Электрическая дуга, свойства, температура. Защита от электрической дуги

Привет всем посетителям моего блога. Тема сегодняшней статьи электрическая дуга и защита от электрической дуги. Тема не случайная, пишу из больницы имени Склифосовского. Догадываетесь почему?

Что такое электрическая дуга

Это один из видов электрического разряда в газе (физическое явление). Также ее называют – Дуговой разряд или Вольтова дуга. Состоит из ионизированного, электрически квазинейтрального газа (плазмы).

Может возникнуть между двумя электродами при увеличении напряжения между ними, либо приближении друг к другу.

Вкратце о свойствах: температура электрической дуги, от 2500 до 7000 °С. Не маленькая температура, однако. Взаимодействие металлов с плазмой, приводит к нагреву, окислению, расплавлению, испарению и другим видам коррозии. Сопровождается световым излучением, взрывной и ударной волной, сверхвысокой температурой, возгоранием, выделением озона и углекислого газа.

В интернете есть немало информации о том, что такое электрическая дуга, каковы ее свойства, если интересно подробнее, посмотрите. Например, в ru.wikipedia.org.

Теперь о моем несчастном случае. Трудно поверить, но 2 дня назад я напрямую столкнулся с этим явлением, причем неудачно. Дело было так: 21 ноября, на работе, мне было поручено сделать разводку светильников в распаечной коробке, после чего подключить их в сеть. С разводкой проблем не возникло, а вот когда полез в щит, возникли некоторые трудности. Жаль андройд свой дома забыл, не сделал фото электрощита, а то было бы более ясно. Возможно сделаю еще, как выйду на работу. Итак, щит был очень старый — 3 фазы, нулевая шина (она же заземление), 6 автоматов и пакетный выключатель (вроде все просто), состояние изначально не вызывало доверия. Долго боролся с нулевой шиной, так как все болты были ржавые, после чего без труда посадил фазу на автомат. Все хорошо, проверил светильники, работают.

После, вернулся к щиту, чтобы аккуратно уложить провода,  закрыть его. Хочу заметить, электрощит находился на высоте ~2 метра, в узком проходе и чтобы добраться до него, использовал стремянку (лестницу). Укладывая провода,  обнаружил искрения на контактах других автоматов, что вызывало моргание ламп. Соответственно я протянул все контакты и продолжил осмотр остальных проводов (чтобы 1 раз сделать и не возвращаться больше к этому). Обнаружив, что один контакт на пакетнике имеет высокую температуру, решил протянуть его тоже. Взял отвертку, прислонил к винту, повернул, бах! Раздался взрыв, вспышка, меня отбросило назад, ударившись об стену, я упал на пол, ничего не видно (ослепило), щит не переставал взрываться и гудеть. Почему не сработала защита мне не известно. Чувствуя на себе падающие искры я осознал, что надо выбираться. Выбирался на ощупь, ползком. Выбравшись из этого узкого прохода, начал звать напарника. Уже на тот момент я почувствовал, что с моей правой рукой (ей я держал отвертку) что-то не так, ужасная боль ощущалась.

Вместе с напарником мы решили, что нужно бежать в медпункт. Что было дальше, думаю не стоит рассказывать, всего обкололи и в больницу. Никогда походу не забуду этот ужасный звук долгого короткого замыкания – зуд с жужжанием.

Сейчас лежу в больнице, на коленке у меня ссадина, врачи думают, что меня било током, это выход, поэтому наблюдают за сердцем. Я же считаю, что током меня не било, а ожег на руке, был нанесен электрической дугой, которая возникла при замыкании.

Что там случилось, почему произошло замыкание мне пока не известно, думаю, при повороте винта, сдвинулся сам контакт и произошло замыкание фаза-фаза, либо сзади пакетного выключателя находился оголенный провод и при приближении винта возникла электрическая дуга. Узнаю позже, если разберутся.

Блин, сходил на перевязку, так руку замотали, что пишу одной левой теперь )))

Фото без бинтов делать не стал, очень не приятное зрелище. Не хочу пугать начинающих электриков….

Итак, идем дальше:

 

Защита от электрической дуги

Какие бывают меры защиты от электрической дуги, что могло меня защитить? Проанализировав интернет, увидел, что самым популярным средством защиты людей в электроустановках от электрической дуги является термостойкий костюм. В северной Америке большой популярностью пользуются специальные автоматы фирмы Siemens, которые защищают как от электрической дуги, так и от максимального тока. В России, на данный момент, подобные автоматы используются только на высоковольтных подстанциях. В моем случае мне бы хватило диэлектрической перчатки, но сами подумайте, как в них подключать светильники? Это очень неудобно. Также рекомендую использовать защитные очки, чтобы защитить глаза.

В электроустановках борьба с электрической дугой осуществляется с помощью вакуумных и масляных выключателей, а также при помощи электромагнитных катушек совместно с дугогасительными камерами.

Это все? Нет! Самым надежным способом обезопасить себя от электрической дуги, на мой взгляд, являются работы со снятием напряжения. Не знаю как вы, а я под напряжением работать больше не буду…

Сегодня без анекдотов и новостей. Рекомендую прочитать статью средства защиты в электроустановках, все они созданы для нашей с вами защиты. Но от несчастного случая никто не застрахован, берегите себя.

 

Полезные записи:

 

На этом моя статья электрическая дуга и защита от электрической дуги заканчивается. Есть что дополнить? Оставь комментарий.

elektrobiz.ru

Температура – электрическая дуга – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Температура – электрическая дуга

Cтраница 1

Температура электрической дуги достигает 4000 С, а воздух в зоне сварщика нагревается на 4 – 10 выше по сравнению с температурой вне сварочной кабины.  [1]

Температура электрической дуги зависит от материала электродов: при угольных электродах на катоде она составляет около 3200 С; на аноде – около 3900 С; при металлических электродах соответственно 2400 и 2600 С. В центре дуги по ее оси, температура достигает 6000 – 7000 С.  [2]

Температура электрической дуги ( средняя) достигает 4 000 С, и воздух в рабочей зоне сварщика при недостаточной эффективной вентиляции нагревается на 6 – 10 С выше по сравнению с воздухом вне сварочной кабины, что может привести при длительной работе в таких условиях к перегреву организма сварщика.  [3]

Температура электрической дуги зависит от материала электродов; при угольных электродах она составляет на катоде около 3200 С, на аноде – около 3900 С; при металлических электродах – соответственно 2400 и 2600 С. В центре дуги, по ее оси, температура достигает 6000 – 7000 С.  [4]

Температура электрической дуги зависит от материала электродов: при угольных электродах на катоде она составляет около 3200 С; на аноде – около 3900 С; при металлических электродах соответственно 2400 и 2600 С. В центре дуги по ее оси, температура достигает 6000 – 7000 С.  [5]

Температура электрической дуги зависит от материала электродов.  [7]

Температура электрической дуги составляет несколько тысяч градусов, и проводимость дуги обусловлена наличием свободных электронов и ионов.  [8]

При температуре электрической дуги масло полностью разлагается на углерод и простые газы.  [9]

При температуре электрической дуги углерод с азотом образуют дициан C2N2 – бесцветный, ядовитый газ, раздражающий дыхательные пути.  [10]

При температуре электрической дуги углерод может непосредственно соединяться с азотом. Называется это соединение ц и а н, или синерод. Это бесцветный ядовитый газ, по свойствам сходный с галогенами.  [11]

При температуре электрической дуги углерод с азотом образуют дициан C2N2 – бесцветный, ядовитый газ, раздражающий дыхательные пути.  [12]

Образуется при температуре электрической дуги.  [13]

При более высокой температуре ( температура электрической дуги) образуется преимущественно ацетилен, хотя и в этом случае получается небольшое количество метана. Температуру, при которой происходит образование метана соединением углерода и водорода, оказалось возможным значительно понизить, применяя катализаторы: в данном случае, катализатором служит свеже-восстановленный, мелкораздробленный никель.  [14]

На практике процесс ведут при температуре электрической дуги, около 2000 С. Газовую смесь, находящуюся при этой температ уре, быстро охлаждают, причем такой процесс охлаждения, называемый закалкой, проводят настолько быстро, что на обратную реакцию в ответ на изменение условий не остается времени.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Температура сварочной дуги в разных зонах горения, ее длина и условия возбуждения

Принцип электродуговой сварки основан на использовании температуры электрического разряда, возникающего между сварочным электродом и металлической заготовкой.

Дуговой разряд образуется вследствие электрического пробоя воздушного промежутка. При возникновении этого явления происходит ионизация молекул газа, повышение его температуры и электропроводности, переход в состояние плазмы.

Горение сварочной дуги сопровождается выделением большого количества световой и особенно тепловой энергии, вследствие чего резко повышается температура, и происходит локальное плавление металла заготовки. Это и есть сварка.

Основные свойства дугового разряда

В процессе работы, для того, чтобы возбудить дуговой разряд, производится кратковременное касание заготовки электродом, то есть, создание короткого замыкания с последующим разрывом металлического контакта и установлением требуемого воздушного зазора. Таким способом выбирается оптимальная длина сварочной дуги.

При очень коротком разряде электрод может прилипать к заготовке, плавление происходит чересчур интенсивно, что может привести к образованию наплывов. Длинная дуга отличается неустойчивостью горения и недостаточно высокой температурой в зоне сварки.

Неустойчивость и видимое искривление формы сварочной дуги часто можно наблюдать при работе промышленных сварочных агрегатов с достаточно массивными деталями. Это явление называется магнитным дутьем.

Суть его заключается в том, что сварочный ток дуги создает некоторое магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем, создаваемым током, протекающим через массивную заготовку.

То есть, отклонение дуги вызывается магнитными силами. Дутьем процесс назван потому, что дуга отклоняется, как будто под воздействием ветра.

Радикальных способов борьбы с этим явлением нет. Для уменьшения влияния магнитного дутья применяют сварку укороченной дугой, а также располагают электрод под определенным углом.

Среда горения

Существует несколько различных сварочных технологий, использующих электродуговые разряды, отличающиеся свойствами и параметрами. Электрическая сварочная дуга имеет следующие разновидности:

• открытая. Горение разряда происходит непосредственно в атмосфере;
• закрытая. Образующаяся при горении высокая температура вызывает обильное выделение газов от сгорающего флюса. Флюс содержится в обмазке сварочных электродов;
• в среде защитных газов. В этом варианте, в зону сварки подается газ, чаще всего, это гелий, аргон или углекислый газ.

Защита зоны сварки необходима для предотвращения активного окисления плавящегося металла под воздействием кислорода воздуха.

Слой окисла препятствует образованию сплошного сварного шва, металл в месте соединения приобретает пористость, в результате чего снижается прочность и герметичность стыка.

В какой-то мере дуга сама способна создавать микроклимат в зоне горения за счет образования области повышенного давления, препятствующего притоку атмосферного воздуха.

Применение флюса позволяет более активно выдавливать воздух из зоны сварки. Использование среды защитных газов, подаваемых под давлением, решает эту задачу практически полностью.

Продолжительность разряда

Кроме критериев защищенности, дуговой разряд классифицируется по продолжительности. Существуют процессы, в которых горение дуги происходит в импульсном режиме.

В таких устройствах сварка осуществляется короткими вспышками. За время вспышки, температура успевает возрасти до величины, достаточной для локального расплавления небольшой зоны, в которой образуется точечное соединение.

Большинство же применяемых сварочных технологий использует относительно продолжительное по времени горение дуги. В течение сварочного процесса происходит постоянное перемещение электрода вдоль соединяемых кромок.

Область повышенной температуры, создающая сварочную ванну, перемещается вслед за электродом. После перемещения сварочного электрода, следовательно, и дугового разряда, температура пройденного участка снижается, происходит кристаллизация сварочной ванны и образование прочного сварного шва.

Структура дугового разряда

Область дугового разряда условно принято делить на три участка. Участки, непосредственно прилегающие к полюсам (аноду и катоду), называют соответственно, анодным и катодным.

Центральную часть дугового разряда, расположенную между анодной и катодной областями, называют столбом дуги. Температура в зоне сварочной дуги может достигать нескольких тысяч градусов (до 7000 °C).

Хотя тепло не полностью передается металлу, его вполне хватает для расплавления. Так, температура плавления стали для сравнения составляет 1300-1500 °C.

Для обеспечения устойчивого горения дугового разряда необходимы следующие условия: наличие тока порядка 10 Ампер (это минимальное значение, максимум может достигать 1000 Ампер), при поддержании напряжения дуги от 15 до 40 Вольт.

Падение этого напряжения происходит в дуговом разряде. Распределение напряжения по зонам дуги происходит неравномерно. Падение большей части приложенного напряжения происходит в анодной и катодной зонах.

Экспериментальным путем установлено, что при сварке плавящимся электродом, наибольшее падение напряжения наблюдается в катодной зоне. В этой же части дуги наблюдается наиболее высокий градиент температуры.

Поэтому, при выборе полярности сварочного процесса, катод соединяют с электродом, когда хотят добиться наибольшего его плавления, повысив его температуру. Наоборот, для более глубокого провара заготовки, катод присоединяют к ней. В столбе дуги падает наименьшая часть напряжения.

При производстве сварочных работ неплавящимся электродом, катодное падение напряжения меньше анодного, то есть, зона повышенной температуры смещена к аноду.

Поэтому, при этой технологии, заготовка подключается к аноду, чем обеспечивается хороший ее прогрев и защита неплавящегося электрода от излишней температуры.

Температурные зоны

Следует заметить, что при любом виде сварки, как плавящимся, так и неплавящимся электродом, столб дуги (его центр) имеет самую высокую температуру – порядка 5000-7000 °C, а иногда и выше.

Зоны наиболее низкой температуры располагаются в одной из активных областей, катодной или анодной. В этих зонах может выделяться 60-70% тепла дуги.

Кроме интенсивного повышения температуры заготовки и сварочного электрода, разряд излучает инфракрасные и ультрафиолетовые волны, способные оказывать вредное влияние на организм сварщика. Это обусловливает необходимость применения защитных мер.

Что касается сварки переменным током, понятие полярности там не существует, так как положение анода и катода изменяется с промышленной частотой 50 колебаний в секунду.

Дуга в этом процессе обладает меньшей устойчивостью по сравнению с постоянным током, ее температура скачет. К преимуществам сварочных процессов на переменном токе, можно отнести только более простое и дешевое оборудование, да еще практически полное отсутствие такого явления, как магнитное дутье, о котором сказано выше.

Вольт-амперная характеристика

На графике представлены кривые зависимости напряжения источника питания от величины сварочного тока, называемые вольт–амперными характеристиками сварочного процесса.

Кривые красного цвета отображают изменение напряжения между электродом и заготовкой в фазах возбуждения сварочной дуги и устойчивого ее горения. Начальные точки кривых соответствуют напряжению холостого хода источника питания.

В момент возбуждения сварщиком дугового разряда, напряжение резко снижается вплоть до того периода, когда параметры дуги стабилизируются, устанавливается значение тока сварки, зависящее от диаметра применяемого электрода, мощности источника питания и установленной длины дуги.

С наступлением этого периода, напряжение и температура дуги стабилизируются, и весь процесс приобретает устойчивый характер.

svaring.com

свойства. Защита от воздействия электрической дуги :: SYL.ru

Электрическая дуга может быть крайне разрушительной для оборудования и, что более важно, представлять опасность для людей. Тревожное количество вызванных ею несчастных случаев происходит ежегодно, часто приводя к серьезным ожогам или смерти. К счастью, в электротехнической промышленности достигнут значительный прогресс в части создания средств и методов защиты от воздействия дуги.

Причины и места возникновения

Электрическая дуга является одной из самых смертоносных и наименее изученных опасностей электроэнергии и преобладает в большинстве отраслей промышленности. Широко признается, что чем выше напряжение электрической системы, тем больше риск для людей, работающих на территории или вблизи проводов и оборудования, находящихся под напряжением.

Тепловая энергия от вспышки дуги, однако, может на самом деле быть больше и возникать чаще при более низких напряжениях с теми же разрушительными последствиями.

Возникновение электрической дуги, как правило, происходит при случайном контакте между токоведущим проводником, таким как контактный провод троллейбусной или трамвайной линии с другим проводником, или заземленной поверхностью. Когда это происходит, возникающий ток короткого замыкания плавит провода, ионизирует воздух и создает огненный канал проводящей плазмы характерной дугообразной формы (отсюда и название), причем температура электрической дуги в ее сердцевине может достигать свыше 20000 °С.

Что же такое электрическая дуга?

По сути, так в обиходе именуют хорошо известный в физике и электротехнике дуговой разряд – вид самостоятельного электроразряда в газе. Каковы же физические свойства электрической дуги? Она горит в широком диапазоне давления газа, при постоянном или переменном (до 1000 Гц) напряжении между электродами в диапазоне от нескольких вольт (сварочная дуга) до десятков киловольт. Максимальная плотность тока дуги наблюдается на катоде (10²-10⁸ А/см²), где она стягивается в катодное пятно, очень яркое и малое по размерам. Оно беспорядочно и непрерывно перемещается по всей площади электрода. Температура его такова, что материал катода в нем кипит. Поэтому возникают идеальные условия для термоэлектронной эмиссии электронов в прикатодное пространство. Над ним образуется небольшой слой, заряженный положительно и обеспечивающий ускорение эмитируемых электронов до скоростей, при которых они ударно ионизируют атомы и молекулы среды в межэлектродном промежутке.

Такое же пятно, но несколько большее и малоподвижное, формируется и на аноде. Температура в нем близкая к катодному пятну.

Если ток дуги порядка нескольких десятков ампер, то из обоих электродов вытекают с большой скоростью нормально к их поверхностям плазменные струи или факелы (см. на фото ниже).

При больших токах (100-300 А) возникают добавочные плазменные струи, и дуга становится похожей на пучок плазменных нитей (см. на фото ниже).

Как проявляет себя дуга в электрооборудовании

Как было сказано выше, катализатором ее возникновения является сильное тепловыделение в катодном пятне. Температура электрической дуги, как уже упоминалось, может достигать 20 000 °С, примерно в четыре раза выше, чем на поверхности солнца. Этот зной может быстро расплавить или даже испарить медь проводников, которая имеет температуру плавления около 1084 °С, намного ниже, чем в дуге. Поэтому в ней часто образуются пары меди и брызги расплавленного металла. Когда медь переходит из твердого состояния в пар, она расширяется в несколько десятков тысяч раз от своего первоначального объема. Это эквивалентно тому, что кусочек меди в один кубический сантиметр изменится до размера 0,1 кубометра в доли секунды. При этом возникнет давление высокой интенсивности и звуковые волны, распространяющиеся вокруг с большой скоростью (которая может быть свыше 1100 км в час).

Воздействие электрической дуги

Тяжелые травмы, и даже со смертельным исходом, при ее возникновении могут получить не только лица, работающие на электрооборудования, но и люди, находящиеся поблизости. Дуговые травмы могут включать в себя внешние ожоги кожи, внутренние ожоги от вдыхания горячих газов и испаренного металла, повреждения слуха, зрения, такие как слепота от ультрафиолетового света вспышки, а также многие другие разрушительные повреждения.

При особо мощной дуге может также произойти такое явление, как ее взрыв, создающий давление более 100 килопаскалей (кПа) с выбросом частиц мусора, подобных шрапнели, со скоростью до 300 метров в секунду.

Лица, перенесшие воздействия электрического тока электрической дуги, могут нуждаться в серьезном лечения и реабилитации, а цена их травм может быть экстремальной – физически, эмоционально и финансово. Хотя законодательство требует от предприятий проведения оценки рисков для всех видов трудовой деятельности, однако риск поражения электрической дугой часто упускается из виду, потому что большинство людей не знают, как оценивать и эффективно управлять этой опасностью. Защита от воздействия электрической дуги предполагает использование целого комплекса средств, включая применение при работе с электрооборудованием, находящимся под напряжением, специальных электрозащитных средств, спецодежды, а также самого оборудования, прежде всего высоко- низковольтных коммутационных электроаппаратов, сконструированных с применением средств гашения дуги.

Дуга в электрических аппаратах

В этом классе электротехнических устройств (автоматические выключатели, контакторы, магнитные пускатели) борьба с данным явлением имеет особое значение. Когда контакты выключателя, не оборудованного специальными устройствами для предотвращения дуги, размыкаются, то она обязательно зажигается между ними.

В момент, когда контакты начинают отделяться, площадь последних уменьшается быстро, что приводит к увеличению плотности тока и, следовательно, к повышению температуры. Выделяемого тепла в промежутке между контактами (обычная среда масло или воздух) достаточно для ионизации воздуха или испарения и ионизации масла. Ионизированный воздух или пар действует как проводник для тока дуги между контактами. Разность потенциалов между ними весьма мала, но ее достаточно для поддержания дуги. Следовательно, ток в цепи остается непрерывным тех пор, пока дуга не устранена. Она не только задерживает процесс прерывания тока, но также генерирует огромное количество теплоты, которое может привести к повреждению самого выключателя. Таким образом, главная проблема в выключателе (прежде всего высоковольтном) – это гашение электрической дуги в кратчайшие сроки для того, чтобы выделяемое в ней тепло не могло достичь опасного значения.

Факторы поддержания дуги между контактами выключателей

К ним относятся:

1. Напряжение электрической дуги, равное разности потенциалов между контактами.

2. Ионизированные частицы между ними.

Принимая это, отметим дополнительно:

• Когда между контактами имеется небольшой промежуток, даже небольшой разности потенциалов достаточно для поддержания дуги. Одним из способов ее гашения является разделение контактов на такое расстояние, что разность потенциалов становится недостаточной для поддержания дуги. Тем не менее этот метод является практически неосуществимым в высоковольтном оборудовании, где может потребоваться разделение на многие метры.
• Ионизированные частицы между контактами, как правило, поддерживают дугу. Если ее путь деионизирован, то процесс гашения будет облегчен. Это может быть достигнуто путем охлаждения дуги или удаления ионизированного частиц из пространства между контактами.
• Есть два способа, посредством которых осуществляется защита от электрической дуги в выключателях:

– метод высокого сопротивления;

– метод нулевого тока.

Гашение дуги увеличением ее сопротивления

В этом методе сопротивление на пути дуги растет с течением времени так, что ток уменьшается до значения, недостаточного для ее поддержания. Следовательно, он прерывается, и электрическая дуга гаснет. Основной недостаток этого метода состоит в том, что время гашения достаточно велико, и в дуге успевает рассеиваться огромная энергия.

Сопротивление дуги может быть увеличена путем:

• Удлинения дуги – сопротивление дуги прямо пропорциональна ее длине. Длина дуги может быть увеличена за счет изменения зазора между контактами.
• Охлаждением дуги, точнее среды между контактами. Эффективное охлаждение обдувом должно быть направлено вдоль дуги.
• Помещением контактов в трудноионизируемую газовую среду (газовые выключатели) или в вакуумную камеру (вакуумные выключатели).
• Снижением поперечного сечения дуги путем ее пропускания через узкое отверстие, или снижением площади контактов.
• Разделением дуги – ее сопротивление может быть увеличено путем разделения на ряд небольших дуг, соединенных последовательно. Каждая из них испытывает действие удлинения и охлаждения. Дуга может быть разделена путем введения некоторых проводящих пластин между контактами.

Гашение дуги методом нулевого тока

Этот метод используется только в цепях переменного тока. В нем сопротивление дуги сохраняется низким, пока ток не снижается до нуля, где она гаснет естественным путем. Ее повторное зажигание предотвращается несмотря на увеличение напряжения на контактах. Все современные выключатели больших переменных токов используют этот метод гашения дуги.

В системе переменного тока последний падает до нуля после каждого полупериода. В каждое такое обнуление дуга гаснет на короткое время. При этом среда между контактами содержит ионы и электроны, так что ее диэлектрическая прочность небольшая и может быть легко разрушена растущим напряжением на контактах.

Если это происходит, электрическая дуга будет гореть в течение следующего полупериода тока. Если сразу же после его обнуления диэлектрическая прочность среды между контактами растет быстрее, чем напряжение на них, то дуга не зажжется и ток будет прерван. Быстрое увеличение диэлектрической прочности среды вблизи нуля тока может быть достигнуто путем:

• рекомбинации ионизированных частиц в пространстве между контактами в нейтральные молекулы;
• удалением ионизированных частиц прочь и заменой их нейтральными частицами.

Таким образом, реальной проблемой в прерывании переменного тока дуги является быстрая деионизация среды между контактами, как только ток становится равным нулю.

Способы деионизация среды между контактами

1. Удлинение зазора: диэлектрическая прочность среды пропорциональна длине зазора между контактами. Таким образом, при быстром размыкании контактов может быть достигнута и более высокая диэлектрическая прочность среды.

2. Высокое давление. Если оно в непосредственной близости от дуги, увеличивается, плотность частиц, составляющих канал дугового разряда, также растет. Повышенная плотность частиц приводит к высокому уровню их деионизации и, следовательно, диэлектрическая прочность среды между контактами увеличивается.

3. Охлаждения. Естественная рекомбинация ионизированных частиц происходит быстрее, если они остывают. Таким образом, диэлектрическая прочность среды между контактами может быть увеличена путем охлаждения дуги.

4. Эффект взрыва. Если ионизированные частицы между контактами сметены прочь и заменены неионизированными, то диэлектрическая прочность среды может быть увеличена. Это может быть достигнуто с помощью газового взрыва, направленного в зону разряда, или впрыскиванием масла в межконтактное пространство.

В таких выключателях в качестве среды гашения дуги используется газ гексафторид серы (SF6). Он имеет сильную тенденцию поглощать свободные электроны. Контакты выключателя открываются в потоке высокого давления SF6) между ними (см. рисунок ниже). Газ захватывает свободные электроны в дуге и формирует избыток малоподвижных отрицательных ионов. Число электронов в дуге быстро сокращается, и она гаснет.

www.syl.ru

Высокая температура – электрическая дуга

Высокая температура – электрическая дуга

Cтраница 1

Высокая температура электрической дуги исключает начальный разогрев материала, что является особенно ценным при резке деталей с небольшой протяженностью линии реза.  [2]

Высокая температура электрической дуги и большая концентрация теплоты, выделяемой ею, позволяют почти мгновенно расплавлять небольшие объемы металлов изделия и электрода.  [4]

Высокая температура электрической дуги, возникающей между расходящимися контактами выключателя, ведет к тому, что масло, окружающее дугу, разлагается, превращаясь в газы. Газы выходят из бака и смешиваются с воздухом распределительного устройства. При некоторых определенных соотношениях объемов этих газов с воздухом создаются смеси, взрывающиеся при высокой температуре. Но при более благоприятных условиях эти газы могут вызывать электрический разряд между частями, находящимися под напряжением.  [5]

Высокая температура электрической дуги позволяет наносить покрытия из тугоплавких металлов.  [7]

Высокая температура электрической дуги способствует поглощению из окружающего воздуха не только кислорода, но и азота, причем в значительно большей степени, чем при газовой сварке. При наличии в наплавленном металле азота в виде нитридов Fe4N и Fe2N он становится более жестким и хрупким, чем при газовой сварке ацети-лено-кислородным пламенем.  [8]

Высокая температура электрической дуги разлагает масло п вызывает образование газового пузыря, давление в котором возрастает. В газовом пузыре имеется до 70 % водорода, обладающего теплопроводностью, в 7 раз превышающей теплопроводность масла. Благодаря этому свойству водорода электрическая дута лучше.  [9]

Высокая температура электрической дуги способствует осуществлению реакции диссоциации газов, находящихся в воздухе. Так, атмосферный азот и кислород, попадая в столб дуги, нагреваются и частично диссоциируют, а диссоциируемый азот может окисляться.  [10]

Под действием высокой температуры электрической дуги, образуемой при – размыкании контактов выключателя, органическое стекло выделяет газы, образующие под давлением интенсивный поток, который гасит дугу. Если выключатели нагрузки снабжены пристроенными к ним высоковольтными кварцевыми предохранителями, то они служат и для защиты от токов к. В типовом обозначении наличие предохранителей указывается буквой П; например, выключатель нагрузки типа ВН-16 не имеет предохранителей, а типа ВНП-16 снабжен предохранителями.  [12]

Под действием высокой температуры электрической дуги, образующейся во время процесса отключения, органическое стекло разлагается с выделением газов. Потоки этих газов, направленные на дуговой промежуток, гасят дугу.  [13]

Описанный способ из-за высокой температуры электрической дуги не может распространяться на получение коллоидных систем в органических жидкостях, так как последние обугливаются. Сведберг ( 1905), применяя колеблющийся – искровой разряд, т.е. пользуясь переменным током очень высокой частоты, достиг такого понижения температуры дуги, что даже в низкокипящих и легко разлагающихся органических жидкостях, как например в эфире, можно получить золи щелочных и щелочноземельных металлов.  [14]

Процесс плавления металла проволоки отличается высокой температурой электрической дуги, цикличностью и кратковременностью явлений, протекающих в очаге плавления.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Температура электрической дуги – Справочник химика 21

    В условиях высоких температур электрической дуги происходит [c.90]

    При температуре электрической дуги углерод соединяется с водородом, образуя метан  [c.217]

    Если для образования S2 требуется нагревание примерно до 800°С, то для получения соединения углерода с азотом 2N2— дициана необходима еще более высокая температура (электрическая дуга). Дициан удобнее получать по реакциям  [c.363]

    Весьма удобен для обнаружения элементов атомный эмиссионный спектральный анализ. Принцип метода основан на том, что атомам каждого элемента присущ определенный и характерный для данного элемента набор энергетических уровней внешних электронов. При температуре электрической дуги или искры электронам сообщается энергия и они переходят на более высокие энергетические уровни. Возвращение на нижележащие уровни связано с испусканием кванта света (фотона), энергия и длина волны >1 которого зависят от разности энергий уровней — 1  [c.13]

    НОЙ диссоциации бензола. Очевидно, если энергия света способна разорвать бензольное кольцо, то аналогичный эффект должно произвести применение и тепловой энергии. При температуре электрической дуги бензол подобно другим углеводородам дает газовые смеси, содержащие водород, ацетилен, метан, этан и аналогичные продукты. [c.97]

    Реакцию (1) проводят при температуре электрической дуги, пропуская через нее метан и азот [3]. Реагирующие вещества могут быть разбавлены инертными газами. В случае, когда исходная смесь состояла из 8,3% метана, 42,7% азота, 33,7% водорода и 5,3% окиси углерода, расход электроэнергии на 1 кг цианистого водорода был равен 19,8—22,0 квт-ч. Этот процесс можно объединить с электродуговым процессом получения ацетилена. Действительно, когда углеводородные газы, являющиеся сырьем для производства ацетилена, содержат даже следы азота, в продуктах реакции, кроме ацетилена, всегда присутствует заметное количество цианистого водорода (гл. 15, стр. 276). [c.376]

    Современная авиационная и ракетная техника создает аппараты, летящие в атмосфере со скоростью порядка нескольких километров в секунду. Температура воздуха у поверхности тела, имеющего такую скорость, приближается к температуре электрической дуги, вследствие чего воздух заметно ионизируется. Если на такой воздушный поток наложить электрическое и магнитное [c.177]

    Механическое диспергирование твердых веществ проводят дроблением в коллоидных мельницах. Эффективен метод с использованием электрической дуги под действием высокой температуры электрической дуги металл электродов испаряется, пары, попадая в холодную дисперсионную среду, конденсируются и в тонкодисперсном виде распределяются в ней. Если на холодную поверхность нанести слой двух взаимно не растворяющихся веществ, а затем температуру повысить до расплавления образовавшегося слоя, то кристаллическая коллоидная система (к-к) переходит в жидкую (к-ж или ж-ж). [c.154]

    Ni и 02 при 298 н 4000 К (7 кДж) мало отличается от этой величины для продукта реакции N0 (5 кДж), следовательно, расход теплоты на синтез N0 при температуре электрической дуги (ж 4000 К) лишь на 2 кДж меньше теплоты, затрачиваемой на проведение синтеза при комнатной температуре. [c.179]

    Получение фосфора протекает при температуре электрической дуги и может быть представлено в виде уравнения [c.208]

    При температуре электрической дуги он соединяется с кислородом  [c.105]

    При температуре электрический дуги ( 1000—4000°С) азот соединяется с кислородом  [c.226]

    Азот соединяется с кислородом при температуре электрической дуги  [c.84]

    Методы фиксации азота. Первый из предложенных методов был подсказан природным явлением — образованием окислов азота при разрядах атмосферного электричества (грозы). По этому методу, известному под названием дугового, атмосферный азот окисляется при температуре электрической дуги по реакции [c.11]

    Большая часть сведений об электронной структуре атомов получена в результате изучения света, испускаемого атомами, перешедшими в возбужденное состояние под действием высокой температуры, электрической дуги, или электрического искрового разряда. Свет, испускаемый атомами данного вида, можно разложить и получить спектр, состоящий из линий с вполне определенными частотами такая характер- [c.119]

    При температуре электрической дуги масло полностью разлагается на углерод и простые газы. [c.239]

    При высоких температурах (электрическая дуга, грозовой разряд) азот вступает в обратимую реакцию  [c.189]

    Наиболее высокой из известных нам температур является температура центральной части солнца — около 20 миллионов градусов. Температура поверхности солнца около 6000°. Температура электрической дуги в атмосфере газа под высоким давлением 8000°. [c.74]

    Бертло осуществил также синтез ацетилена из угля и водорода при температуре электрической дуги  [c.331]

    При температуре электрической дуги азот соединяется с кислородом, давая оксиды азота. При высоких температуре и давлении в присутствии катализаторов азот соединяется с водородом, образуя аммиак Nh4. В определенных условиях азот может давать соединения и с другими элементами (серой, хлором и т. д.). [c.440]

    С углеродом при температуре электрической дуги образуется карбид бора В4С  [c.241]

    Циан, или синерод (СЫ)г, образуется при температуре электрической дуги нз углерода и азота и представляет собой бесцветный, очень ядовитый газ. Название синерод объясняется тем, что в состав синей берлинской лазури входит группа атомов СМ. [c.207]

    Особое значение Бертло придавал прямому получению углеводородов из элементов. В 1862 г. ему удалось провести синтез ацетилена, который образовывался при температуре электрической дуги между угольными электродами в атмосфере водорода [149]. Из ацетилена был получен ряд производных [152]. [c.45]

    Данные об электронной структуре атомов получены главным образом в результате изучения света, испускаемого атомами, перешедшими в воз бужденное состояние под действием высокой температуры, электрической дуги или электрического искрового разряда. Свет, испускаемый атомами данного вещества, можно при помощи преломляющей призмы или дифракционной решетки разложить и получить характерную систему линий с вполне определенными частотами такая характерная для данного атома система линий называется линейчатым спектром этого атома. [c.102]

    Метод электрического распыления в дуге Петрова, описанный в работах 13 и 14, непригоден для получения золей в органических растворителях органозолей), так как органические вещества под влиянием высокой температуры электрической дуги обугливаются. По указанной причине для получения таких золей пользуются колебательным электрическим разрядом высокого напряжения, не вызывающим обугливания органических веществ. [c.30]

    Из приведенных данных следует, что реакцию образования окиси азота необходимо проводить при возможно более высокой температуре (температура электрической дуги 3000 К), после чего газы, покидающие реакционное пространство, нужно быстро охладить до Г Необходимость проведения процесса таким способом была причиной разработки различных конструкций дуговых печей для синтеза No (см., например, печь Мосцицкого— рис. III-2). Печи подобного типа могут использоваться также для получения ацетилена из алифатических углеводородов (рис. IX-25). [c.375]

    Было установлено, что высокая температура электрической дуги особенно способствует расщеплению метана до метиновых радикалов [43]. Образование ацетилена может быть представлено [44] как соединение двух метиновых групп 2СН г С2Н2. [c.76]

    П. Цианистые соединения углерода. При температуре электрической дуги углерод соединяется с азотом с образованием бесцветного очень ядовитого газа jNj, называемого цианом или синеродом. По свойствам синерод имеет много обш,его с галогенами образует соединения с водородом, металлами и т. д. [c.442]

    Азот N2 не поддерживает ни горения, ни дыхания. Химически мало активен.- При комнатной температуре непосредственно соединяется лишь с литием, образуя нитрид состава 1лзМ. При высокой же температуре азот соединяется со многими металлами с образованием нитридов, например MgзN2 — нитрид магния, СазМа — нитрид кальция и др. При температуре электрической дуги азот соединяется с кислородом, давая окислы азота. При высоких температуре и давлении в присутствии катализаторов азот соединяется с водородом, образуя аммиак МНз. В определенных условиях азот может давать соединения и с другими элементами (серой, хлором и т. д.). [c.468]

    При температуре электрической дуги углерод с азотом образуют дициан 2N2— бесцветный, ядовитый газ, раздражающий дыхательные пути. Подобно галогенам, дициан соединяется с водородом, образуя бескислородную цианистоводородную кислоту  [c.326]

    Разложение применяемых в трансформаторах твердых изоляционных материалов при 150 °С может быть лишь незначительным, однако оно увеличивается по мере возрастания температуры. В интервале 200—400 С большинство органических материалов будет в не-стайильном состоянии. Продуктами разложения могут быть газы, жидкости или твердые вещества. При температуре электрической дуги твердые изоляционные материалы разлагаются более или менее полно на углерод и простые газы, образующиеся из элементов, составляющих твердую изоляцию. [c.239]

    В начале нашего столетия применялись элсктродуговой циакамидный способы, получения связанного азота. По первом из них при температуре электрической дуги атмосферный азе окисляется по реакции N2-т-02 2N0—Q. Этот способ характ( ризуется высоким расходом электрической энергии и малым вь ходом N0 (1,5—1,87о). [c.58]

    Образуется при температуре электрической дуги. Его состав ие является постоянным содержа1ше в не.м В. может доходить до ВбС. [c.77]

    Одним из наиболее высокотемпературных пламен смесей горючих газов с кислородом является пламя дициана ( 2N2). Температура его ( 4650° К) близка к температуре электрической дуги. В нем легко возбуждаются такие элементы, как алюминий получено увеличение чувствительности определения большинства элементов Широкому применению этого пламени препятствует ядовитость дицнана. Высокую температуру (5200° К) можно получить, используя вместо кислорода озон. [c.27]

    Подобно ЫгО оксид азота (П) термодинамически неустойчив — стандартная энергия Гиббса его образования положительна (А02бр = 86,6 кДж/моль). Но, опять-таки подобно N26, при ком.-натной температуре N0 не разлагается, потому что его молекулы достаточно прочны. Лишь при температурах выше 1000°С его распад на азот и кислород начинает протекать с заметной скоростью. При очень высоких температурах, по причинам, рассмотренным в 65, распад N0 проходит не до конца — в системе N0—N2—О2 устанавливается равновесие. Благодаря этому оксид азота (И) можно получить из простых веществ при температурах электрической дуги (3000—4000°С). [c.395]

---

chem21.info

Температура сварочной дуги

Сварочная дуга

Источниками энергии при сварке плавлением элементов строительных металлоконструкций могут служить газовое пламя или электрическая дуга.

Температура газового пламени в зависимости от характера горючего газа и среды, в которой он сгорает, может составлять от 700 до 3500 °С (в ядре пламени) (рис. 2).

Рис. 2. Распределение температуры газового пламени а — ацетилено-кислородное пламя; б — пропан-бутан-кислородное пламя

При изготовлении стальных строительных конструкций для сварки и термической резки (в качестве подогревающего пламени) можно использовать тепло, выделяющееся при сгорании смеси пропан-бутана или ацетилена с кислородом. Максимальная температура такого пламени достигает 3000—3500 °С, но низкая сосредоточенность выделяемого тепла, отрицательно влияющая на производительность процесса, и высокая площадь нагрева металла в зоне сварки, влияющая на величину внутренних напряжений в конструкциях и на величину их деформаций, а также необходимость обеспечения поста горючими газами и кислородом, горелками и шлангами, редукторами и предохранителями, невозможность автоматизации или механизации процесса привели к тому, что газовая сварка при изготовлении строительных конструкций не применяется и основным способом сварки металлоконструкций признана дуговая сварка плавящимся электродом.

Источником тепла при дуговой сварке является сварочная дуга, устойчивый электрический разряд в сильно ионизированной смеси газов и паров металлов, использованных при сварке и характеризуемый высокой плотностью тока и высокой температурой.

Температура сварочной дуги составляет 4500—6000 °С, а наименьшая площадь нагрева свариваемой поверхности в несколько десятков раз меньше площади, нагреваемой газовой горелкой эквивалентной мощности.

Дуга может быть прямого действия (рис. 3, а, б), когда горит между электродом и изделием, может быть косвенного (рис. 3, в) и комбинированного действия (рис. 3, г).

Рис. 3. Сварочная дуга а — прямого действия прямой полярности; б —прямого действия обратной полярности; в — косвенного действия; г — комбинированного действия

В промышленном строительстве в качестве источника тепла для сварки применяется дуга прямого действия.

Дуга может быть переменного и постоянного тока. При постоянном токе она может быть прямой или обратной полярности. В первом случае электрод подключается к отрицательному полюсу источника и является катодом, изделие, подключенное к положительному полюсу источника, является анодом.

Сварочная дуга обладает рядом физических и технологических свойств, от которых зависит эффективность ее использования для сварки.

К физическим свойствам относятся электрические, электромагнитные, кинетические, температурные и световые; к технологическим свойствам — мощность и устойчивость дуги.

В дуговом промежутке выделяются катодная и анодная области, в которых отмечается значительное падение напряжения, и расположенный между ними столб дуги. На поверхности анода и катода образуются высокотемпературные пятна, через которые проходит весь сварочный ток, в связи с чем они максимально разогреваются.

При сварке на постоянном токе на аноде выделяется около 43—45 % тепла сварочной дуги; на катоде 36— 38 %, остальное тепло исходит из столба дуги.

Так как из анодной зоны происходит повышенное выделение тепла, то можно выбирать наиболее рациональную полярность для сварки определенных конструкций или материалов. Например, при сварке тонколистовой стали, легкоплавких сплавов и легированных сталей, когда желательно уменьшить количество выделяемого тепла в металл конструкции, применяют сварку дугой обратной полярности. Когда же необходимо получить повышенный провар с уменьшенным усилением шва, применяют дугу прямой полярности. В этом случае скорость расплавления металла электрода несколько уменьшается, а доля основного металла в металле шва увеличивается.

Page 2

Полную тепловую мощность дуги, т. е. количество теплоты, выделяемое дугой в единицу времени, приближенно считают равной ее электрической мощности Электрическая мощность дуги соответствует произведению величины сварочного тока на падение напряжения на дуге и выражается в ваттах (Вт) или в джоулях в секунду (1 Вт=1 Дж/с).

Количество тепла, вводимое в металл источником нагрева, отнесенное к единице длины шва, называется погонной энергией сварки. Погонная энергия равна отношению эффективной мощности дуги к скорости ее перемещения и выражается в джоулях на погонный метр.

Эффективная тепловая мощность дуги есть количество теплоты, введенное за единицу времени в металл изделия и затраченное на его нагрев.

При сварке плавлением значительная часть выделяемого при горении сварочной дуги тепла не участвует в работе по образованию неразъемного соединения.

Характер использования полной тепловой мощности процесса можно установить по тепловому балансу, наглядно показывающему, как и на что расходуется полная тепловая мощность при дуговой сварке. Диаграммы распределения тепловой энергии при различных способах дуговой сварки приведены на рис. 4.

Рис. 4. Диаграмма распределения тепловой энергии, выделяемой сварочной дугой а — при сварке штучными покрытыми электродами; б — при сварке плавящимся электродом в среде защитного газа; в — при сварке под флюсом; г — при сварке под флюсом с ППМ; 1 — расход тепла на нагрев электрода, на угар и разбрызгивание; 2 — расход тепловой энергии на подогрев защитного газа, на расплавление флюса или покрытия электрода; 3 — расход тепла на подогрев металла под сварочной ванной и в околошовной зоне; 4 — расход тепловой энергии на проплавление свариваемых кромок на глубину 1,5—2 мм; 5 — количество тепловой энергии, участвующей в создании непосредственно сварного соединения; б — размер сварного соединения, получаемого при равной затрате электроэнергии

Энергия расходуется на нагрев электродного стержня, причем чем больше свободный вылет электрода, тем больше потери тепловой энергии в окружающее пространство. Например, при сварке угольным электродом потери энергии на нагрев электрода и излучение с его поверхности в пространство могут составлять до 40— 45 % и более полной тепловой мощности дуги. При сварке металлическим неплавящимся электродом эти потери составляют около 25 % тепловой мощности дуги. При сварке плавящимся электродом значительная часть энергии, затрачиваемой на нагрев электрода, возвращается с каплями электродного металла в сварочную ванну. Эта энергия (1) несколько повышает коэффициент наплавки и способствует снижению скорости затвердевания поверхности сварочной ванны.

Кроме нагрева электродного стержня, энергия (1) дуги теряется с испаряющимся из сварочной ванны материалом (угар), с брызгами расплавленного металла и излучениями с поверхности сварочной ванны.

Другим расходом энергии, который отсутствует, например при сварке в вакууме, при дугоконтактной сварке и контактной сварке оплавлением, является расход ее на плавление флюса, на плавление обмазки (покрытия) электрода или на нагрев защитного газа. Это тоже потери (2), которые могут достигать 25 % энергии, выделяемой сварочной дугой. Сократить их можно при сварке под флюсом за счет использования ППМ, когда толщина расплавляемого флюса сокращается при наиболее рациональном использовании тепла дуги на плавление порошкового присадочного металла. При сварке штучными электродами с органическим покрытием или с покрытием, в состав которых входят металлические компоненты, такие потери уменьшаются.

При газовой сварке расход тепловой энергии на подогрев металла чрезвычайно велик и зависит в основном от концентрации газового пламени. В этом случае потери составляют около 45—60 % полной энергии сгорания. Дуговая сварка, отличающаяся большой концентрацией источника тепла, позволяет значительно снизить потери на подогрев изделия в процессе сварки. Эти потери (3) связаны с большой теплопроводностью металла и они тем меньше, чем больше скорость сварки и меньше угол разделки кромок. При сварке правильно подготовленным электродом в среде аргона или при сварке в среде активных газов тонкой проволокой эти потери минимальны.

www.stroitelstvo-new.ru

Свойства сварочной дуги

otdelka-profi.narod.ru

Определение сварочной дуги, ее строение, условия зажигания и горения

Определение сварочной дуги, ее строение, условия зажигания и горения

Электрической сварочной дугой называют устойчивый электрический разряд в сильно ионизированной смеси газов и паров материалов, происходящий при давлении, близком к атмосферному, используемом при сварке, и характеризуемый высокой плотностью тока и высокой температурой.

Температура в столбе сварочной дуги достигает 5 000–12000 °C и зависит от плотности тока, состава газовой среды дуги, материала и диаметра электрода. А потому сварочная дуга является мощным концентрированным источником теплоты. Электрическая энергия, потребляемая дугой, в основном превращается в тепловую энергию.

В столбе сварочной дуги протекают следующие процессы:

1. Столб дуги заполнен заряженными частицами – электронами и ионами. В нем присутствуют также и нейтральные частицы – атомы и даже молекулы паров веществ, из которых сделаны электроды. Под действием электродинамических сил частицы перемещаются. Скорость их перемещения различна. Быстрее всего перемещаются электроны. Они легко разгоняются и, сталкиваясь с атомами и ионами, передают им свою энергию. Столкновения электронов с атомами могут быть упругими и неупругими. При упругих столкновениях атомы начинают двигаться быстрее – увеличивается их кинетическая энергия. В результате повышается температура плазмы дуги.

2. Электрон, который в электрическом поле приобрел достаточно большую энергию, является источником неупругих столкновений. Столкнувшись с атомом, он возбуждает его, а когда удар достаточно силен, то и выбивает из атома его собственные электроны.

Энергию, которая должна быть сообщена электрону для ионизации какого-либо атома, выражают в электронвольтах (эВ) и называют потенциалом ионизации. Величина потенциала ионизации зависит от строения атома. Чем меньше номер группы и больше номер периода в таблице элементов Менделеева, тем меньше энергии необходимо затратить для ионизации. Наименьшим потенциалом ионизации (3,9 эВ) обладает атом цезия, поскольку он самый тяжелый из всех щелочных металлов. Самый легкий из инертных газов – элемент последней, нулевой группы – гелий обладает наивысшим потенциалом ионизации (24,5 эВ).

Энергия, расходуемая на диссоциацию (разделение) различных молекул, также различна. Так, например, для диссоциации молекулы водорода необходимо затратить 4,48 эВ, фтора – 1,6 эВ, а углекислого газа – 9,7 эВ. Эти величины имеют для сварщиков особое значение. При разработке электродных покрытий, флюсов и проволок приходится учитывать, молекулы каких веществ диссоциируют раньше, а каких – позже, какие элементы ионизируются легче, а какие – труднее, и сколько для этого потребуется энергии.

В зависимости от числа электродов и способов включения электродов и свариваемой детали в электрическую цепь различают следующие виды сварочных дуг (рис. 46):

1. Прямого действия, когда дуга горит между электродом и изделием.

2. Косвенного действия, когда дуга горит между двумя электродами, а свариваемое изделие не включено в электрическую цепь.

3. Трехфазную дугу, возбуждаемую между двумя электродами, а также между каждым электродом и основным металлом.

Рис. 46.

Виды сварочных дуг:

а – прямого; б – косвенного; в – комбинированного действия (трехфазная)

По роду тока различают дуги, питаемые переменным и постоянным током. При использовании постоянного тока различают сварку на прямой и обратной полярности.

При прямой полярности электрод подключается к отрицательному полюсу и служит катодом, а изделие – к положительному полюсу и служит анодом.

При обратной полярности электрод подключается к положительному полюсу и служит анодом, а изделие – к отрицательному и служит катодом.

В зависимости от материала электрода различают дуги между неплавящимися электродами (угольными, вольфрамовыми) и плавящимися металлическими электродами.

Сварочная дуга обладает рядом физических и технологических свойств, от которых зависит эффективность использования дуги при сварке.

К физическим свойствам относятся электрические, электромагнитные, кинетические, температурные, световые.

К технологическим свойствам относятся мощность дуги, пространственная устойчивость, саморегулирование.

Электрическим разрядом в газе называют электрический ток, проходящий через газовую среду благодаря наличию в ней свободных электронов, а также отрицательных и положительных ионов, способных перемещаться между электродами под действием приложенного электрического поля (разности потенциалов между электродами.

Сварка дугой переменного тока имеет некоторые особенности. Вследствие того, что мгновенные значения тока переходят через нуль 100 раз в 1 с, меняет свое положение катодное пятно, являющееся источником электронов, ионизация дугового промежутка менее стабильна и сварочная дуга менее устойчива по сравнению с дугой постоянного тока.

Общепринятой мерой повышения стабилизации сварочной дуги переменного тока является включение в сварочную цепь последовательно с дугой индуктивного сопротивления. Последовательное включение в сварочную цепь катушек со стальным сердечником (дросселей) позволяет вести сварочные работы металлическими электродами на переменном токе при напряжении сварочного трансформатора 60–65 В.

Процесс, при котором из нейтральных атомов и молекул образуются положительные и отрицательные ионы, называют ионизацией. При обычных температурах ионизацию можно вызвать, если уже имеющимся в газе электронам и ионам сообщить при помощи электрического поля большие скорости. Обладая большой энергией, эти частицы могут разбивать нейтральные атомы и молекулы на ионы. Кроме того, ионизацию можно вызвать световыми, ультрафиолетовыми, рентгеновскими лучами, а также излучением радиоактивных веществ.

В обычных условиях воздух, как и все газы, обладает весьма слабой электропроводностью. Это объясняется малой концентрацией свободных электронов и ионов в газах. Поэтому, чтобы вызвать в газе мощный электрический ток, т. е. образовать электрическую дугу, необходимо ионизировать воздушный промежуток (или другую газообразную среду) между электродами.

Ионизацию можно произвести, если приложить к электродам достаточно высокое напряжение, тогда имеющиеся в газе свободные электроны и ионы будут разгоняться электрическим полем и, получив энергию, смогут разбить нейтральные молекулы на ионы.

Однако при сварке, исходя из правил техники безопасности, нельзя пользоваться высокими напряжениями. Поэтому применяют другой способ. Так как в металлах имеется большая концентрация свободных электронов, то надо извлечь эти электроны из объема металла в газовую среду и затем использовать для ионизации молекул газа.

Существует несколько способов извлечения электронов из металлов. Из них для процесса сварки имеют значения два: термоэлектронная и автоэлектронная эмиссии.

Во время термоэлектронной эмиссии происходит «испарение» свободных электронов с поверхности металла благодаря высокой температуре. Чем выше температура металла, тем большее число свободных электронов приобретают энергии, достаточные для преодоления «потенциального барьера» в поверхностном слое и выхода из металла.

Во время автоэлектронной эмиссии извлечение электронов из металла производится при помощи внешнего электрического поля, которое несколько изменяет потенциальный барьер у поверхности металла и облегчает выход тех электронов, которые внутри металла имеют достаточно большую энергию и могут преодолеть этот барьер.

Ионизацию, вызванную в некотором объеме газовой среды, принято называть объемной.

Объемная ионизация, полученная благодаря нагреванию газа до очень высоких температур, называется термической. При высоких температурах значительная часть молекул газа обладает достаточной энергией для того, чтобы при столкновениях могло произойти разбиение нейтральных молекул на ионы. Кроме того, с повышением температуры увеличивается общее число столкновений между молекулами газа. При очень высоких температурах в процессе ионизации начинает также играть заметную роль излучение газа и раскаленных электродов.

Ионизация газовой среды характеризуется степенью ионизации, т. е. отношением числа заряженных частиц в данном объеме к первоначальному числу частиц (до начала ионизации). При полной ионизации степень ионизации будет равна единице.

При температуре 6000–8000 °C такие вещества, как калий, натрий, кальций, обладают достаточно высокой степенью ионизации. Пары этих элементов, находясь в дуговом промежутке, обеспечивают легкость возбуждения и устойчивое горение дуги. Это свойство щелочных металлов объясняется тем, что атомы этих металлов обладают малым потенциалом ионизации. Поэтому для повышения устойчивости горения электрической дуги эти вещества вводят в зону дуги в виде электродных покрытий или флюсов.

Электрическая дуга постоянного тока возбуждается при соприкосновении торца электрода и кромок свариваемой детали. Контакт в начальный момент осуществляется между микровыступами поверхностей электрода и свариваемой детали. Высокая плотность тока способствует мгновенному расплавлению этих выступов и образованию пленки жидкого металла, которая замыкает сварочную цепь на участке «электрод – свариваемая деталь». При последующем отводе электрода от поверхности детали на 2–4 мм пленка жидкого металла растягивается, а сечение уменьшается, вследствие чего возрастает плотность тока и повышается температура металла.

Эти явления приводят к разрыву пленки и испарению вскипевшего металла. Возникшие при высокой температуре интенсивные термоэлектронная и автоэлектронная эмиссии обеспечивают ионизацию паров металла и газов межэлектродного промежутка. В образовавшейся ионизированной среде возникает электрическая сварочная дуга. Процесс возбуждения дуги кратковременен и осуществляется в течение долей секунды.

В установившейся сварочной дуге различают три зоны: катодную, анодную и столба дуги.

Катодная зона начинается с раскаленного торца катода, на котором расположено так называемое катодное пятно. Отсюда вылетает поток свободных электронов, осуществляющих ионизацию дугового промежутка. Плотность тока на катодном пятне достигает 60–70 А/мм2 к катоду устремляются потоки положительных ионов, которые бомбардируют и отдают ему свою энергию, вызывая нагрев до температуры 2500–3000 °C.

Анодная зона расположена у торца положительного электрода, в котором выделяется небольшой участок, называемый анодным пятном. К анодному пятну устремляются и отдают свою энергию потоки электронов, разогревая его до температуры 2500–4000 °C.

Столб дуги, расположенный между катодной и анодной зонами, состоит из раскаленных ионизированных частиц. Температура в этой зоне достигает 6000–7000 °C в зависимости от плотности сварочного тока.

Для возбуждения дуги в начальный момент необходимо несколько большее напряжение, чем при ее последующем горении. Это объясняется тем, что при возбуждении дуги воздушный зазор недостаточно нагрет, степень ионизации недостаточно высокая и необходимо большее напряжение, способное сообщить свободным электронам достаточно большую энергию, чтобы при их столкновении с атомами газового промежутка могла произойти ионизация.

Увеличение концентрации свободных электронов в объеме дуги приводит к интенсивной ионизации дугового промежутка, а отсюда к повышению его электропроводности. Вследствие этого напряжение тока падает до значения, которое необходимо для устойчивого горения дуги. Зависимость напряжения дуги от тока в сварочной цепи называют статической вольт-амперной характеристикой дуги.

Вольт-амперная характеристика дуги имеет три области: падающую, жесткую и возрастающую.

В первой (до 100 А) с увеличением тока напряжение значительно уменьшается. Это происходит в связи с тем, что при повышении тока увеличивается поперечное сечение, а следовательно, и проводимость столба дуги.

Во второй области (100–1000 А) при увеличении тока напряжение сохраняется постоянным, так как сечение столба дуги и площади анодного и катодного пятен увеличиваются пропорционально току. Область характеризуется постоянством плотности тока.

В третьей области увеличение тока вызывает возрастание напряжения вследствие того, что увеличение плотности тока выше определенного значения не сопровождается увеличением катодного пятна ввиду ограниченности сечения электрода.

Дуга первой области горит неустойчиво и поэтому имеет ограниченное применение. Дуга второй области горит устойчиво и обеспечивает нормальный процесс сварки.

Необходимое напряжение для возбуждения дуги зависит от рода тока (постоянный или переменный), материала электрода и свариваемых кромок, дугового промежутка, покрытия электродов и ряда других факторов. Значения напряжений, обеспечивающих возникновение дуги в дуговых промежутках, равных 2–4 мм, находятся в пределах 40–70 В.

Напряжение для установившейся сварочной дуги определяется по формуле:

где: а – коэффициент, по своей физической сущности составляющий сумму падений напряжений в зонах катода и анода, В;

b – коэффициент, выражающий среднее падение напряжения на единицу длины дуги, В/мм;

1 – длина дуги, мм.

Рис. 47.

Схема сварочной дуги и падения напряжений в ней:

1 – электрод; 2 – изделие; 3 – анодное пятно;

4 – анодная область дуги; 5 – столб дуги;

6 – катодная область дуги; 7 – катодное пятно

Длиной дуги называется расстояние между торцом электрода и поверхностью сварочной ванны. Короткой дугой называют дугу длиной 2–4 мм. Длина нормальной дуги составляет 4–6 мм. Дугу длиной более 6 мм называют длинной.

Оптимальный режим сварки обеспечивается при короткой дуге. При длинной дуге процесс протекает неравномерно, дуга горит неустойчиво – металл, проходя через дуговой промежуток, больше окисляется и азотируется, увеличиваются угар и разбрызгивание металла.

При помощи магнитных полей, создаваемых вокруг дуги и в свариваемой детали, электрическая сварочная дуга может быть отклонена от своего нормального положения. Эти поля действуют на движущиеся заряженные частицы и тем самым оказывают воздействие на всю дугу. Такое явление называют магнитным дутьем. Воздействие магнитных полей на дугу прямо пропорционально квадрату силы тока и достигает заметного значения при сварочных токах более 300 А.

Магнитные поля оказывают отклоняющее действие на дугу при неравномерном и несимметричном расположении поля относительно дуги. Наличие вблизи сварочной дуги значительных ферромагнитных масс нарушает симметричность магнитного поля дуги и вызывает отклонение дуги в сторону этих масс.

В некоторых случаях магнитное дутье затрудняет процесс сварки, и поэтому принимаются меры по снижению его действия на дугу. К таким мерам относятся:

• сварка короткой дугой;

• подвод сварочного тока в точке, максимально близкой к дуге;

• наклон электрода в сторону действия магнитного дутья;

• размещение у места сварки ферромагнитных масс.

При использовании переменного тока анодное и катодное пятна меняются местами с частотой, равной частоте тока. С течением времени напряжение и ток периодически изменяются от нулевого значения до наибольшего. При переходе значения тока через нуль и перемене полярности в начале и в конце каждого полупериода дуга гаснет, температура активных пятен и дугового промежутка снижается. Вследствие этого происходят деионизация газов и уменьшение электропроводности столба дуги. Интенсивнее падает температура активного пятна, расположенного на поверхности сварочной ванны, в связи с отводом теплоты в массу основного металла.

Повторное зажигание дуги в начале каждого полупериода возможно только при повышенном напряжении, называемом пиком зажигания. При этом установлено, что пик зажигания несколько выше, когда катодное пятно находится на основном металле.

Для облегчения повторного зажигания, снижения пика зажигания дуги и повышения устойчивости ее горения применяют меры, позволяющие снизить эффективный потенциал ионизации газов в дуге. В этом случае электропроводность дуги после ее угасания сохраняется дольше, пик зажигания снижается, дуга легче возбуждается и горит устойчивее.

Применение различных стабилизирующих элементов (калий, натрий, кальций и др.), вводимых в зону дуги в виде электродных покрытий или в виде флюсов, относится к этим мерам.

Следующая глава

info.wikireading.ru

Свойства сварочной дуги в инертных газах – аргоне и гелии

В статье «Электрическая дуга» подробно рассказано, что такое сварочная дуга. В данной статье речь пойдет о свойствах сварочной дуги в среде инертного газа – аргоне или гелии.

Характеристики сварочной дуги различны в зависимости от выбранного защитного газа. Любой дуговой заряд поддерживается благодаря тому, что между электродами заключено ионизированное пространстве, в котором наблюдается движение ионов и электронов от одного электрода к другому.

В среде двухатомных газов электроны при своем движении теряют больше энергии, чем при движении в среде аргона или гелия, так как при этом происходит много неупругих столкновений. Это и ведет к большой потере энергии, ионизация молекул сопровождается их диссоциацией. Данный процесс одновременно обусловливает и меньшую подвижность свободных электронов. Подвижность их в среде инертного газа в несколько раз больше чем в среде активных газов, что увеличивает вероятность возбуждения и ионизации нейтральных частиц газа. При разряде в среде двухатомного газа в дуговом промежутке образуются отрицательные ионы, которые затрудняют движение электронов из-за увеличения электрического сопротивления, чего не наблюдается в среде инертных газов.

Отсутствие отрицательных ионов снижает коэффициент рекомбинации, что ведет к увеличению стабильности разряда. В аргоне и гелии меньше вероятность самопроизвольного прекращения разряда, чем в других газах, так как первые обладают меньшими потенциалами зажигания самостоятельного разряда. Катодное падение напряжения минимально, поэтому для поддержания разряда требуется минимальное напряжение. Нахождение атомов аргона и гелия в метастабильном состоянии облегчает ступенчатую ионизацию газов, а это ведет к тому, что потенциал горения дуги оказывается ниже ионизационного потенциала газов.

Обычно потенциал возбуждения и ионизации инертных газов выше соответствующих потенциалов паров металла, азота и кислорода, что затрудняет зажигание дуги переменного тока при ее питании от обычных трансформаторов. Во время сварки в среде гелия при одинаковой силе тока напряжение дуги на электродах, состоящих из W – Me (металл), Al – Al, Ti – Ti, значительно выше, чем дуги в аргоне. При сварке стали напряжение между железными электродами очень низкое, примерно 8 – 10 В.

Дуга в гелии имеет большую проплавляющую способность и менее концентрирована, она создает более равномерную форму проплавления, чем дуга в аргоне, а последняя обеспечивает большую глубину проплавления в центре. Перепад напряжения в столбе дуги в гелии больше, чем в аргоне, поэтому изменение длины дуги в гелии более заметно сказывается на напряжении и общей тепловой эффективности.

Изменение формы проплавления в зависимости от свойства инертного газа

В зависимости от того, какой инертный газ применяется, меняется поверхностное натяжение на границе металл – газовая фаза. Так, поверхностное натяжение жидких хромоникелевых сталей аустенитной структуры при сварке в гелии заметно меньше, чем в аргоне. Указанное обстоятельство сказывается на формировании поверхности усиления шва. В гелии наблюдается более плавный переход усиления к основному металлу, что иногда ведет к уменьшению концентрации напряжений в этом районе и улучшению работоспособности сварного соединения. Поэтому в ряде случаев становится целесообразным применение аргоно-гелиевых смесей в разных пропорциях смешения.

Дуга, горящая между вольфрамовым электродом и металлом в среде аргона, имеет свои особенности. Статическая характеристика такой дуги в аргоне, как и дуги под слоем флюса, имеет положительный характер. Это объясняется охлаждающим действием газовой струи и высокой плотностью тока на вольфрамовых электродах, которая составляет 10-90 А/мм2. На рисунке ниже приведены статические характеристики для вольфрамовой дуги, горящей в аргоне. Можно видеть, что при больших токах и малых дуговых промежутках напряжение на дуге Uд меньше потенциала ионизации Uп.

• для аргона Uп = 15,7 В
• для гелия Uп = 25,4 В

Минимальное напряжение на дуге приближается к потенциалу возбуждения аргона, метастабильное состояние которого, вероятно, в этом случае играет значительную роль. Градиент напряжения в гелии для больших дуговых промежутков больше, чем для малых промежутков. Обратное явление наблюдается в аргоне. Здесь расход газа и диаметр электрода мало отражаются на характере зависимости напряжения дуги от ее длины, а в гелии, наоборот, напряжение дуги можно изменять, меняя расход газа. Свойства дуги, горящей в аргоне между вольфрамовым электродом и металлом, могут меняться в зависимости от свойств металла и состава газовой смеси.

Статические характеристики вольфрамовой дуги в аргоне для различных длин дуг

Технологические свойства вольфрамовой дуги при сварке ухудшаются из-за выпрямления переменного тока (если он применяется) и появления в цепи составляющей постоянного тока.

Анализ этого явления, проведенный по осциллограммам, показывает, что степень выпрямления тока в дуге зависит от различия термических временных постоянных материала электродов (теплоемкости, умноженной на величину, обратную теплопроводности). Чем больше разность этих постоянных, тем больше степень выпрямления тока в дуге. При разных материалах электродов разность их температур во время горения дуги пропорциональна разности термических временных постоянных. Однако различие температур катода в разные полуциклы горения дуги ведет к появлению составляющей постоянного тока, и степень выпрямления оказывается пропорциональной разности термических временных постоянных материалов электродов. Наряду с различием теплофизических свойств электродов на выпрямляющее действие дуги в аргоне сказывается и изменение геометрической формы электродов. Наибольшее значение составляющей постоянного тока, обусловленное различием теплофизических свойств, наблюдается для дуги, возникающей при использовании электродов системы W – Al.

Uхх – напряжение холостого хода Uд – напряжение на дуге

Iд – сила сварочного тока

Постоянная составляющая в сварочной цепи переменного тока для дуги системы W – Al в аргоне

В полупериодах, когда катодное пятно расположено на вольфрамовом электроде (прямая полярность), из-за мощной термоэлектронной эмиссии катода создаются благоприятные условия для возбуждения и горения дуги при низком напряжении. В полупериодах, когда катодное пятно находится на алюминии (обратная полярность), катод холодный и термоэлектронная эмиссия затруднена. В данном случае для возбуждения дуги требуются более высокие максимальные (пиковые) значения напряжения, а горение дуги будет происходить при большем значении напряжения, чем в предыдущий полупериод. При сварке на малых токах возбуждение дуги в полупериоды обратной полярности может не произойти вообще, и дуга станет «выпрямительным вентилем». Это ведет к резкому ухудшению стабильности ее горения. При наличии постоянной составляющей и значительно увеличивается сопротивление магнитопровода трансформатора и понижается мощность, отдаваемая дуге. При уменьшении тока в полупериоды обратной полярности затрудняется катодная очистка свариваемых кромок и поверхности сварочной ванны от тугоплавких окисных пленок. Поэтому установки для сварки вольфрамовой дугой (особенно алюминия и его сплавов) должны содержать специальные устройства (стабилизаторы, импульсные возбудители, батареи конденсаторов, полупроводниковые вентили), либо подавать импульсы в полупериод обратной полярности для облегчения зажигания дуги или частичного (полного) подавления возникшей постоянной составляющей тока.

weldering.com

Зажигание сварочной дуги начинается с момента касания электродом свариваемого металла т. е. с короткого замыкания. На рис. 1 приведена последовательность процессов при зажигании сварочной дуги. Рис. 1. Последовательность зажигания сварочной дуги: а — короткое замыкание; б — образование перемычки из жидкого металла; в — возникновение дуги Так как торец электрода и поверхность свариваемого металла имеют неровности, то контакт между ними при коротком замыкании происходит в отдельных точках (рис. 1,а). Поэтому плотность тока в точках контакта достигает больших значений, металл мгновенно расплавляется, образуя перемычку из жидкого металла между электродом и свариваемым металлом (рис. 1,б). При отводе электрода от поверхности металла на некоторую длину, называемую длиной дуги Ɩ, жидкая перемычка растягивается с уменьшением сечения, затем в момент достижения металлом перемычки температуры кипения он испаряется, и происходит разрыв перемычки (рис. 1,в). Образуется разрядный промежуток, который заполняется заряженными частицами паров металла, покрытия электрода и газов. Так возникает сварочная дуга, которая представляет собой светящийся столб нагретого газа, состоящего из электронов, ионов и нейтральных атомов. Рис. 2. Схема сварочной дуги: 1 — электрод; 2 — катодное пятно; 3 — катодная область; 4 — столб дуги; 5 — анодная область; 6 — анодное пятно; 7 — сварочная ванна; 8 — свариваемая деталь; падения напряжения: UK — в катодной области; UCT — в столбе дуги; UA — в анодной области; UД — напряжение на дуге; Ɩ — длина дуги; h — глубина проплавления (провар) Это состояние газа называется плазмой, которая электрически нейтральна, так как в ней количество положительных и отрицательных частиц одинаково. Температура столба дуги выше температуры точки кипения металла электрода и изделия, и конец электрода и изделие отделены от столба дуги промежуточными газовыми слоями, называемыми приэлектродными областями дуги (рис. 2). В катодной области 3 из катодного пятна 2 происходит эмиссия электронов в столб дуги 4, где они ионизируют нейтральные атомы. В катодной области на длине в доли миллиметра сосредоточена значительная часть напряжения дуги, которое называется катодным падением напряжения UК и достигает 10… 16 В. В анодной области 5 около анодного пятна 6 происходит резкое падение напряжения на длине свободного пробега электрона. Это падение напряжения называется анодным падением напряжения UA, величина которого составляет 6…8 В. На этом участке электроны резко увеличивают скорость своего движения и нейтрализуются на анодном пятне. Анод получает энергию от дуги в виде потока электронов и теплового излучения, поэтому температура анодной области выше температуры катодной области, и на аноде выделяется большее количество тепла. Общее падение напряжения в электрической дуге UД = UА + UК + UСТ где UД — общее падение напряжения; UA — падение напряжения в анодной области; UK — падение напряжения в катодной области; UСТ — падение напряжения в столбе дуги. В среднем величина напряжения на дуге UД = UA + UK + UСТ = (10…16) + (6…8) + (2…12) = (18…36) В. Дуга горит устойчиво при сварке плавящимся электродом при UД = 18…28 В, а при сварке неплавящимся электродом — при UД = 30…35 В При сварке на постоянном токе прямой полярности температура в различных зонах сварочной дуги: в середине столба дуги — около 6000 °С; в анодной области — 2600 °С; в катодной области — 2400 °С; в сварочной ванне — 1700…2000 °С. При сварке на переменном токе распределение тепла дуги и температуры в катодной и анодной областях примерно одинаково (катодная область на электроде).

www.samsvar.ru