Fenomenele fizice care apar în arcul de sudură
Arcul de sudare este unul dintre tipurile de descărcări electrice stabile prin spațiul de gaze, în care se află un amestec de atomi neutri, electroni și ioni. Această descărcare este caracterizată de o densitate ridicată a curentului și de temperatură. Electrodul conectat la borna negativă a sursei se numește catod, iar electrodul conectat la borna pozitivă este anodul. Sub influența tensiunii dintre electrozi, electronii și ionii încărcați negativ se deplasează la anod și ionii încărcați pozitiv către catod. În cazul descărcării cu arc, există o distribuție inegală a câmpului electric în spațiul interelectrode, constând din trei regiuni: arcurile catodului, anodului și coloanei. Această structură se datorează faptului că coloana de arc nu poate să se învecineze direct cu metalul electrozilor, deoarece în majoritatea cazurilor punctul de fierbere al electrozilor este mult mai scăzut decât temperatura coloanei. În regiunile apropiate de electrod care leagă coloana arcului cu electrozii, temperatura și gradul de ionizare termică a gazului scad treptat. Pe suprafața electrozilor se observă frecvent pete - punctele de catod și anod, sunt observate salturi de potențial la limita cărora se află regiunile corespunzătoare ale arcului. Prin urmare, procesele de formare a particulelor încărcate și transferul de curent în aceste regiuni diferă substanțial de procesele corespunzătoare din coloană, proprietățile principale ale coloanei fiind de mică dependență de procesele din zonele catodice și anodice.
Regiunea catodică. Un rol important în conductivitatea decalajului arc este jucat de fluxul de electroni emis de catod. Acest proces este furnizat ca prin încălzirea suprafeței catodului (emisie termo-electron) și prin crearea la suprafața RE-agenții de mare intensitate de câmp (câmp de emisie). În cazul în care emisia de electroni termionică datorită încălzirii pentru a obtine o cabină de alimentare cu energie cinetică, opțional, pentru a depăși bariera potențială a limita suprafața catodului. Acest UBYX lucrare electroni valoare funcție dizolvată-caracterizare energetică, care este diferit pentru mine-taliu este la 2 la 5 V. Atunci când energia de emisie câmpului necesar pentru evacuarea electronilor din catod, potrivit unui câmp electric extern, care le scoate din influența câmpului metalului electrostatic . O anumită contribuție se face prin bombardarea catodului prin mișcarea particulelor. Electronii care au trecut bariera sunt accelerate în potențialul catodului spre coloana de arc și transfera energia cinetică în ciocniri cu atomi neutri, menține ionizare și încălzirea gazului la granița dintre regiunea arc post-Nisa și catodic. Un câmp electric extern, ionii pozitivi acumulate în zona catodului, skill-cutele de electroni funcția de lucru UBYX 1-2 V. Acest fenomen se numește efect etsya Schottky. Deoarece funcția de muncă reală electroni UBYXR și tensiunea catodică cădere UKAT au diferite semne, ob prezenta cauză, bariera de potențial pentru electroni scade randamentul, care poate fi exprimată ca; UKAT - Ubych. La dimensiuni reduse ale regiunii catodice, această valoare poate fi determinată experimental, care este considerată ca o cădere de tensiune a catodului. Lungimea lKAT a regiunii catodice a arcului electric este foarte mică și este de 10 -4 -10 -3 mm. UKAT tensiunea picătură catod în V. intervalul 5-20 Apoi gradientul căderii de tensiune (UKAT / lKAT) este de 10 4 -10 5 / mm. Studiile arată că, în regiunea catodică, fracțiunea din curentul de electroni este de aproximativ 60% din totalul curentului Id. iar densitatea curentului la catodul din oțel este aproape de 25 A / mm2.
Regiunea anodică. Anodul nu emite ioni încărcați pozitiv, deci curentul anodic se datorează transferului particulelor încărcate negativ - electronii. În acest sens, în apropierea anodului, un exces de sarcini negative, care rezultă din supra-suprafața anodului există o valoare potențială tensiune suplimentară barieră egală cu electronii UBYX funcției de muncă. Electronii nu poate scăpa de anod și datorită energiei termice, deoarece tensiunea picătură anod Uan creează bariera de netrecut pentru ei. Valoarea totală a potențialului din regiunea anodică este Uan + UBXX. Electro-HN care iese din coloana de arc de plasmă și care intră în zona anodică sunt accelerate în potențial picătură anod și obține energie-complement țional, care este suficientă pentru a ioniza atomii mov-coliziunea cu electroni. ionii hașurate sunt de asemenea accelerate, prin acțiunea căderii de tensiune anodică în coloana de arc spre plasmă și să dea în exces energia lor prin coliziuni și deionizare. Lungimea regiunii anodice este comparabilă cu calea liberă a unui electron și este de aproximativ 10-3 mm. În funcție de materialul anodului și tipul aditivilor ionizantă Uan les se află în intervalul de 2-10 V. Gradientul tensiunii de ordinul 10 4 V / mm, adică. E. Mai mică decât în regiunea catodului. Fracțiunea din curentul ionic din regiunea anodică este de aproximativ 20% din curentul total Id. iar densitatea curentului pentru electrozi din oțel în regiunea anodică este aproximativ egală cu 15 A / mm2.
Pilonul arcului. Această parte a arcului este localizată între zonele catodice și anodice și are o lungime de mai multe ordine de mărime mai mare decât dimensiunile acestor regiuni, lst = 1-40 mm. Particulele încărcate intră în coloana arcului din zonele catodice și anodice și, de asemenea, apar din cauza ionizării termice a particulelor neutre. Ultimul proces joacă un rol subordonat. Astfel, gradul de disociere în vaporii de fier la arcele de sudură nu depășește 4%, ceea ce indică o ionizare slabă a plasmei coloanei arcului. În coloană, componenta electronică a curentului este mult mai ionică. Căderea de tensiune în coloana UCT atinge 40 V, ceea ce asigură un gradient de tensiune εst = 1-4 V / mm. În acest caz, căderea de tensiune este direct proporțională cu lungimea coloanei 1ST. Densitatea curentului în coloana arcului cu electrozi de oțel atinge 20 A / mm 2.
Deoarece amploarea regiunilor apropiate de electrod este mică în comparație cu lungimea coloanei, lungimea arcului este considerată egală cu lungimea coloanei
Distribuția potențială a arcului are forma prezentată în Fig. 2.1. Din graficul de mai sus rezultă că scăderea de tensiune pe arc pentru calcule exacte poate fi scrisă după cum urmează:
Folosind datele experimentale, dependența este simplificată:
Toată energia eliberată în regiunea catodică Pkat = Id (UKAT - UBYXP), merge la catod pentru topire, evaporare și îndepărtare a căldurii. Disiparea căldurii la anod este calculată din raportul Ran = 1d (Uan + UBXX). Cunoașterea raportului dintre puterea de ieșire la catod și anod este necesară pentru a selecta polaritatea arcului la sudarea la un curent constant. Pentru majoritatea electrozilor acoperiti de rana, mai mult PkT este de 1,3-1,5 ori. Prin urmare, sudarea manuală cu arc utilizează polaritatea inversă (+ pe electrod) pentru a mări rata de topire a electrodului. Aceeași polaritate este folosită pentru sudarea mecanizată cu un electrod consumabil. Atunci când sudați electrodul tungsten non-consumabil pentru a reduce supraîncălzirea și uzura acestuia, aplicați o polaritate directă (- pe electrod).
