Elektriskais loks: īpašības. Loka aizsardzība

Mūsu mājas lapa svarak.ru publicē rakstus par šo tēmu. Pirmo reizi volta loka fenomenu novēroja krievu akadēmiķis Petrovs, kurš saņēma dzirksteles izlādi.

Volta loku raksturo divas īpašības:

• izceļot liels daudzums siltumu
• spēcīgs starojums.

Abi īpašumi elektriskā loka izmanto tehnoloģijās.

Metināšanas tehnoloģijai pirmais īpašums ir pozitīvs faktors, otrais - negatīvs.

Jebkuri elektriski vadoši materiāli var kalpot kā elektriskie vadītāji elektriskās izlādes gadījumā. Visbiežāk kā vadītāji tiek izmantoti apaļa šķērsgriezuma oglekļa un grafīta stieņi (loka lampas).

Tipisks variants starp divām oglēm ir parādīts attēlā.

Augšējais elektrods ir savienots ar iekārtas pozitīvo polu (anodu). Otrais ogleklis ir savienots ar negatīvo polu (katodu).

Elektriskā metināšanas loks

Elektriskā loka temperatūra, tās ietekme.

Siltuma izdalīšanās dažādos loka punktos nav vienāda. Pie pozitīvā elektroda atbrīvojas 43% no kopējā daudzuma, pie negatīvā 36% un pašā lokā (starp elektrodiem) atlikušie 21%.

Zonu diagramma un to temperatūras metināšanas lokā

Saistībā ar šo un temperatūra uz elektrodiem nav tas pats. Anodam ir apm. 4000°C, un katodu 3400°. Vidēji tiek aprēķināta elektriskā loka temperatūra 3500°C.

Pateicoties dažādiem temperatūra pie sprieguma loka poliem ir oglekļa vadītāji

ir dažāda biezuma. Pozitīvā ogle tiek ņemta biezāka, negatīva -

tievāks. Loka stienis (vidējā daļa) sastāv no katoda izstarotās elektronu plūsmas, kas lielā ātrumā steidzas pret anodu. Kam piemīt augsta kinētiskā enerģija, tie atsitās pret anoda virsmu, pārvēršot kinētisko enerģiju siltumenerģijā.

Ap to esošais zaļganais oreols ir ķīmisko reakciju vieta, kas notiek starp elektrodu vielas tvaikiem un atmosfēru, kurā deg volta loka.

Metināšanas loka veidošanas process

Elektriskā loka rašanās

Izglītības process volta loka parādās iekšā šādu veidlapu. Brīdī, kad elektrodi saskaras, pārejošā strāva krustojumā izdala lielu daudzumu siltuma, jo šeit ir liela elektriskā pretestība (Džoula likums).

Pateicoties tam, vadītāju gali uzsilst līdz vieglam mirdzumam, un pēc elektrodu atvienošanas katods sāk izstarot elektronus, kuri, lidojot pa gaisa spraugu starp elektrodiem, sadala gaisa molekulas pozitīvi un negatīvi lādētās daļiņās. (katjoni un anjoni).

Tā rezultātā gaiss kļūst elektriski vadošs.

Metināšanas tehnoloģijā lielākais pielietojums ir izlāde starp metāla elektrodiem, un viens elektrods ir metāla stienis, kas vienlaikus kalpo kā pildviela, bet otrs elektrods ir pati metināmā daļa.

Process paliek tāds pats kā oglekļa elektrodu gadījumā, bet šeit parādās jauns faktors. Ja oglekļa lokā vadītāji pamazām iztvaikoja (izdega), tad metāla lokā elektrodi kūst ļoti intensīvi un daļēji iztvaiko. Sakarā ar metāla tvaiku klātbūtni starp elektrodiem, pretestība (elektriskā) metāla loka zemāka par oglēm.

Oglekļa izlāde deg ar vidējo spriegumu 40-60 V, bet metāla loka spriegums vidēji ir 18-22 V (ar garumu 3 mm).

Loka garums, krāteris, iespiešanās.

Pats elektriskā loka metināšanas process notiek šādi.

Tiklīdz mēs pieskaramies izstrādājumam spriegumaktīvajam elektrodam un nekavējoties izvelkam to noteiktā attālumā, veidojas volta loka un nekavējoties sākas parastā metāla un vadītāja metāla kušana. Līdz ar to elektroda gals vienmēr ir kausētā stāvoklī, un šķidrais metāls no tā pilienu veidā pāriet uz metināmo šuvi, kur elektroda metāls tiek sajaukts ar metināmā izstrādājuma kausēto metālu.

Pētījumi liecina, ka no elektroda sekundē pāriet apmēram 20-30 šādu pilienu, t.i., šis process notiek ļoti ātri.

Lai gan volta loka attīstās ļoti paaugstināta temperatūra, tas izdala siltumu ļoti maza telpa tieši zem loka.

Loka garuma diagramma

Ja caur tumšiem stikliem skatāmies uz loku, ko ierosina metāla elektrods, mēs pārliecināsimies, ka vietā, kur veidojas loks starp elektrodu un parasto metālu, uz parastā metāla izceļas balti karsta virsma, kas tieši zem izpūstā cauruma izskatās kā ieplaka, kas piepildīta ar šķidru metālu. Šķiet, ka šī ieplaka veidojusies, ar loka palīdzību izpūšot šķidru metālu. Šo ieplaku sauc par metināšanas baseinu. To ieskauj metāls, kas sakarsēts līdz baltam karstumam, un blakus esošās zonas sildīšanas temperatūra ātri nokrītas līdz sarkanai krāsai un jau nelielā attālumā, kuras vērtība mainās atkarībā no elektroda diametra un strāvas stipruma, temperatūras. tiek salīdzināta ar metināmā objekta temperatūru.

Labs un slikts metināšanas loks, kā atšķirt? Noderīgi padomi.

Attālumu starp elektroda galu un vannas dibenu, t.i., izkausētā metāla virsmu, sauc par loka garumu. Šai vērtībai ir ļoti liela nozīme metināšanas tehnoloģijā. Lai iegūtu labu metināšanu, ir nepieciešams ņemt loka garumu pēc iespējas īsāku, tas ir, saglabāt loku īsāku, un tā garums nedrīkst pārsniegt 3-4 mm. Protams, loka garums nav nemainīga vērtība, jo elektroda gals visu laiku kūst un līdz ar to attālums starp to un krāteri palielinātos; ja elektrods tika turēts nekustīgs līdz savienojuma pārtraukšanai. Tāpēc metināšanas laikā ir nepieciešams pastāvīgi tuvināt elektrodu parastajam metālam, kad tas kūst, lai loka garums būtu aptuveni nemainīgs 2-4 mm robežās.

Nepieciešamību uzturēt īsu loku (t.i., ne garāku par 3-4 mm) izraisa fakts, ka elektroda kausētais metāls absorbē skābekli un slāpekli no gaisa, kas ieskauj loku, pārejot no elektroda uz krāteri, kas pasliktina tā mehāniskās īpašības (relatīvais pagarinājums un triecienizturība). Ir skaidrs, ka jo mazāk laika šķidrais metāls šķērso gaisu, jo mazāk kaitīga būs gaisa iedarbība.

Īss:

Ar īsu loku šis laiks būs mazāks nekā ar garu loku, un tāpēc elektroda metālam nebūs laika absorbēt tik daudz skābekļa un slāpekļa, cik tas varētu tikt cauri. liels ceļš garā loka dēļ. Tā kā katra metinātāja vēlmei vienmēr ir jābūt iegūt vislabākās kvalitātes metinājumu, īss loks ir labas metināšanas priekšnoteikums. Īsu loku var atšķirt ne tikai pēc redzes, bet arī pēc dzirdes, jo īss loks rada raksturīgu sausu sprakšķēšanu, kas atgādina skaņu, kad eļļa tiek uzlieta uz karstas pannas. Katram metinātājam ir jāzina šī īsa loka skaņa.

Garš:

Ar garu loku (t.i., ar garumu, kas lielāks par 4 mm), mēs nekad nesaņemsim labu šuvi. Nemaz nerunājot par to, ka ar garu loku būs spēcīga metinātā metāla oksidēšanās, arī pašai šuvei ir ļoti nevienmērīgs izskats. Tas notiek tāpēc, ka garā izlāde ir mazāk stabila nekā īsa dzirkstele mēdz klīst un novirzīties uz sāniem no metināšanas vietas, kā rezultātā tās radītais siltums nav tāds pats kā ar īsu loku; izplatās lielākā teritorijā. Sakarā ar to loka izstarotais siltums ne viss virzās uz metāla kausēšanu metināšanas vietā, bet gan daļēji tiek izkliedēts pa lielu virsmu.

Tāpēc ar garu loku tiek iegūta slikta iespiešanās, un turklāt pilieni no elektroda, kas nokrīt uz slikti apsildāmu vietu, nesaplūst ar parasto metālu, bet tiek izšļakstīti uz sāniem.

Autors izskats Jūs vienmēr varat uzreiz atšķirt šuvi, kas metināta ar īsu vai garu loku. Pareizi ar īsu loku metinātai šuvei ir pareiza kontūra, gluda, izliekta virsma un tīra, izcils izskats. Šuvei, kas metināta ar garu loku, ir nevienmērīgs, bezveidīgs izskats, un to ieskauj daudzi sasaluša metāla pilieni un šļakatas no elektroda. Šāda šuve, protams, ir pilnīgi nepiemērota.

Loka aizsardzība

Aizsargtērpu piemēri pret elektrisko loku

Ja metināšanas iekārtas izmanto loku, tad daudzas citas iekārtas un turklāt cilvēkam no tā vajadzētu izvairīties. Iekārtas loka veidošanās risks ir atkarīgs no vairākiem faktoriem:

• iekārtas lietošanas biežums no darbinieka puses;
• pieredze un zināšanas par darbiniekiem, kuri nodarbojas ar aparatūru
• aprīkojuma nodiluma līmenis;

Ja cilvēks nav valkājis nepieciešamo individuālo aizsargtērpu un nonāk elektriskā loka diapazonā, izdzīvošanas iespējas samazinās diezgan krasi. Smagu apdegumu risks ir ārkārtīgi augsts.

Tabula: elektriskā loka iedarbības pakāpe

Kādas ir aizsardzības iespējas pret e-pastu? Dougie?

1. ievērot visu nepieciešamie noteikumi un drošības standarti;
2. ilgstošas ​​lietošanas gadījumā aizsargmateriāls, bieža mazgāšana, uzvalks nedrīkst pasliktināties; (viss atkarīgs no modeļa);
3. audumam jābūt ne vairāk kā 2 sekunžu atlikušajam degšanas laikam;
4. jāvalkā speciāli apavi, kuriem ir antistatiska iedarbība un arī ir elektriskā loka aizsardzības tērps.

Elektriskā loka- Tā ir elektriskā izlāde gāzēs. Gāze pati par sevi ir izolators, tajā nav strāvas nesēju. Kad gāzē veidojas liels skaits elektriski lādētu daļiņu – brīvie elektroni ar negatīva lādiņa zīmi un pozitīvi un negatīvi lādēti joni, gāze sāk vadīt strāvu.

Elektroda galam saskaroties ar parasto metālu, izdalās liels daudzums siltuma, kā rezultātā paātrina brīvo elektronu kustība.

Atdalot elektrodu no parastā metāla starpelektrodu spraugā, elektroni saduras ar neitrālajiem gāzes atomiem un tos jonizē, t.i. sadalīti jonos ar dažādas zīmes maksas. Tā rezultātā gāze kļūst elektriski vadoša. Elektronu emisijas (izvades) veidi no elektroda gala virsmas:

• termiskā emisija;
• automātiskās elektroniskās emisijas;
• fotoelektronu emisija;
• elektronu emisija smago jonu plūsmu dēļ.

Loka stabilu degšanu ietekmē brīvo elektronu un jonu veidošanās (jonizācijas) procesi elektriskā loka neitrālās gāzes tilpumā. Apskatīsim jonizācijas veidus elektriskās izlādes gadījumā.

Jonizācija sadursmes rezultātā. Elektronu kustība ir ļoti paātrināta elektriskā lauka ietekmē katoda reģionā. Viņi savā ceļā sastopas ar neitrāliem gāzes atomiem, sit tiem un izsit elektronus. Jonizācija karsējot (termiskā jonizācija). Jonu veidošanās gāzveida vidē tiek novērota temperatūrā virs 1750°C. Jonizācija karsējot notiek neelastīgu gāzes daļiņu sadursmes dēļ ar lielu kinētiskās enerģijas piegādi. Starojuma jonizācija (fotojonizācija). Šajā gadījumā gāzu jonizācija elektriskā loka ietekmē ietekmē gāzes enerģijas spraugu gaismas starojums. Jonizācija ar starojumu notiks, ja gaismas kvantu enerģija pārsniedz enerģiju, kas nepieciešama gāzes daļiņu jonizēšanai.

Metināšanas loka īpašības

Metināšanas loka aizdegšanās sākas no brīža, kad elektrods pieskaras metināmajam metālam, t.i. no īssavienojuma.

Attēlā 1. attēlā parādīta procesu secība, aizdedzinot metināšanas loku.

Tā kā elektroda galā un metināmā metāla virsmā ir nelīdzenumi, kontakts starp tiem īssavienojuma laikā notiek atsevišķos punktos (1.a att.).

1. att. Metināšanas loka aizdedzes secība
a - īssavienojums; b - tilta veidošana no šķidrā metāla; c - loka rašanās

Tāpēc strāvas blīvums kontaktpunktos sasniedz lielas vērtības, metāls acumirklī izkūst, veidojot šķidra metāla tiltu starp elektrodu un metināmo metālu (1.b att.).

Noņemot elektrodu no metāla virsmas līdz noteiktam garumam, ko sauc par loka garumu L, šķidruma tilts stiepjas ar šķērsgriezuma samazināšanos, tad brīdī, kad metāls sasniedz tiltu, viršanas temperatūra iztvaiko un tilts. plīsumi (1.c att.).

Izveidojas izlādes sprauga, kas ir piepildīta ar lādētām metāla tvaiku daļiņām, elektrodu pārklājumu un gāzēm. Tādējādi tiek izveidots metināšanas loks, kas ir uzkarsētas gāzes gaismas kolonna, kas sastāv no elektroniem, joniem un neitrāliem atomiem.

Šo gāzes stāvokli sauc par plazmu, kas ir elektriski neitrāla, jo satur vienādu skaitu pozitīvo un negatīvo daļiņu.

Loka kolonnas temperatūra ir augstāka par elektroda un sagataves metāla viršanas temperatūras temperatūru, un elektroda gals un sagatave ir atdalīti no loka kolonnas ar gāzes starpslāņiem, ko sauc par gandrīz elektroda loka reģioniem (att. 2).

Rīsi. 2. Metināšanas loka diagramma.
1 - elektrodi; 2 - katoda vieta; 3 - katoda reģions; 4 - loka kolonna; 5 - anoda reģions; 6 - anoda vieta; 7 - metināšanas baseins; 8 - metināmā daļa.

Katoda apgabalā 3 elektroni tiek emitēti no katoda vietas 2 loka kolonnā 4, kur tie jonizē neitrālos atomus.

Katoda apgabalā ievērojama loka sprieguma daļa koncentrējas milimetra daļas garumā, ko sauc par katoda sprieguma kritumu un sasniedz 10...16 V.

Anoda apgabalā 5 netālu no anoda vietas 6 vērojams straujš sprieguma kritums pa elektronu vidējo brīvo ceļu. Šo sprieguma kritumu sauc par anoda sprieguma kritumu, kura vērtība ir 6...8 V. Šajā sadaļā elektroni strauji palielina ātrumu un tiek neitralizēti anoda vietā. Anods saņem enerģiju no loka elektronu plūsmas un termiskā starojuma veidā, tāpēc anoda apgabala temperatūra ir augstāka par katoda apgabala temperatūru, un pie anoda rodas liels siltuma daudzums.

Metinot ar tiešas polaritātes līdzstrāvu, temperatūra in dažādas zonas metināšanas loks:

• loka kolonnas vidū - apmēram 6000 ° C;
• anoda rajonā - 2600°C;
• katoda rajonā - 2400°C;
• metināšanas baseinā – 1700…2000 °C.

Metinot ar maiņstrāvu, loka siltuma sadalījums un temperatūra katoda un anoda apgabalos ir aptuveni vienādi (katoda apgabals uz elektroda).

2.1. METINĀŠANAS LOKA DABA

Elektriskais loks ir viens no elektrisko izlāžu veidiem gāzēs, kurā tiek novērota elektriskās strāvas pāreja caur gāzes spraugu elektriskā lauka ietekmē. Elektrisko loku, ko izmanto metālu metināšanai, sauc par metināšanas loku. Loka ir daļa no elektriskās metināšanas ķēdes, un tai ir sprieguma kritums. Metinot ar līdzstrāvu, elektrodu, kas savienots ar loka strāvas avota pozitīvo polu, sauc par anodu, bet ar negatīvo polu sauc par katodu. Ja metināšanu veic ar maiņstrāvu, katrs no elektrodiem pārmaiņus ir anods un katods.

Atstarpi starp elektrodiem sauc par loka laukumu vai loka spraugu. Loka spraugas garumu sauc par loka garumu. Normālos apstākļos zemas temperatūras gāzes sastāv no neitrāliem atomiem un molekulām, un tām nav elektrovadītspējas. Iziet cauri elektriskā strāva caur gāzi ir iespējams tikai tad, ja tajā ir lādētas daļiņas – elektroni un joni. Uzlādētu gāzes daļiņu veidošanās procesu sauc par jonizāciju, bet pašu gāzi sauc par jonizētu. Lādētu daļiņu parādīšanos loka spraugā izraisa elektronu emisija (emisija) no negatīvā elektroda (katoda) virsmas un spraugā esošo gāzu un tvaiku jonizācija. Loka degšana starp elektrodu un metināšanas objektu ir tieša loka. Šādu loku parasti sauc par brīvo loku, atšķirībā no saspiestā loka, kura šķērsgriezums tiek piespiedu kārtā samazināts degļa sprauslas, gāzes plūsmas dēļ, elektromagnētiskais lauks. Loka ir satraukta šādi. Ja ir īssavienojums, elektrods un daļas, kur tie pieskaras virsmām, uzkarst. Atverot elektrodus no katoda uzkarsētās virsmas, tiek emitēti elektroni - elektronu emisija. Elektronu iznākums galvenokārt ir saistīts ar termisko efektu (termisko emisiju) un augstas intensitātes elektriskā lauka klātbūtni katodā (lauka emisija). Elektronu emisijas klātbūtne no katoda virsmas ir obligāts nosacījums loka izlādes pastāvēšanai.

Loka spraugas garumā loks ir sadalīts trīs apgabalos (2.1. att.): katodā, anodā un loka kolonnā, kas atrodas starp tām.

Katoda apgabals ietver katoda apsildāmo virsmu, ko sauc par katoda punktu, un tai blakus esošo loka spraugas daļu. Katoda apgabala garums ir mazs, bet to raksturo paaugstināts spriegums un tajā notiekošie elektronu iegūšanas procesi, kas ir nepieciešams nosacījums loka izlādes esamībai. Katoda punkta temperatūra tērauda elektrodiem sasniedz 2400-2700 °C. Tas izdala līdz 38% no kopējā loka siltuma. Galvenais fiziskais process šajā jomā ir elektronu emisija un elektronu paātrinājums. Sprieguma kritums IS katoda apgabalā ir aptuveni 12-17 V.

Anoda apgabals sastāv no anoda vietas uz anoda virsmas un tai blakus esošās loka spraugas daļas. Strāvu anoda apgabalā nosaka elektronu plūsma, kas nāk no loka kolonnas. Anoda vieta ir brīvo elektronu iekļūšanas un neitralizācijas vieta anoda materiālā. Tam ir aptuveni tāda pati temperatūra kā katoda punktam, taču elektronu bombardēšanas rezultātā uz tā izdalās vairāk siltuma nekā uz katoda. Anoda reģionu raksturo arī paaugstināts spriegums. Sprieguma kritums Ua tajā ir 2-11 V. Arī šī reģiona apjoms ir neliels.

Loka kolonna aizņem lielāko loka spraugas daļu, kas atrodas starp katoda un anoda apgabaliem. Šeit galvenais uzlādēto daļiņu veidošanās process ir gāzes jonizācija. Šis process notiek lādētu (galvenokārt elektronu) un neitrālu gāzes daļiņu sadursmes rezultātā. Ar pietiekamu sadursmes enerģiju no gāzes daļiņām tiek izsisti elektroni un veidojas pozitīvi joni. Šo jonizāciju sauc par sadursmes jonizāciju. Sadursme var notikt bez jonizācijas, tad sadursmes enerģija izdalās siltuma veidā un paaugstina loka kolonnas temperatūru. Loka kolonnā izveidotās lādētās daļiņas virzās uz elektrodiem: elektroni uz anodu, joni uz katodu. Daļa no pozitīvajiem joniem sasniedz katoda punktu, bet otra daļa nesasniedz, un, pievienojot sev negatīvi lādētus elektronus, joni kļūst par neitrāliem atomiem.

Šo daļiņu neitralizācijas procesu sauc par rekombināciju. Loka kolonnā visos degšanas apstākļos tiek novērots stabils līdzsvars starp jonizācijas un rekombinācijas procesiem. Kopumā loka kolonnai nav maksas. Tas ir neitrāls, jo katrā tā sadaļā vienlaikus ir vienāds skaits pretēji lādētu daļiņu. Loka kolonnas temperatūra sasniedz 6000-8000 °C vai vairāk. Sprieguma kritums tajā (Uc) mainās gandrīz lineāri visā garumā, palielinoties, palielinoties kolonnas garumam. Sprieguma kritums ir atkarīgs no gāzveida vides sastāva un samazinās, ievadot tajā viegli jonizējamas sastāvdaļas. Šādas sastāvdaļas ir sārmu un sārmzemju elementi (Ca, Na, K utt.). Kopējais sprieguma kritums lokā ir Ud=Uk+Ua+Uc. Ņemot sprieguma kritumu loka kolonnā lineāras atkarības veidā, to var attēlot ar formulu Uc=Elc, kur E ir spriegums visā garumā, lc ir kolonnas garums. IR, Ua, E vērtības praktiski ir atkarīgas tikai no elektrodu materiāla un loka spraugas vides sastāva un, ja tās paliek nemainīgas, paliek nemainīgas dažādi apstākļi metināšana Tā kā katoda un anoda apgabali ir mazi, to var uzskatīt par praktiski 1s = 1d. Tad mēs iegūstam izteiksmi

II)( = a + Н)(, (2.1)

parādot, ka loka spriegums ir tieši atkarīgs no tā garuma, kur a = ik + ia; b=E. Neaizstājams nosacījums kvalitatīva metinātā savienojuma iegūšanai ir stabila loka degšana (tā stabilitāte). Ar to mēs domājam tādu tā pastāvēšanas režīmu, kurā loka ilgu laiku deg pie noteiktām strāvas un sprieguma vērtībām, nepārtraucot vai pārejot uz cita veida izlādi. Ar stabilu metināšanas loka sadedzināšanu tā galvenie parametri - strāva un spriegums - ir zināmā savstarpējā atkarībā. Tāpēc viens no galvenajiem loka izlādes raksturlielumiem ir tā sprieguma atkarība no strāvas stipruma pie nemainīga loka garuma. Grafiskais attēlsŠo atkarību, strādājot statiskā režīmā (stabilas loka degšanas stāvoklī), sauc par loka statisko strāvas-sprieguma raksturlielumu (2.2. att.).

Palielinoties loka garumam, tā spriegums palielinās un statiskās strāvas-sprieguma raksturlīkne paceļas augstāk, samazinoties loka garumam, tas nokrītas zemāk, vienlaikus kvalitatīvi saglabājot savu formu. Statisko raksturlīkni var iedalīt trīs reģionos: krītošā, cietā un augošā. Pirmajā reģionā strāvas palielināšanās izraisa strauju loka sprieguma kritumu. Tas ir saistīts ar faktu, ka, palielinoties strāvas stiprumam, palielinās loka kolonnas šķērsgriezuma laukums un tā elektriskā vadītspēja. Loka degšanai režīmos šajā reģionā ir raksturīga zema stabilitāte. Otrajā reģionā strāvas stipruma palielināšanās nav saistīta ar loka sprieguma izmaiņām. Tas izskaidrojams ar to, ka loka kolonnas un aktīvo punktu šķērsgriezuma laukums mainās proporcionāli strāvas stiprumam, un tāpēc strāvas blīvums un sprieguma kritums lokā paliek nemainīgs. Loka metināšana ar stingru statisku raksturlielumu tiek plaši izmantota metināšanas tehnoloģijā, īpaši manuālajā metināšanā. Trešajā reģionā, palielinoties strāvai, palielinās spriegums. Tas ir saistīts ar faktu, ka katoda vietas diametrs kļūst vienāds ar elektroda diametru un nevar palielināties tālāk, kamēr loka strāvas blīvums palielinās un spriegums samazinās. Loka ar pieaugošām statiskām īpašībām plaši izmanto automātiskā un mehanizētā iegremdētā loka un aizsarggāzes metināšanā, izmantojot plānu metināšanas stiepli.

Rīsi. 2.3. Loka statistiskie strāvas-sprieguma raksturlielumi pie dažādiem elektrodu stieples padeves ātrumiem: a - mazs ātrums; b - vidējais ātrums, c - liels ātrums

Mehanizēti metinot ar patērējamo elektrodu, dažkārt izmanto lokam raksturīgo statisko strāvas-sprieguma raksturlielumu, kas ņemts nevis konstantā garumā, bet ar nemainīgu elektroda stieples padeves ātrumu (2.3. att.).

Kā redzams attēlā, katrs elektrodu stieples padeves ātrums atbilst šauram strāvu diapazonam ar stabilu loka degšanu. Pārāk maza metināšanas strāva var izraisīt īssavienojumu starp elektrodu un sagatavi, un pārāk liela var izraisīt strauju sprieguma pieaugumu un lūzumu.

1802. gadā krievu fiziķis Vasilijs Vladimirovičs Petrovs (1761-1834) atklāja, ka, pie lielas elektriskās baterijas stabiem piestiprinot divus ogles gabalus un, oglēm saskaroties, tās nedaudz atbīdot, izveidosies spoža liesma starp. ogļu gali un paši gali ogles kļūst balti karsti, izstarojot apžilbinošu gaismu (elektrisko loku). Šo parādību septiņus gadus vēlāk patstāvīgi novēroja angļu ķīmiķis G. Deivijs, kurš ieteica šo loku nosaukt par “voltaic” par godu A. Voltam.

Attēlā 159 attēlā vienkāršākais veids radot elektrisko loku. Kontroles stendā ir fiksētas divas ogles, kurām labāk ņemt kaut ko citu, nevis parastu ogles, bet speciāli ražoti stieņi, kas iegūti, presējot grafīta, ogļu un saistvielu (loka ogļu) maisījumu. Pašreizējais avots var būt apgaismojuma tīkls. Lai novērstu īssavienojumu, pievienojot ogles, virknē ar loku jāieslēdz reostats.

Rīsi. 159. Iekārta elektriskā loka radīšanai: 1 un 2 – oglekļa elektrodi

Parasti apgaismojuma tīklu darbina ar maiņstrāvu. Tomēr loks deg vienmērīgāk, ja caur to tiek laista pastāvīga strāva, tā ka viens no tā elektrodiem vienmēr ir pozitīvs (anods), bet otrs negatīvs (katods). Šāda loka apsildāmo elektrodu fotogrāfija ir parādīta attēlā. 160. Starp elektrodiem atrodas karstas gāzes kolonna, kas labi vada elektrību. Parastos lokos šis stabs izstaro daudz mazāk gaismas nekā karstas ogles, un tāpēc tas nav redzams fotoattēlā. Pozitīvās ogles, kurām ir augstāka temperatūra, deg ātrāk nekā negatīvās ogles. Pateicoties spēcīgai ogļu sublimācijai, uz tās veidojas ieplaka - pozitīvs krāteris, kas ir elektrodu karstākā daļa. Krātera temperatūra gaisā plkst atmosfēras spiediens sasniedz 4000°C.

Rīsi. 160. Elektriskie loka elektrodi (foto)

98.1. Loka lampās tiek izmantoti speciāli regulatori – pulksteņa mehānismi, kas tuvina abas ogles ar tādu pašu ātrumu, kādā tās deg. Tomēr pozitīvo ogļu biezums vienmēr ir lielāks nekā negatīvo ogļu biezums. Kāpēc viņi to dara?

Loka var sadegt arī starp metāla elektrodiem (dzelzs, varš utt.). Šajā gadījumā elektrodi kūst un ātri iztvaiko, kas patērē daudz siltuma. Tāpēc metāla elektroda krātera temperatūra parasti ir zemāka nekā oglekļa elektroda temperatūra (2000-2500 ° C).

Piespiežot sadedzināt loku starp oglekļa elektrodiem saspiestā gāzē (apmēram 20 atm), bija iespējams paaugstināt pozitīvā krātera temperatūru līdz 5900 ° C, t.i., līdz Saules virsmas temperatūrai. Tajā pašā laikā tika novērota ogļu kušana. Gāzu un tvaiku kolonnā, caur kuru notiek elektriskā izlāde, ir vēl augstāka temperatūra. Šo gāzu un tvaiku enerģētiskā bombardēšana ar elektroniem un joniem, ko darbina loka elektriskais lauks, paaugstina gāzu temperatūru kolonnā līdz 6000-7000 ° C. Tāpēc loka kolonnā gandrīz visas zināmās vielas kūst. un pārvērsties tvaikā, un daudzi ķīmiskās reakcijas, kas nedarbojas zemākā temperatūrā. Nav grūti, piemēram, loka liesmā izkausēt ugunsizturīgos porcelāna kociņus.

Lai uzturētu loka izlādi, ir nepieciešams neliels spriegums: loks labi deg, ja spriegums pie tā elektrodiem ir 40-45 V. Strāva lokā ir diezgan nozīmīga. Tā, piemēram, pat nelielā lokā, eksperimentā, kas parādīts attēlā. 159, strāva plūst aptuveni 5 A, un lielos lokos, ko izmanto rūpniecībā, strāva sasniedz simtiem ampēru. Tas parāda, ka loka pretestība ir zema; Līdz ar to gaismas gāzes kolonna labi vada elektrisko strāvu.

98.2. Loka lampai nepieciešama strāva 300 A ar ogļu spriegumu 60 V. Cik daudz siltuma izdalās šādā lokā 1 minūtē? Kāda ir šāda loka pretestība?

Tik spēcīga gāzes jonizācija iespējama tikai tāpēc, ka loka katods izstaro daudz elektronu, kas ar saviem triecieniem jonizē gāzi izlādes telpā. Spēcīgu elektronu emisiju no katoda nodrošina fakts, ka pats loka katods tiek uzkarsēts līdz ļoti augstai temperatūrai (no 2200 līdz 3500°C atkarībā no materiāla). Kad, lai aizdedzinātu loku, vispirms saskaramies ar oglēm, tad saskares punktā, kuram ir ļoti liela pretestība, tiek atbrīvots gandrīz viss džoulu siltums no strāvas, kas iet cauri oglēm (§ 59). Tāpēc ogļu gali kļūst ļoti karsti, un ar to pietiek, lai, tām attālinoties, starp tiem izceltos loks. Pēc tam loka katodu uztur uzkarsētā stāvoklī ar strāvu, kas iet caur loku. Galvenā loma tajā ir katoda bombardēšanai ar pozitīviem joniem, kas uz tā krīt.

Loka strāvas-sprieguma raksturlielumam, t.i., attiecības starp strāvas stiprumu lokā un spriegumu starp tās elektrodiem, ir pilnīgi unikāls raksturs. Līdz šim esam sastapušies ar divām šīs atkarības formām: metālos un elektrolītos strāva palielinās proporcionāli spriegumam (Oma likums ar gāzu pašvadītspēju, strāva vispirms palielinās, palielinoties spriegumam, un pēc tam sasniedz); piesātinājums un nav atkarīgs no sprieguma. Loka izlādes gadījumā, palielinoties strāvai, spriegums loka spailēs samazinās. Tiek uzskatīts, ka lokam ir krītoša strāvas-sprieguma raksturlielums.

Tādējādi loka izlādes gadījumā strāvas palielināšanās noved pie loka spraugas pretestības samazināšanās un sprieguma samazināšanās tajā. Tieši tāpēc, lai loka degtu vienmērīgi, ir nepieciešams virknē ar to savienot reostatu (159. att.) vai citu tā saukto balasta pretestību.

Elektriskā loka metināšanas princips ir balstīts uz elektriskās izlādes temperatūras izmantošanu, kas rodas starp metināšanas elektrodu un metāla sagatavi.

Loka izlāde veidojas gaisa spraugas elektriskās bojājuma dēļ. Kad notiek šī parādība, gāzes molekulas tiek jonizētas, palielinās tās temperatūra un elektriskā vadītspēja, un tā pāriet plazmas stāvoklī.

Metināšanas loka degšanu pavada liela daudzuma gaismas un īpaši siltumenerģijas izdalīšanās, kā rezultātā strauji paaugstinās temperatūra un notiek lokāla sagataves metāla kušana. Šī ir metināšana.

Darbības laikā, lai uzsāktu loka izlādi, apstrādājamo priekšmetu īsi pieskaras elektrods, tas ir, tiek izveidots īssavienojums, kam seko metāla kontakta pārrāvums un nepieciešamās gaisa spraugas izveidošana. Tādā veidā tas tiek atlasīts optimālais garums metināšanas loka.

Ar ļoti īsu izlādi elektrods var pielipt pie sagataves, kušana notiek pārāk intensīvi, kas var izraisīt nokarāšanos. Garu loku raksturo degšanas nestabilitāte un nepietiekami augsta temperatūra metināšanas zonā.

Rūpniecisko metināšanas iekārtu ar diezgan masīvām detaļām darbības laikā bieži var novērot metināšanas loka formas nestabilitāti un redzamu izliekumu. Šo parādību sauc par magnētisko pūšanu.

Tās būtība slēpjas faktā, ka metināšanas loka strāva rada noteiktu magnētisko lauku, kas mijiedarbojas ar magnētiskais lauks, ko rada strāva, kas plūst caur masīvu sagatavi.

Tas ir, loka novirzi izraisa magnētiskie spēki. Procesu sauc par pūšanu, jo loks tiek novirzīts, it kā vēja ietekmē.

Nav radikālu veidu, kā cīnīties ar šo parādību. Lai samazinātu magnētiskā sprādziena ietekmi, tiek izmantota metināšana ar saīsinātu loku, kā arī elektrods tiek novietots noteiktā leņķī.

Degšanas vide

Ir vairākas dažādas metināšanas tehnoloģijas, kurās tiek izmantotas elektriskās loka izlādes, kas atšķiras pēc īpašībām un parametriem. Elektriskā metināšanas lokam ir šādi veidi:

• atvērts. Izlāde notiek tieši atmosfērā;
• slēgts. Augstā temperatūra, kas rodas degšanas laikā, izraisa bagātīgu gāzu izdalīšanos no degšanas plūsmas. Flux ir ietverts metināšanas elektrodu pārklājumā;
• aizsargājošā gāzes vidē. Šajā variantā metināšanas zonai tiek piegādāta gāze, visbiežāk hēlijs, argons vai oglekļa dioksīds.

Metināšanas zonas aizsardzība ir nepieciešama, lai novērstu kūstošā metāla aktīvo oksidēšanos atmosfēras skābekļa ietekmē.

Oksīda slānis novērš vienlaidu veidošanos metināt, metāls pie krustojuma kļūst porains, kā rezultātā samazinās savienojuma stiprība un necaurlaidība.

Zināmā mērā loka pati spēj radīt mikroklimatu degšanas zonā, jo veidojas zona augsts asinsspiediens, novēršot atmosfēras gaisa plūsmu.

Plūsmas izmantošana ļauj aktīvāk izspiest gaisu no metināšanas zonas. Zem spiediena piegādāto aizsarggāzu izmantošana gandrīz pilnībā atrisina šo problēmu.

Izlādes ilgums

Papildus aizsardzības kritērijiem loka izlāde tiek klasificēta pēc ilguma. Ir procesi, kuros loka sadegšana notiek impulsa režīmā.

Šādās ierīcēs metināšana tiek veikta ar īsiem pārrāvumiem. Zibspuldzes laikā temperatūra paspēj paaugstināties līdz tādai vērtībai, kas ir pietiekama nelielas zonas lokālai izkausēšanai, kurā veidojas punktveida savienojums.

Lielākā daļa izmantoto metināšanas tehnoloģiju izmanto salīdzinoši ilgu loka degšanas laiku. Metināšanas procesā elektrods nepārtraukti pārvietojas gar savienojamajām malām.

Paaugstinātās temperatūras zona, kas rada, pārvietojas aiz elektroda. Pēc pārcelšanās metināšanas elektrods Līdz ar to loka izlāde, šķērsojamās zonas temperatūra samazinās, notiek metinājuma baseina kristalizācija un spēcīga metinājuma veidošanās.

Loka izlādes struktūra

Loka izlādes zona parasti ir sadalīta trīs daļās. Teritorijas, kas atrodas tieši blakus poliem (anodam un katodam), sauc attiecīgi par anodu un katodu.

Loka izlādes centrālo daļu, kas atrodas starp anoda un katoda apgabaliem, sauc par loka kolonnu. Temperatūra metināšanas loka zonā var sasniegt vairākus tūkstošus grādu (līdz 7000 °C).

Lai gan siltums netiek pilnībā nodots metālam, tas ir pilnīgi pietiekami, lai izkausētu. Tādējādi tērauda kušanas temperatūra salīdzinājumam ir 1300-1500 °C.

Lai nodrošinātu loka izlādes stabilu sadegšanu, tas ir nepieciešams šādiem nosacījumiem: strāvas klātbūtne aptuveni 10 ampēros (tas ir minimālā vērtība, maksimālais var sasniegt 1000 ampērus), vienlaikus saglabājot loka spriegumu no 15 līdz 40 voltiem.

Šis sprieguma kritums rodas loka izlādes gadījumā. Sprieguma sadalījums loka zonās ir nevienmērīgs. Lielākā daļa pielietotā sprieguma krituma notiek anoda un katoda zonās.

Eksperimentāli ir noskaidrots, ka pie , vislielākais sprieguma kritums ir vērojams katoda zonā. Tajā pašā loka daļā tiek novērots augstākais temperatūras gradients.

Tāpēc, izvēloties metināšanas procesa polaritāti, katods tiek savienots ar elektrodu, kad viņi vēlas sasniegt tā lielāko kušanu, palielinot tā temperatūru. Gluži pretēji, lai dziļāk iekļūtu sagatavē, tam ir piestiprināts katods. Loka kolonnā krītas mazākā sprieguma daļa.

Ražošanā metināšanas darbi nepatērējams elektrods, katoda sprieguma kritums ir mazāks nekā anoda, tas ir, augstas temperatūras zona tiek novirzīta pret anodu.

Tāpēc ar šo tehnoloģiju apstrādājamā detaļa tiek savienota ar anodu, kas nodrošina labu uzsildīšanu un nepatērējamā elektroda aizsardzību no pārmērīgas temperatūras.

Temperatūras zonas

Jāņem vērā, ka jebkura veida metināšanā gan ar patērējamo, gan nelietojamo elektrodu loka kolonnā (tās centrā) ir visaugstākā temperatūra - aptuveni 5000-7000 °C, un dažreiz arī augstāka.

Zemākās temperatūras zonas atrodas vienā no aktīvajiem reģioniem, katodā vai anodā. Šajās zonās var izdalīties 60-70% loka siltuma.

Papildus intensīvai sagataves un metināšanas elektroda temperatūras paaugstināšanai izlāde izstaro infrasarkanos un ultravioletos viļņus, kas var izraisīt slikta ietekme uz metinātāja ķermeņa. Tas rada nepieciešamību izmantot aizsardzības pasākumus.

Kas attiecas uz maiņstrāvas metināšanu, polaritātes jēdziens tur nepastāv, jo anoda un katoda stāvoklis mainās ar rūpniecisko frekvenci 50 vibrācijas sekundē.

Loka šajā procesā ir mazāk stabila salīdzinājumā ar līdzstrāvu, tā temperatūra svārstās. Metināšanas procesu, izmantojot maiņstrāvu, priekšrocības ietver vienkāršāku un lētāku aprīkojumu un pat praktiski pilnīga prombūtne tāda parādība kā magnētiskais sprādziens, kas tika minēts iepriekš.

Voltu-ampēru raksturlielumi

Grafikā parādīta strāvas avota sprieguma atkarība no metināšanas strāvas, ko sauc par metināšanas procesa strāvas-sprieguma raksturlielumiem.

Sarkanās līknes parāda sprieguma izmaiņas starp elektrodu un sagatavi metināšanas loka ierosmes un tā stabilas sadegšanas fāzēs. Līkņu sākuma punkti atbilst strāvas avota atvērtās ķēdes spriegumam.

Brīdī, kad metinātājs ierosina loka izlādi, spriegums strauji pazeminās līdz periodam, kad loka parametri stabilizējas un tiek noteikta metināšanas strāvas vērtība atkarībā no izmantotā elektroda diametra, strāvas avota jaudas un komplektācijas. loka garums.

Sākoties šim periodam, loka spriegums un temperatūra stabilizējas, un viss process kļūst stabils.