Kalbant apie įtampos lanko charakteristikas, verta paminėti, kad jis turi mažesnę įtampą nei švytėjimo išlydis ir priklauso nuo lanką palaikančių elektrodų elektronų spinduliavimo. Angliškai kalbančiose šalyse šis terminas laikomas archajišku ir pasenusiu.

Lanko slopinimo būdai gali būti naudojami lanko trukmei arba lanko susidarymo tikimybei sumažinti.

1800-ųjų pabaigoje voltinis lankas buvo plačiai naudojamas viešajam apšvietimui. Kai kurie žemo slėgio elektros lankai naudojami daugelyje programų. Pavyzdžiui, apšvietimui naudojamos liuminescencinės lempos, gyvsidabrio, natrio ir metalų halogenų lempos. Ksenoninės lankinės lempos buvo naudojamos kino projektoriams.

Voltinio lanko atidarymas

Manoma, kad šį reiškinį pirmasis aprašė seras Humphry'is Davy'is 1801 m. straipsnyje, paskelbtame Williamo Nicholsono gamtos filosofijos, chemijos ir menų žurnale. Tačiau Davy aprašytas reiškinys buvo ne elektros lankas, o tik kibirkštis. Vėliau tyrinėtojai rašė: „Tai akivaizdžiai apibūdina ne lanką, o kibirkštį. Pirmosios esmė ta, kad ji turi būti ištisinė, o iškilus jos poliai neturi liestis. Sero Humphry'io Davy'io sukurta kibirkštis akivaizdžiai nebuvo ištisinė ir nors po kontakto su anglies atomais kurį laiką išliko įkrauta, greičiausiai nebuvo lanko jungties, o tai būtina norint jį klasifikuoti kaip voltinį.

Tais pačiais metais Davy viešai pademonstravo poveikį Karališkajai draugijai, leisdamas elektros srovę per du besiliečiančius anglies strypus ir atitraukdamas juos nedideliu atstumu vienas nuo kito. Demonstracijoje tarp anglies taškų buvo matyti „silpnas“ lankas, sunkiai atskiriamas nuo nuolatinės kibirkšties. Mokslo bendruomenė aprūpino jį galingesne 1000 plokščių baterija, o 1808 metais jis pademonstravo didelio masto voltinio lanko atsiradimą. Jam taip pat priskiriamas jo pavadinimas anglų kalba (elektros lankas). Jis pavadino tai lanku, nes jis įgauna į viršų nukreipto lanko formą, kai atstumas tarp elektrodų tampa artimas. Taip yra dėl karštų dujų laidumo savybių.

Kaip atsirado voltinis lankas? Pirmąjį ištisinį lanką nepriklausomai užfiksavo 1802 m., o 1803 m. apibūdino kaip „specialų skystį, turintį elektrinių savybių“ rusų mokslininkas Vasilijus Petrovas, kuris eksperimentavo su 4200 diskų vario-cinko baterija.

Tolesnis tyrimas

Devynioliktojo amžiaus pabaigoje voltinis lankas buvo plačiai naudojamas viešajam apšvietimui. Elektros lankų polinkis mirgėti ir šnypšti buvo pagrindinė problema. 1895 m. Hertha Marx Ayrton parašė keletą straipsnių apie elektrą, paaiškindamas, kad voltinis lankas atsirado dėl deguonies sąlyčio su anglies strypais, naudojamais lankui sukurti.

1899 m. ji buvo pirmoji moteris, pateikusi savo darbą Elektros inžinierių institute (IEE). Jos pranešimas vadinosi „Elektros lanko mechanizmas“. Netrukus po to Ayrton buvo išrinkta pirmąja Elektros inžinierių instituto nare moterimi. Kita moteris į institutą buvo priimta jau 1958 m. Ayrton paprašė perskaityti pranešimą Karališkajai draugijai, tačiau jai nebuvo leista to daryti dėl jos lyties, o „Elektros lanko mechanizmą“ 1901 m. jos vietoje perskaitė Johnas Perry.

apibūdinimas

Elektros lankas yra didžiausias srovės tankio tipas. Maksimalią srovę, traukiamą per lanką, riboja tik aplinka, o ne pats lankas.

Lankas tarp dviejų elektrodų gali būti inicijuotas jonizacijos ir švytėjimo išlydžio būdu, kai padidėja srovė per elektrodus. Elektrodų tarpo gedimo įtampa yra kombinuota slėgio, atstumo tarp elektrodų ir elektrodus supančių dujų tipo funkcija. Kai prasideda lankas, jo gnybtų įtampa yra daug mažesnė nei švytėjimo išlydžio, o srovė yra didesnė. Arti atmosferos slėgio esantis lankas dujose pasižymi matoma šviesa, dideliu srovės tankiu ir aukšta temperatūra. Jis skiriasi nuo švytėjimo išlydžio tuo, kad tiek elektronų, tiek teigiamų jonų efektyvioji temperatūra yra maždaug vienoda, o švytėjimo išlydžio metu jonų šiluminė energija yra daug mažesnė nei elektronų.

Suvirinant

Išplėstinį lanką galima inicijuoti dviem elektrodais, kurie iš pradžių liečiasi ir eksperimento metu yra atskirti. Šis veiksmas gali sukelti lanką be aukštos įtampos švytėjimo išlydžio. Tokiu būdu suvirintojas pradeda suvirinti jungtį, akimirksniu paliesdamas suvirinimo elektrodą prie objekto.

Kitas pavyzdys yra elektros kontaktų atskyrimas ant jungiklių, relių ar grandinės pertraukiklių. Didelės energijos grandinėse gali prireikti lanko slopinimo, kad būtų išvengta kontaktų pažeidimo.

Volto lankas: charakteristikos

Elektrinė varža išilgai ištisinio lanko sukuria šilumą, kuri jonizuoja daugiau dujų molekulių (kur jonizacijos laipsnį lemia temperatūra), ir pagal šią seką dujos palaipsniui virsta termine plazma, kuri yra šiluminėje pusiausvyroje, nes temperatūra santykinai tolygiai pasiskirstę po visus atomus, molekules, jonus ir elektronus. Elektronų perduodama energija dėl didelio judrumo ir didelio skaičiaus elastinių susidūrimų metu greitai pasiskirsto su sunkesnėmis dalelėmis.

Srovę lanke palaiko termoninė ir lauko elektronų emisija prie katodo. Srovė gali būti sutelkta labai mažame karštame katodo taške – maždaug milijono amperų kvadratiniam centimetrui. Priešingai nei švytėjimo išlydis, lanko struktūra sunkiai išsiskiria, nes teigiamas stulpelis yra gana ryškus ir tęsiasi beveik iki elektrodų abiejuose galuose. Katodo kritimas ir kelių voltų anodo kritimas įvyksta kiekvieno elektrodo milimetro dalyje. Teigiamas stulpelis turi mažesnį įtampos gradientą ir gali nebūti labai trumpuose lankuose.

žemo dažnio lankas

Žemo dažnio (mažiau nei 100 Hz) kintamosios srovės lankas primena nuolatinės srovės lanką. Kiekviename cikle lankas pradedamas dėl gedimo, o elektrodai keičia savo vaidmenį, kai srovė keičia kryptį. Didėjant srovės dažniui, kiekvienos pusės ciklo metu nėra pakankamai laiko jonizacijai esant divergencijai, o lankui palaikyti nebereikia irimo - įtampos ir srovės charakteristika tampa omiškesnė.

Vieta tarp kitų fizinių reiškinių

Įvairios elektros lankų formos yra netiesinių srovės ir elektrinio lauko modelių savybės. Lankas susidaro dujomis užpildytoje erdvėje tarp dviejų laidžių elektrodų (dažnai volframo arba anglies), todėl susidaro labai aukšta temperatūra, galinti ištirpti arba išgaruoti dauguma medžiagų. Elektros lankas yra nuolatinis iškrovimas, o panašus elektros kibirkšties išlydis yra momentinis. Įtampos lankas gali atsirasti nuolatinės srovės arba kintamosios srovės grandinėse. Pastaruoju atveju jis gali pakartotinai nukentėti per kiekvieną srovės įvykio pusę ciklo. Elektros lankas skiriasi nuo švytėjimo išlydžio tuo, kad srovės tankis yra gana didelis, o įtampos kritimas lanke yra mažas. Prie katodo srovės tankis gali siekti vieną megaamperą kvadratiniame centimetre.

Destruktyvus potencialas

Elektros lankas turi netiesinį ryšį tarp srovės ir įtampos. Sukūrus lanką (arba progresuojant nuo švytėjimo išlydžio, arba akimirksniu paliečiant elektrodus ir tada juos atskiriant), srovės padidėjimas lemia mažesnę įtampą tarp lanko gnybtų. Šis neigiamas pasipriešinimo efektas reikalauja, kad grandinėje būtų įdėta tam tikra teigiama varža (pvz., Elektrinis balastas), kad būtų išlaikytas stabilus lankas. Dėl šios savybės nevaldomi elektros lankai aparate tampa tokie destruktyvūs, nes atsiradus lankui jis ims vis daugiau srovės iš nuolatinės srovės įtampos šaltinio, kol įrenginys bus sunaikintas.

Praktinis naudojimas

Pramoniniu mastu elektros lankai naudojami suvirinimui, plazminiam pjovimui, elektros išlydžio apdirbimui, kaip lankinė lempa kino projektoriuose ir apšvietime. Elektrinės lankinės krosnys naudojamos plienui ir kitoms medžiagoms gaminti. Tokiu būdu gaunamas kalcio karbidas, nes norint pasiekti endoterminę reakciją (2500 ° C temperatūroje) reikia daug energijos.

Anglies lankiniai žibintai buvo pirmieji elektriniai žibintai. Jie buvo naudojami gatvių šviestuvams XIX amžiuje ir specializuotiems prietaisams, tokiems kaip prožektoriai, iki Antrojo pasaulinio karo. Šiandien žemo slėgio elektros lankai naudojami daugelyje sričių. Pavyzdžiui, apšvietimui naudojamos fluorescencinės, gyvsidabrio, natrio, metalų halogenų lempos, o ksenono lankinės – kino projektoriams.

Intensyvaus elektros lanko susidarymas, kaip ir nedidelio masto lanko blyksnis, yra sprogstamųjų detonatorių pagrindas. Kai mokslininkai sužinojo, kas yra voltinis lankas ir kaip jį galima panaudoti, pasaulio ginklų įvairovė pasipildė efektyviais sprogmenimis.

Pagrindinė likusi taikymo sritis yra perdavimo tinklų aukštos įtampos skirstomieji įrenginiai. Šiuolaikiniuose įrenginiuose taip pat naudojamas aukšto slėgio sieros heksafluoridas.

Išvada

Nepaisant įtampos lanko nudegimų dažnio, jis laikomas labai naudingu fiziniu reiškiniu, kuris vis dar plačiai naudojamas pramonėje, gamyboje ir dekoratyvinių objektų kūrime. Ji turi savo estetiką ir dažnai rodoma mokslinės fantastikos filmuose. Voltinio lanko pralaimėjimas nėra mirtinas.

Elektros lankas yra elektros išlydis dujose. Pačios dujos yra izoliatorius, jose nėra srovės nešėjų. Kai dujose susidaro daug elektriškai įkrautų dalelių – laisvieji elektronai su neigiamo krūvio ženklu ir teigiamai bei neigiamai įkrauti jonai, dujos pradeda vesti srovę.

Kai elektrodo galas liečiasi su netauriuoju metalu, išsiskiria didelis šilumos kiekis, dėl to paspartėja laisvųjų elektronų judėjimas.

Atjungus elektrodą nuo netauriojo metalo tarpelektrodų plyšyje, elektronai susiduria su neutraliais dujų atomais ir juos jonizuoja, t.y. suskirstyti į jonus su skirtingais krūvio ženklais. Dėl to dujos tampa laidžios elektrai. Elektronų emisijos (išėjimo) iš elektrodo galo paviršiaus tipai:

• terminė emisija;
• lauko emisija;
• fotoelektroninė emisija;
• elektronų emisija dėl sunkiųjų jonų srautų.

Stabilų lanko degimą įtakoja laisvųjų elektronų ir jonų susidarymo (jonizacijos) procesai neutralių elektros lanko dujų tūryje. Apsvarstykite jonizacijos tipus elektros iškrovoje.

Jonizacija susidūrimo būdu. Elektronų judėjimą labai pagreitina katodo srityje veikiantis elektrinis laukas. Jie savo kelyje sutinka neutralių dujų atomus, atsitrenkia į juos ir išmuša elektronus. Jonizacija kaitinant (terminė jonizacija). Jonų susidarymas dujų terpėje stebimas aukštesnėje nei 1750°C temperatūroje. Jonizacija kaitinant vyksta dėl neelastingų dujų dalelių susidūrimų su dideliu kinetinės energijos tiekimu. Radiacijos jonizacija (fotojonizacija). Šiuo atveju dujų jonizacija elektros lanku daro įtaką šviesos spinduliuotės energijos dujų tarpui. Jonizacija spinduliuote įvyks, jei šviesos kvantų energija viršys energiją, reikalingą dujų dalelių jonizacijai.

Suvirinimo lanko savybės

Suvirinimo lanko užsidegimas prasideda nuo to momento, kai elektrodas paliečia suvirinamą metalą, t.y. su trumpuoju jungimu.

Ant pav. 1 parodyta procesų seka užsidegant suvirinimo lankui.

Kadangi elektrodo galas ir virinamo metalo paviršius turi nelygumų, trumpojo jungimo metu kontaktas tarp jų atsiranda atskiruose taškuose (1a pav.).

1 pav. Lanko uždegimo seka
a - trumpasis jungimas; b - tilto formavimas iš skysto metalo; c - lanko atsiradimas

Todėl srovės tankis kontaktiniuose taškuose pasiekia dideles reikšmes, metalas akimirksniu išsilydo, sudarydamas skysto metalo tiltelį tarp elektrodo ir virinamo metalo (1b pav.).

Nuėmus elektrodą nuo metalinio paviršiaus iki tam tikro ilgio, vadinamo lanko ilgiu L, skysčio tiltelis ištempiamas mažėjant skerspjūviui, tada tuo metu, kai metalas pasiekia tiltelį, virimo temperatūra išgaruoja ir tiltas nutrūksta (1c pav.).

Susidaro iškrovos tarpas, kuris užpildomas įkrautomis metalo garų dalelėmis, elektrodų dangomis ir dujomis. Taip atsiranda suvirinimo lankas, kuris yra šviečianti įkaitintų dujų kolonėlė, susidedanti iš elektronų, jonų ir neutralių atomų.

Tokia dujų būsena vadinama plazma, kuri yra elektriškai neutrali, nes joje yra tiek pat teigiamų ir neigiamų dalelių.

Lanko kolonėlės temperatūra yra aukštesnė už elektrodo ir ruošinio metalo virimo temperatūrą, o elektrodo galas ir ruošinys yra atskirti nuo lanko kolonėlės tarpiniais dujų sluoksniais, vadinamais artimuoju elektrodu. lanko sritys, (2 pav.).

Ryžiai. 2. Suvirinimo lanko schema.
1 - elektrodai; 2 - katodo taškas; 3 - katodo sritis; 4 - lanko kolona; 5 - anodo sritis; 6 - anodo vieta; 7 - suvirinimo baseinas; 8 - suvirinta dalis.

3 katodo srityje elektronai iš 2 katodo taško išspinduliuojami į 4 lanko stulpelį, kur jie jonizuoja neutralius atomus.

Katodo srityje, esant milimetro dalims, koncentruojasi nemaža lanko įtampos dalis, kuri vadinama katodo įtampos kritimu ir siekia 10...16 V.

Anodo srityje 5 šalia anodo taško 6 pastebimas staigus įtampos kritimas per vidutinį laisvą elektrono kelią. Šis įtampos kritimas vadinamas anodo įtampos kritimu, kurio reikšmė yra 6 ... 8 V. Šioje srityje elektronai smarkiai padidina greitį ir anodo vietoje yra neutralizuojami. Anodas energiją iš lanko gauna elektronų srauto ir šiluminės spinduliuotės pavidalu, todėl anodo srities temperatūra yra aukštesnė už katodo srities temperatūrą, o anode išsiskiria didelis šilumos kiekis.

Suvirinant tiesiogine poliškumo nuolatine srove, temperatūra įvairiose suvirinimo lanko zonose:

• lanko kolonos viduryje - apie 6000°C;
• anodo srityje - 2600°C;
• katodo srityje - 2400°C;
• suvirinimo baseine - 1700 ... 2000 ° С.

Suvirinant kintamąja srove, lanko šilumos pasiskirstymas ir temperatūra katodo ir anodo srityse yra maždaug vienodi (katodo sritis ant elektrodo).

Elektrinis suvirinimo lankas- tai ilgalaikė elektros iškrova plazmoje, kuri yra apsauginės atmosferos komponentų, užpildo ir netauriųjų metalų jonizuotų dujų ir garų mišinys.

Lankas pavadintas dėl būdingos formos, kurią įgauna, kai jis dega tarp dviejų horizontaliai išdėstytų elektrodų; įkaitusios dujos linkusios kilti aukštyn ir ši elektros iškrova išlinksta, įgauna arkos arba lanko formą.

Praktiniu požiūriu lankas gali būti laikomas dujų laidininku, kuris elektros energiją paverčia šilumine energija. Jis užtikrina aukštą šildymo intensyvumą ir yra lengvai valdomas elektriniais parametrais.

Bendra dujų savybė yra ta, kad normaliomis sąlygomis jos nėra elektros srovės laidininkai. Tačiau esant palankioms sąlygoms (aukštai temperatūrai ir esant didelio stiprumo išoriniam elektriniam laukui), dujos gali jonizuotis, t.y. jų atomai ar molekulės gali išleisti arba, elektronegatyviems elementams, priešingai, sugauti elektronus, atitinkamai virsdami teigiamais arba neigiamais jonais. Dėl šių pokyčių dujos pereina į ketvirtąją materijos būseną, vadinamą plazma, kuri yra elektrai laidži.

Suvirinimo lanko sužadinimas vyksta keliais etapais. Pavyzdžiui, suvirinant MIG / MAG, kai susiliečia elektrodo galas ir ruošinys, atsiranda kontaktas tarp jų paviršių mikro iškyšų. Didelis srovės tankis prisideda prie greito šių išsikišimų tirpimo ir skysto metalo sluoksnio susidarymo, kuris nuolat didėja link elektrodo ir ilgainiui nutrūksta.

Trumpiklio plyšimo momentu metalas greitai išgaruoja, o iškrovos tarpas užpildomas šiuo atveju atsirandančiais jonais ir elektronais. Dėl to, kad elektrodui ir ruošiniui yra padėta įtampa, pradeda judėti elektronai ir jonai: elektronai ir neigiamo krūvio jonai - į anodą, o teigiamai įkrauti jonai - į katodą ir taip sužadinamas suvirinimo lankas. Sužadinus lanką, laisvųjų elektronų ir teigiamų jonų koncentracija lanko tarpelyje ir toliau didėja, nes elektronai savo kelyje susiduria su atomais ir molekulėmis ir „išmuša“ iš jų dar daugiau elektronų (šiuo atveju atomų, kurie praradę vieną ar daugiau elektronų tapo teigiamai įkrautais jonais). Vyksta intensyvi lanko tarpo dujų jonizacija ir lankas įgauna stabilaus lankinio išlydžio pobūdį.

Praėjus kelioms sekundės dalims po lanko paleidimo, ant netauriojo metalo pradeda formuotis suvirinimo baseinas, o ant elektrodo galo pradeda formuotis metalo lašas. Ir po dar maždaug 50 - 100 milisekundžių nustatomas stabilus metalo perkėlimas iš elektrodo laido galo į suvirinimo baseiną. Tai gali būti atliekama lašais, kurie laisvai skraido virš lanko tarpo, arba lašais, kurie pirmiausia sudaro trumpąjį jungimą ir tada patenka į suvirinimo baseiną.

Lanko elektrines savybes lemia procesai, vykstantys trijose jam būdingose ​​zonose – stulpelyje, taip pat artimųjų elektrodų lanko srityse (katodo ir anodo), esančiose tarp lanko kolonėlės vienoje pusėje ir elektrodas ir gaminys kitoje.

Norint išlaikyti lanko plazmą suvirinant sunaudojamąjį elektrodą, pakanka tiekti 10–1000 amperų srovę ir tarp elektrodo ir ruošinio prijungti 15–40 voltų elektros įtampą. Tokiu atveju įtampos kritimas pačiame lanko stulpelyje neviršys kelių voltų. Likusi įtampa krenta ant lanko katodo ir anodo sričių. Lanko stulpelio ilgis vidutiniškai siekia 10 mm, o tai atitinka maždaug 99% lanko ilgio. Taigi elektrinio lauko stipris lanko stulpelyje yra nuo 0,1 iki 1,0 V/mm. Katodo ir anodo sritys, priešingai, pasižymi labai trumpu išplėtimu (apie 0,0001 mm katodo srityje, kuri atitinka vidutinį laisvąjį jono kelią, ir 0,001 mm anodo srityje, kuri atitinka vidurkį laisvas elektrono kelias). Atitinkamai, šios sritys turi labai didelį elektrinio lauko stiprumą (iki 104 V/mm katodo srityje ir iki 103 V/mm anodo srityje).

Eksperimentiškai nustatyta, kad suvirinant sunaudojamąjį elektrodą, įtampos kritimas katodo srityje viršija įtampos kritimą anodo srityje: atitinkamai 12–20 V ir 2–8 V. Atsižvelgiant į tai, kad šilumos išsiskyrimas ant elektros grandinės objektų priklauso nuo srovės ir įtampos, tampa aišku, kad suvirinant sunaudojamuoju elektrodu daugiau šilumos išsiskiria toje vietoje, kur nukrenta daugiau įtampos, t.y. katode. Todėl, suvirinant sunaudojamuoju elektrodu, naudojamas atvirkštinis suvirinimo srovės jungties poliškumas, kai gaminys tarnauja kaip katodas, užtikrinantis gilų netauriojo metalo įsiskverbimą (šiuo atveju teigiamas maitinimo šaltinio polius yra prijungtas prie elektrodas). Tiesioginis poliškumas kartais naudojamas atliekant paviršių dengimą (kai, atvirkščiai, pageidautina, kad netauriojo metalo prasiskverbimas būtų minimalus).

TIG suvirinimo sąlygomis (nenaudojamo elektrodo suvirinimas) katodo įtampos kritimas, priešingai, yra daug mažesnis nei anodo įtampos kritimas ir, atitinkamai, tokiomis sąlygomis prie anodo jau susidaro daugiau šilumos. Todėl suvirinant nenaudojamu elektrodu, siekiant užtikrinti gilų netauriojo metalo įsiskverbimą, ruošinys prijungiamas prie teigiamo maitinimo šaltinio gnybto (ir jis tampa anodu), o elektrodas prijungiamas prie neigiamo. gnybtas (taip pat užtikrina elektrodo apsaugą nuo perkaitimo).

Šiuo atveju, neatsižvelgiant į elektrodo tipą (sunaudojamasis ar nenaudojamas), šiluma daugiausia išsiskiria aktyviose lanko srityse (katodas ir anodas), o ne lanko stulpelyje. Ši lanko savybė naudojama išlydyti tik tas netauriojo metalo vietas, į kurias nukreiptas lankas.

Tos elektrodų dalys, pro kurias teka lanko srovė, vadinamos aktyviosiomis dėmėmis (teigiamojo elektrodo – anodo taškas, o neigiamo elektrodo – katodo taškas). Katodo taškas yra laisvųjų elektronų, prisidedančių prie lanko tarpo jonizacijos, šaltinis. Tuo pačiu metu į katodą plūsta teigiamų jonų srautai, kurie jį bombarduoja ir perduoda jam savo kinetinę energiją. Temperatūra katodo paviršiuje aktyviosios vietos srityje suvirinant sunaudojamąjį elektrodą pasiekia 2500 ... 3000 °C.

Lk - katodo sritis; La - anodo sritis (La = Lk = 10 -5 -10 -3 cm); Lst - lanko stulpelis; Ld - lanko ilgis; Ld \u003d Lk + La + Lst

Į anodo vietą veržiasi elektronų ir neigiamo krūvio jonų srautai, kurie perduoda jai savo kinetinę energiją. Temperatūra ant anodo paviršiaus aktyviosios dėmės srityje suvirinant sunaudojamąjį elektrodą pasiekia 2500 ... 4000°C. Lanko kolonėlės temperatūra suvirinant sunaudojamąjį elektrodą svyruoja nuo 7000 iki 18000°C (palyginimui: plieno lydymosi temperatūra yra maždaug 1500°C).

Įtaka magnetinių laukų lankui

Suvirinant nuolatine srove, dažnai pastebimas toks reiškinys kaip magnetinis. Jis pasižymi šiomis savybėmis:

Suvirinimo lanko stulpelis smarkiai nukrypsta nuo įprastos padėties;
- lankas dega nestabiliai, dažnai lūžta;
- pasikeičia lanko degimo garsas - pasirodo iššokimai.

Magnetinis pūtimas sutrikdo siūlės formavimąsi ir gali prisidėti prie tokių siūlės defektų atsiradimo kaip nesusiliejimo ir susiliejimo trūkumas. Magnetinio sprogimo atsiradimo priežastis yra suvirinimo lanko magnetinio lauko sąveika su kitais šalia esančiais magnetiniais laukais arba feromagnetinėmis masėmis.

Lanko stulpelis gali būti laikomas suvirinimo grandinės dalimi lankstaus laidininko, aplink kurį yra magnetinis laukas, forma.

Dėl lanko magnetinio lauko ir magnetinio lauko, atsirandančio suvirintoje dalyje praeinant srovei, sąveikos suvirinimo lankas nukrypsta priešinga laidininko prijungimo vietai.

Feromagnetinių masių įtaka lanko deformacijai atsiranda dėl to, kad dėl didelio atsparumo lanko lauko magnetinio lauko linijų praėjimui per orą ir per feromagnetines medžiagas (geležies ir jos lydinius) skirtumo, magnetinis laukas labiau koncentruojamas toje pusėje, kuri yra priešinga masės vietai, todėl lanko stulpelis pasislenka į šoninį feromagnetinį kūną.

Suvirinimo lanko magnetinis laukas didėja didėjant suvirinimo srovei. Todėl magnetinio sprogimo poveikis dažniau pasireiškia suvirinant padidintu režimu.

Norėdami sumažinti magnetinio sprogimo poveikį suvirinimo procesui, galite:

Trumpojo lankinio suvirinimo atlikimas;
- pakreipiant elektrodą taip, kad jo galas būtų nukreiptas į magnetinio sprogimo veikimą;
- srovės laidą priartinti prie lanko.

Magnetinio pūtimo poveikį taip pat galima sumažinti pakeitus tiesioginę suvirinimo srovę kintamąja, kuriai esant magnetinis pūtimas yra daug mažiau ryškus. Tačiau reikia atsiminti, kad kintamosios srovės lankas yra mažiau stabilus, nes dėl poliškumo pasikeitimo jis užgęsta ir vėl užsidega 100 kartų per sekundę. Kad kintamosios srovės lankas degtų stabiliai, reikia naudoti lanko stabilizatorius (lengvai jonizuojančius elementus), kurie įvedami, pavyzdžiui, į elektrodo dangą ar srautą.

Elektros lankas yra iškrovos rūšis, kuriai būdingas didelis srovės tankis, aukšta temperatūra, padidėjęs dujų slėgis ir nedidelis įtampos kritimas lanko tarpelyje. Tokiu atveju vyksta intensyvus elektrodų (kontaktų) kaitinimas, ant kurių susidaro vadinamosios katodo ir anodo dėmės. Katodo švytėjimas sutelktas mažoje šviesioje vietoje, o priešingo elektrodo raudonai įkaitusi dalis sudaro anodo dėmę.

Lanke galima pažymėti tris sritis, kurios labai skiriasi jose vykstančių procesų pobūdžiu. Tiesiogiai prie neigiamo lanko elektrodo (katodo), katodo įtampos kritimo sritis yra greta. Toliau ateina plazmos lanko statinė. Tiesiai prie teigiamo elektrodo (anodo) ribojasi su anodo įtampos kritimo sritimi. Šios sritys schematiškai parodytos Fig. vienas.

Ryžiai. 1. Elektros lanko sandara

Katodo ir anodo įtampos kritimo matmenys paveiksle yra labai perdėti. Tiesą sakant, jų ilgis yra labai mažas.Pavyzdžiui, katodo įtampos kritimo ilgis turi elektrono laisvo judėjimo kelio eilės reikšmę (mažiau nei 1 mikronas). Anodo įtampos kritimo srities ilgis paprastai yra šiek tiek didesnis už šią vertę.

Normaliomis sąlygomis oras yra geras izoliatorius. Taigi įtampa, reikalinga 1 cm oro tarpui suskaidyti, yra 30 kV. Tam, kad oro tarpas taptų laidininku, jame reikia sukurti tam tikrą įkrautų dalelių (elektronų ir jonų) koncentraciją.

Kaip atsiranda elektros lankas

Elektrinis lankas, kuris yra įkrautų dalelių srautas, pradiniu kontakto divergencijos momentu atsiranda dėl to, kad lanko tarpo dujose yra laisvųjų elektronų ir elektronų, išsiskiriančių iš katodo paviršiaus. Laisvieji elektronai, esantys tarpelyje tarp kontaktų, veikiami elektrinio lauko jėgų, dideliu greičiu juda kryptimi nuo katodo iki anodo.

Lauko stiprumas kontaktų nukrypimo pradžioje gali siekti kelis tūkstančius kilovoltų per centimetrą. Veikiant šio lauko jėgoms, elektronai išbėga nuo katodo paviršiaus ir pereina į anodą, išmušdami iš jo elektronus, kurie sudaro elektronų debesį. Pradinis tokiu būdu sukurtas elektronų srautas vėliau sudaro intensyvią lanko tarpo jonizaciją.

Kartu su jonizacijos procesais, dejonizacijos procesai vyksta lygiagrečiai ir nuolat lanku. Dejonizacijos procesai susideda iš to, kad kai du skirtingų ženklų jonai arba teigiamas jonas ir elektronas priartėja vienas prie kito, jie pritraukiami ir, susidūrę, neutralizuojami, be to, įkrautos dalelės pasislenka iš sielų degimo srities. didesnė įkrovimo koncentracija į aplinką su mažesne krūvio koncentracija. Visi šie veiksniai lemia lanko temperatūros sumažėjimą, jo aušinimą ir išnykimą.

Ryžiai. 2. Elektros lankas

Lankas po uždegimo

Esant pastoviai degimo būsenai, jonizacijos ir dejonizacijos procesai jame yra pusiausvyroje. Lanko velenas su vienodu laisvų teigiamų ir neigiamų krūvių skaičiumi pasižymi dideliu dujų jonizacijos laipsniu.

Medžiaga, kurios jonizacijos laipsnis artimas vienetui, t.y. kurioje nėra neutralių atomų ir molekulių, vadinama plazma.

Elektros lankas pasižymi šiomis savybėmis:

1. Aiškiai apibrėžta riba tarp lanko veleno ir aplinkos.

2. Aukšta temperatūra lanko statinės viduje, siekianti 6000 - 25000K.

3. Didelis srovės tankis ir lanko velenas (100 - 1000 A/mm2).

4. Mažos anodo ir katodo įtampos vertės krenta ir praktiškai nepriklauso nuo srovės (10 - 20 V).

Volt-amperinė elektros lanko charakteristika

Pagrindinė nuolatinės srovės lanko charakteristika yra lanko įtampos priklausomybė nuo srovės, kuri vadinama srovės įtampos charakteristika (VAC).

Lankas atsiranda tarp kontaktų esant tam tikrai įtampai (3 pav.), vadinamai uždegimo įtampa Uz, ir priklauso nuo atstumo tarp kontaktų, nuo terpės temperatūros ir slėgio bei nuo kontaktų divergencijos greičio. Lanko gesinimo įtampa Ug visada yra mažesnė už įtampą U c.

Ryžiai. 3. Nuolatinės srovės lanko (a) ir ekvivalentinės grandinės (b) voltų-amperų charakteristika

1 kreivė vaizduoja statinę lanko charakteristiką, t.y. gaunamas lėtai keičiant srovę. Charakteristika turi krintantį pobūdį. Didėjant srovei, lanko įtampa mažėja. Tai reiškia, kad lanko tarpo pasipriešinimas mažėja greičiau, kurio srovė didėja.

Jei tam tikru greičiu sumažinsime srovę lanke nuo I1 iki nulio ir tuo pačiu fiksuosime įtampos kritimą per lanką, tai bus gautos kreivės 2 ir 3. Šios kreivės vadinamos dinamines charakteristikas.

Kuo greičiau sumažinama srovė, tuo mažesnės bus dinaminės I–V charakteristikos. Tai paaiškinama tuo, kad mažėjant srovei tokie lanko parametrai, kaip veleno skerspjūvis, temperatūra, nespėja greitai keistis ir įgyti verčių, atitinkančių mažesnę srovės vertę pastovioje būsenoje.

Įtampos kritimas per lanko tarpą:

Ud \u003d U s + EdId,

kur U c \u003d U k + U a - beveik elektrodo įtampos kritimas, Ed - išilginis įtampos gradientas lanke, Id - lanko ilgis.

Iš formulės matyti, kad padidėjus lanko ilgiui, padidės įtampos kritimas lanke, o I–V charakteristika bus didesnė.

Jie kovoja su elektros lanku projektuodami perjungiančius elektros prietaisus. Elektros lanko savybės naudojamos ir viduje.

Elektrinio lankinio suvirinimo principas pagrįstas elektros iškrovos, kuri atsiranda tarp suvirinimo elektrodo ir metalinio ruošinio, temperatūros naudojimu.

Lanko išlydis susidaro dėl oro tarpo elektrinio gedimo. Pasireiškus šiam reiškiniui, vyksta dujų molekulių jonizacija, padidėja jų temperatūra ir elektrinis laidumas, pereinama į plazmos būseną.

Suvirinimo lanko degimą lydi didelis šviesos ir ypač šiluminės energijos kiekis, dėl kurio staigiai pakyla temperatūra, atsiranda vietinis ruošinio metalo lydymasis. Tai yra suvirinimas.

Eksploatacijos metu, norint inicijuoti lankinį išlydį, sukuriamas trumpalaikis ruošinio kontaktas su elektrodu, tai yra, sukuriamas trumpasis jungimas, po kurio nutraukiamas metalinis kontaktas ir nustatomas reikiamas oro tarpas. Tokiu būdu parenkamas optimalus suvirinimo lanko ilgis.

Esant labai trumpam išlydžiui, elektrodas gali prilipti prie ruošinio, lydytis per intensyviai, todėl gali susidaryti įdubimas. Ilgas lankas pasižymi nestabiliu degimu ir nepakankamai aukšta temperatūra suvirinimo zonoje.

Eksploatuojant pramoninius suvirinimo įrenginius su gana masyviomis dalimis, dažnai galima pastebėti suvirinimo lanko formos nestabilumą ir matomus iškraipymus. Šis reiškinys vadinamas magnetiniu pūtimu.

Jo esmė slypi tame, kad lanko suvirinimo srovė sukuria tam tikrą magnetinį lauką, kuris sąveikauja su magnetiniu lauku, kurį sukuria srovė, tekanti per masyvų ruošinį.

Tai yra, lanko įlinkį sukelia magnetinės jėgos. Šis procesas vadinamas pūtimu, nes lankas nukrypsta, tarsi vėjo įtaka.

Radikalių būdų kovoti su šiuo reiškiniu nėra. Norint sumažinti magnetinio sprogimo poveikį, naudojamas suvirinimas sutrumpintu lanku, o elektrodas taip pat yra išdėstytas tam tikru kampu.

Degimo aplinka

Yra keletas skirtingų suvirinimo technologijų, kuriose naudojami lankiniai iškrovimai, kurie skiriasi savybėmis ir parametrais. Elektrinis suvirinimo lankas turi šias veisles:

• atviras. Išmetimo deginimas vyksta tiesiai atmosferoje;
• uždaryta. Degimo metu susidariusi aukšta temperatūra sukelia gausų dujų išsiskyrimą iš degimo srauto. Srautas yra suvirinimo elektrodų dangoje;
• apsauginėje dujų aplinkoje. Šiuo atveju dujos tiekiamos į suvirinimo zoną, dažniausiai tai yra helis, argonas arba anglies dioksidas.

Suvirinimo zonos apsauga būtina, kad būtų išvengta aktyvios lydančio metalo oksidacijos, veikiant atmosferos deguoniui.

Oksido sluoksnis neleidžia susidaryti ištisinei suvirinimo siūlei, metalas sandūroje įgauna poringumą, dėl to sumažėja jungties stiprumas ir sandarumas.

Tam tikru mastu pats lankas gali sukurti mikroklimatą degimo zonoje, nes susidaro aukšto slėgio sritis, kuri neleidžia patekti atmosferos orui.

Srauto naudojimas leidžia aktyviau išspausti orą iš suvirinimo zonos. Naudojant apsaugines dujas, tiekiamas esant slėgiui, ši problema beveik visiškai išsprendžiama.

Iškrovimo trukmė

Be apsaugos kriterijų, lanko iškrova klasifikuojama pagal trukmę. Yra procesų, kurių metu lankas dega impulsiniu režimu.

Tokiuose įrenginiuose suvirinimas atliekamas trumpais blyksniais. Blyksnio metu temperatūra turi laiko pakilti iki vertės, kurios pakanka vietiniam mažos zonos, kurioje susidaro taškinė jungtis, išlydymas.

Daugumoje taikomų suvirinimo technologijų naudojamas gana ilgas lanko degimo laikas. Suvirinimo proceso metu vyksta nuolatinis elektrodo judėjimas išilgai sujungtų kraštų.

Padidėjusios temperatūros sritis, kuri sukuria , juda paskui elektrodą. Po suvirinimo elektrodo judėjimo, taigi ir lankinio išlydžio, praleidžiamos sekcijos temperatūra sumažėja, suvirinimo baseinas kristalizuojasi ir susidaro tvirta siūlė.

Lanko iškrovos struktūra

Lanko iškrovimo sritis sąlyginai padalinta į tris dalis. Sritys, esančios tiesiai prie polių (anodo ir katodo), vadinamos atitinkamai anodu ir katodu.

Centrinė lankinio išlydžio dalis, esanti tarp anodo ir katodo sričių, vadinama lanko kolona. Temperatūra suvirinimo lanko zonoje gali siekti kelis tūkstančius laipsnių (iki 7000 °C).

Nors šiluma iki galo neperduoda metalui, jos užtenka išsilydyti. Taigi, plieno lydymosi temperatūra palyginimui yra 1300-1500 °C.

Norint užtikrinti stabilų lanko išlydžio degimą, būtinos šios sąlygos: 10 amperų eilės srovė (tai yra mažiausia vertė, didžiausia gali siekti 1000 amperų), išlaikant lanko įtampą nuo 15 iki 40 voltų.

Šios įtampos kritimas atsiranda lanko išlydžio metu. Įtempių pasiskirstymas lanko zonose vyksta netolygiai. Dauguma taikomų įtampos kritimų atsiranda anodo ir katodo zonose.

Eksperimentiškai nustatyta, kad esant , didžiausias įtampos kritimas stebimas katodo zonoje. Didžiausias temperatūros gradientas stebimas toje pačioje lanko dalyje.

Todėl, renkantis suvirinimo proceso poliškumą, katodas prijungiamas prie elektrodo tada, kai norima pasiekti didžiausią jo lydymą pakeliant jo temperatūrą. Priešingai, norint giliau prasiskverbti į ruošinį, prie jo pritvirtinamas katodas. Lanko stulpelyje krenta mažiausia įtampos dalis.

Suvirinant nenaudojamu elektrodu, katodo įtampos kritimas yra mažesnis nei anodo, tai yra, aukštos temperatūros zona perkeliama į anodą.

Todėl, naudojant šią technologiją, ruošinys yra prijungtas prie anodo, kuris užtikrina gerą jo įkaitimą ir nesunaudojamo elektrodo apsaugą nuo per didelės temperatūros.

Temperatūros zonos

Pažymėtina, kad bet kokio tipo suvirinimui, tiek sunaudojamiesiems, tiek nenaudojamiesiems elektrodams, lanko stulpelio (jos centro) temperatūra yra aukščiausia - apie 5000-7000 ° C, o kartais ir aukštesnė.

Žemiausios temperatūros zonos yra viename iš aktyvių sričių, katode arba anode. Šiose zonose gali išsiskirti 60-70% lanko šilumos.

Be intensyvaus ruošinio ir suvirinimo elektrodo temperatūros padidėjimo, išlydis skleidžia infraraudonąsias ir ultravioletines bangas, kurios gali turėti žalingą poveikį suvirintojo kūnui. Dėl to būtina taikyti apsaugos priemones.

Kalbant apie kintamos srovės suvirinimą, poliškumo sąvoka ten neegzistuoja, nes anodo ir katodo padėtis keičiasi pramoniniu 50 virpesių per sekundę dažniu.

Lankas šiame procese yra mažiau stabilus, palyginti su nuolatine srove, jo temperatūra svyruoja. Kintamosios srovės suvirinimo procesų pranašumai apima tik paprastesnę ir pigesnę įrangą ir netgi beveik visišką tokio reiškinio kaip magnetinis pūtimas, kuris buvo minėtas aukščiau, nebuvimą.

Volt-amper charakteristikos

Grafike pavaizduotos maitinimo šaltinio įtampos priklausomybės nuo suvirinimo srovės dydžio kreivės, vadinamos suvirinimo proceso srovės-įtampos charakteristikomis.

Raudonos kreivės rodo įtampos pokytį tarp elektrodo ir ruošinio suvirinimo lanko sužadinimo ir jo pastovaus degimo fazėse. Kreivių pradžios taškai atitinka maitinimo šaltinio atvirosios grandinės įtampą.

Suvirintojo sužadinimo lankinio išlydžio momentu įtampa staigiai krenta iki tol, kol stabilizuojasi lanko parametrai, nustatoma suvirinimo srovės vertė, priklausomai nuo naudojamo elektrodo skersmens, maitinimo šaltinio galios. ir nustatytas lanko ilgis.

Prasidėjus šiam laikotarpiui, lanko įtampa ir temperatūra stabilizuojasi, o visas procesas tampa stabilus.