexe care depind de mulți factori și condiții. Studiile arcului electric de sudare au constatat că ejecția (emisia) de pe suprafața electrodului (catodului) electronilor liberi are loc ca urmare a:
1) emisia de câmp cauzată de acțiunea unui câmp electric forțat, care detașează electronii de suprafața catodului;
2) emisiile rezultate din impactul ionilor pozitivi grei pe suprafața catodului;
3) emisia termionică cauzată de o temperatură ridicată a încălzirii catodice, la care electronii se pot desprinde de suprafața sa;
4) emisia de fotoelectron, cauzată de acțiunea razelor luminoase ale arcului de pe suprafața catodului.
Principalele surse ale fluxului de electroni puternici, care asigură arderea arcului stabil, sunt emisia de câmp și emisia de la impactul ionilor pe suprafața catodului.
În funcție de metoda de sudare, electrozii utilizați și mediul în care ars arcul, se folosesc diferite tipuri de arcuri de sudură, de exemplu:
1. Un arc între un electrod metalic topit cu o acoperire adecvată și un metal de sudură. Se arde cu arderea cu un strat adecvat pe un curent constant și alternativ. Utilizată pe scară largă în sudarea multor metale.
2. Arcul dintre electrodul metalic topit și metalul de sudură, arzând sub un strat de flux. Stabil la curent constant și alternativ. Utilizată pe scară largă pentru sudura semiautomatică și automată cu arc submersibil.
3. Arcul dintre electrod neconsumabil sau consumabil și metalul de bază, arderea de gaz protector (argon, heliu, dioxid de carbon, hidrogen, azot, etc.). Utilizată pe scară largă în sudarea diferitelor metale, precum și în tăierea cu arc cu plasmă.
4. Un arc între un electrod de carbon sau grafit și un metal de sudură. Este stabil numai la un curent constant de polaritate directă mai mare de 5 A. Se folosește pentru tăierea cu arc, sudarea este rară.
5. Un arc între un electrod de topire de oțel și un metal de sudură, ars în apă. Este necesară o creștere ușoară a tensiunii de aprindere și ardere în comparație cu arderea în aer a arcului. Se folosește pentru sudarea și tăierea subacvatică.
6. Arcul dintre electrodul consumabil și metalul de sudură, arzând pe un curent alternativ de frecvență crescută (300-500 Hz). Se folosește la sudarea unui metal de mică grosime cu un curent mic. O frecvență crescută a curentului asigură o ardere stabilă în aceste condiții.
8. Un arc între doi electrozi de topire și un metal de sudură cu curent alternativ, inclus într-o schemă de sudura trifazată. Se folosește pentru sudare și suprafețe.
9. Arcul acțiunii indirecte a curentului alternativ între doi electrozi non-consumabili (tungsten). Necesită tensiune crescută: la aprindere - până la 300 V, combustie - până la 100 V. Acest arc este utilizat în metoda de sudare cu hidrogen atomic.
Toate tipurile de arce enumerate necesită surse de alimentare cu curent, ale căror caracteristici trebuie să îndeplinească proprietățile acestui arc de sudură și să asigure excitarea ușoară și arderea constantă a arcului în timpul sudării sau tăierii.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: