Scopul lucrării este familiarizarea cu principalele proprietăți electrice ale arcului DC, care determină caracteristicile sale ca element al circuitului electric și al consumatorului de energie electrică.
Pentru a elimina dependența statică a tensiunii experimental arc DC arc curent Ud = f1 (Id) (caracteristică statică tensiune-curent a arcului) la o constanta ld lungimea arcului = const (valoarea ld este setată la 2, 4 și 6 mm.).
2. INFORMAȚII TEORETICE SCURTE
Arcul electric de sudare în condițiile de sudare este o descărcare electrică puternică la starea de echilibru într-un amestec ionizat de gaze și vapori de substanțe care fac parte din atmosfera protectoare, sârmă de electrod și cea principală.
Figura 1 prezintă o reprezentare schematică a arcului electric și a zonelor de-a lungul axei sale. Dreapta: circuit echivalent echivalent bazat pe trei rezistențe active conectate în serie.
O caracteristică comună a gazelor este aceea că în condiții normale nu sunt conductori ai unui curent electric. Cu toate acestea, în condiții favorabile (temperatură ridicată și prezența unui câmp electric extern de înaltă tensiune), gazele pot fi ionizate, adică atomii sau moleculele lor pot elibera sau, pentru elementele electronegative, dimpotrivă, captarea electronilor, transformându-se în ioni pozitivi sau negativi, respectiv. Datorită acestor modificări, gazele trec în a patra stare de materie numită plasmă. Este evident că plasma este conductivă electrică. Sub influența tensiunii sursei de energie, electronii se deplasează la anod și ionii încărcați pozitiv către catod. Mobilitatea electronilor într-un câmp electric este de 3 ordine de mărime mai mare decât ionii, iar curentul din arc este predominant electronic. Proprietățile electrice determinate procesele de arc trei zone caracteristice - coloanei, precum și regiunile de electrozi cu arc electric (catod și anod), care sunt situate între coloana de arc pe de o parte și de electrod și piesa de prelucrat pe de altă parte.
Pentru a menține arcul de plasmă curentului de sudare este suficientă pentru a asigura de la 10 la 1000 amperi și atașați între electrod și tensiunea electrică de ordinul a 15 - 40 de volți. În acest caz, căderea de tensiune pe arc nu depășește câțiva volți. Restul tensiunii cade pe zonele catodice și anodice ale arcului. Lungimea coloanei arcului în medie de până la 10 mm, iar lungimea regiunilor electrod este mult mai mică (aproximativ 10 -4 mm pentru regiunea catod, care este comparabil cu drumul liber unui electron, și 10 -3 mm pentru anod, care este aproximativ egală cu ionul cale liberă) și un gradient de potențial foarte mare (până la 10 4 V / mm pentru regiunea catodică și până la 10 3 V / mm pentru anodul 1). Sa stabilit experimental că în picătură caz de sudură tensiune regiune catod (Ukat) depășește o cădere de tensiune în regiunea anodului (Uan): 12 - 20 V și 2 - 8, respectiv.
Fig. 1. Structura arcului electric și distribuția potențialului de-a lungul lungimii sale.
Regiunile catodice și anodice ale arcului sunt interfațate cu suprafețele electrozilor prin așa numitele pete active prin care trece curentul de arc. Uneori, locul activ al catodului este împărțit în 2 până la 3 locuri separate. Densitatea curentului în loc catodic activ estimat între 1 x 10 - 3 x 10 2 A / mm2, care este puțin mai mare decât în locul anodic activ, 1,5 x 10 - 3 · 10 A / mm 2. Aceasta se reflectă în zonele active ale pete. Așadar, aria locului activ al anodului depășește, de obicei, zona spotului catodic. Densitățile de curent în locurile active practic nu se schimbă atunci când curentul arc se schimbă (curentul de sudare); își schimbă zona, care crește odată cu creșterea curentului de sudare. Ambele pete active tind să se deplaseze aleatoriu peste suprafața electrozilor, deși pata anodică este mai stabilă.
Trecerea curentului prin aceste zone ale arcului este însoțită de fluxul de reacții electronice și chimice complexe, rezultatul căruia este eliberarea unei cantități mari de căldură și lumină. Modificările curentului de sudură determină modificări adecvate în zona petelor active: cu cât este mai mare curentul, cu atât mai mare este suprafața petelor active și, prin urmare, cu cât este mai mare eliberarea de căldură în aceste zone. Acest fenomen este utilizat în sudarea cu arc electric pentru a controla procesul de topire a metalului de bază și a electrodului, inclusiv controlul dimensiunii picăturilor metalului electrod topit, i. E. controlul transferului de metal
(GI Leskov, Arcul electric de sudare, Inginerie mecanică, 1970).
3. Voltaj-ampar static caracteristic arcului (VAC).
Caracteristica curentului de tensiune este dependența de căderea de tensiune pe arc pe curentul său (figura 2).
Este construit din datele experimentale cu o schimbare de curent netedă și menținerea condițiilor fizice neschimbate pentru arderea sa (diametrul electrodului, lungimea arcului etc.).
Fig.2. Volt-ampere caracteristică arcului și a zonelor sale individuale.
VAC-ul arcului are o formă neliniară, adică rezistența sa activă nu este constantă, dar variază în funcție de variația curentului. În cazul arcurilor cu putere redusă (secțiunea descendentă a caracteristicilor de tensiune curentă ale unui arc) cu curent în creștere, datorită ionizării termice în curs de dezvoltare și emisiei de electroni de la catod, suprafața secțiunii transversale a arcului crește cu o viteză mai mare decât
Este construit din datele experimentale cu o schimbare de curent netedă și menținerea condițiilor fizice neschimbate pentru arderea sa (diametrul electrodului, lungimea arcului etc.).
VAC-ul arcului are o formă neliniară, adică rezistența sa activă nu este constantă, dar variază în funcție de variația curentului. În arce de mică adâncime (porțiunea de incident arce CVC) cu creșterea curentului prin ionizare termică în curs de dezvoltare și emisia de electroni de la catod, arcul transversali crește suprafață mai rapid decât densitatea de curent în aceasta, ceea ce duce la o reducere scăderea generală tensiunii arcului. Un astfel de incident caracteristic arcului poate fi observat la sudarea cu un electrod non-consumabil.
În zona 2, cu creșterea curentului, tensiunea pe arc rămâne practic neschimbată. În consecință, densitatea curentului rămâne aproximativ constantă, astfel încât tensiunea arcului se modifică nesemnificativ. Creșterea părții arcului CVC se observă la acest curent, atunci când extinderea petelor active, iar coloana de arc este deja dificil, iar densitatea de curent în aceste domenii începe să crească, cu o creștere corespunzătoare a căderii de tensiune pe ele, și cu ei, și tensiunea arcului. Această secțiune de arc a arcului corespunde condițiilor de sudură MIG / MAG. Un arc a cărui rază de polar depinde de puterea curentului se numește expandare liberă, iar un arc cu o rază constantă se numește comprimat cel puțin într-o singură secțiune.
Lungimea arcului (adică rezistența sa electrică) exercită o puternică influență asupra formei și mai ales asupra poziției VAC a arcului. Cu lungimea arcului în creștere, caracteristica lui I-V este deplasată în sus.
O investigație experimentală a caracteristicilor I-V ale unui arc constă în stabilirea dependenței
Fig. 3. Schema de instalare pentru determinarea experimentală a caracteristicilor curentului de tensiune ale arcului.
Rezultatele măsurătorilor sunt înregistrate în tabelul 1.
Lungimea discontinuă a arcului Lp este lungimea maximă a arcului pentru condițiile de sudare date, pe care se poate întinde fără riscul ruperii.
Figura 4. Schema de investigare a lungimii de rupere a unui arc de sudură.
Ordinea lucrării.
Prin deplasarea clemei 3, plasați capătul electrodului la o distanță de 2 mm față de suprafața plăcii de oțel 4.
Conectați tensiunea la electrozi. Excitizați arcul dintre electrod și placa de oțel, scurtcircuitând distanța între ele cu un electrod carbonat ascuțit. După arderea electrodului la o pauză naturală, opriți tensiunea.
După oprirea tensiunii de la electrozi, măsurați distanța dintre fața de capăt a electrodului și metalul de sudură. În prezența zgurii, trebuie îndepărtat. Experimentele sunt efectuate conform tabelului 3.
Tabelul 3 - Dependența lungimii arcului discontinuu la rezistența curentului de scurtcircuit pentru diferiții electrozi atunci când se sugerează la un curent constant al polarității inverse