Modelio dizaineris 1998 №4
Nuolatinės srovės suvirinimo aparatų pranašumai, palyginti su „kintamosios srovės analogais“, yra gerai žinomi. Tai apima minkštą lanko uždegimą, galimybę sujungti plonasienes dalis, mažiau metalo purslų ir nesuvirinančių zonų nebuvimą. Nėra net erzinančios (ir, kaip paaiškėjo, kenksmingos žmonėms) menkės. Ir viskas todėl, kad suvirinimo aparatams nėra pagrindinio kintamoji srovė ypatybė - pertraukiamas lanko deginimas, kai maitinimo įtampos sinusoidas teka per nulį (1 pav.).
Ryžiai. 1. Grafikai, paaiškinantys suvirinimo kintamąja (a) ir nuolatine (b) srove procesą.
Pereinant nuo grafikų prie realių konstrukcijų, taip pat reikėtų pažymėti: kintamosios srovės mašinose, siekiant pagerinti ir palengvinti suvirinimą, naudojami galingi transformatoriai (magnetinė grandinė pagaminta iš specialios elektrinės geležies su staigiai krintančiomis charakteristikomis) ir sąmoningai aukšta įtampa. antrinė apvija, siekianti iki 80 V, nors 25-36 V užtenka palaikyti lanko degimą ir metalo nusėdimą suvirinimo zonoje Tenka taikstytis su pernelyg didele aparato mase ir matmenimis, padidėjusiomis elektros sąnaudomis. Sumažinus įtampą, kuri transformuojama į antrinė grandinė, iki 36 V, galima 5-6 kartus sumažinti „suvirintojo“ svorį, padidinti jo matmenis iki nešiojamojo televizoriaus dydžio, pagerinant kitas eksploatacines charakteristikas.
Bet kaip uždegti lanką su žemos įtampos apvija?
Sprendimas buvo įvesti diodinį tiltelį su kondensatoriumi į antrinę grandinę. Dėl to modernizuoto „suvirintojo“ išėjimo įtampa buvo padidinta beveik 1,5 karto. Ekspertų nuomonė pasitvirtina praktikoje: viršijus 40 voltų nuolatinės srovės barjerą, lankas lengvai užsidega ir tolygiai dega, leidžia suvirinti net ploną korpuso metalą.
Ryžiai. 2. Fundamentalus grandinės schema DC suvirinimo aparatas.
Tačiau pastarasis yra lengvai paaiškinamas. Į grandinę įvedus didelę talpą, suvirinimo aparato charakteristika taip pat staigiai krenta (3 pav.). Kondensatoriaus sukurta pradinė padidėjusi įtampa palengvina lanko užsidegimą. O kai suvirinimo elektrodo potencialas nukrenta iki transformatoriaus U2 (darbo taškas "A"), įvyks stabilaus lanko degimo procesas su metalo nusėdimu suvirinimo zonoje.
Ryžiai. 3. "Suvirintojo" voltų amperų charakteristika.
Autoriaus rekomenduojamą „suvirintuvą“ galima surinkti net namuose, remiantis pramoniniu galios transformatorius 220-36/42 V (dažniausiai naudojamas saugos apšvietimo sistemose ir žemos įtampos gamyklinės įrangos maitinimo šaltinyje). Įsitikinę, kad pirminė apvija, kurioje paprastai yra 250 vijų izoliuoto laido, kurio skerspjūvis yra 1,5 mm 2, yra nepažeista, patikrinamos antrinės. Jei jų būklė nėra svarbi, viskas (išskyrus veikiančią tinklo apviją) be gailesčio ištrinama. O atlaisvintoje erdvėje jie vingiuoja (kol „langas“ užsipildys) naują antrinė apvija. Rekomenduojamam 1,5 kVA transformatoriui tai yra 46 apsisukimai vario arba aliuminio magistralės, kurios skerspjūvis 20 mm 2 su gera izoliacija. O kaip padanga tai gana tinkamas kabelis(arba keli izoliuoti viengysliai laidai, susukti į ryšulį), kurių bendras skerspjūvis yra 20 mm 2.
ELEKTRODŲ SKYRIAUS PASIRINKIMAS PRIKLAUSOMAS NUO TRANSFORMACIJOS GALIOS
Lygintuvų tiltelį galima surinkti iš puslaidininkinių diodų, kurių darbinė srovė yra 120-160 A, įrengiant juos ant 100x100 mm šilumos kriauklių-radiatorių. Patogiausia tokį tiltelį pastatyti tame pačiame korpuse su transformatoriumi ir kondensatoriumi, į priekinį tekstolitą atnešant 16 amperų jungiklį, „On“ signalinės šviesos akutę, taip pat „pliuso“ ir „minuso“ gnybtus. skydelis (4 pav.). Norėdami prijungti prie elektrodo laikiklio ir „žemės“, naudokite atitinkamo ilgio viengyslio kabelio segmentą, kurio vario skerspjūvis yra 20–25 mm 2. Kalbant apie pačius suvirinimo elektrodus, jų skersmuo priklauso nuo naudojamo transformatoriaus galios.
Ryžiai. 4. Naminis nuolatinės srovės suvirinimo aparatas.
Ir toliau. Atliekant bandymus rekomenduojama, atjungiant įrenginį (praėjus 10 minučių po suvirinimo) nuo tinklo, patikrinti transformatoriaus, diodinio tiltelio ir kondensatoriaus šilumines sąlygas. Tik įsitikinus, kad viskas tvarkoje, galima dirbti toliau. Juk perkaitęs „suvirintojas“ – padidinto pavojaus šaltinis!
Iš kitų reikalavimų, manau, verta atkreipti dėmesį į tai, kad suvirinimo aparatas turi būti su apsaugine kauke nuo kibirkščių, pirštinėmis ir guminiu kilimėliu. Vieta, kurioje atliekami suvirinimo darbai, įrengta atsižvelgiant į priešgaisrinės saugos reikalavimus. Be to, būtina užtikrinti, kad šalia nebūtų skudurų ar kitų degių medžiagų, o „suvirintojo“ prijungimas prie tinklo turi būti atliekamas laikantis elektros saugos taisyklių per galingą elektros skydo kištukinę jungtį. įėjimas į pastatą.
V.KONOVALOVAS, Irkutskas
Suvirinimo ir suvirinimo įranga
Nuolatinės srovės suvirinimo aparatų privalumai anksčiau nei gerai žinomi jų „kintamosios srovės atitikmenys“. Tai apima minkštą lanko uždegimą, galimybę sujungti plonasienes dalis, mažiau metalo purslų ir nesuvirinančių zonų nebuvimą. Nėra net erzinančios (ir, kaip paaiškėjo, kenksmingos žmonėms) menkės. Ir viskas dėl to, kad nėra pagrindinės kintamosios srovės suvirinimo aparatams būdingos savybės – nutrūkstamo lanko degimo, kai maitinimo įtampos sinusoidas teka per nulį (1 pav.).
Pereinant nuo grafikų prie realių konstrukcijų, taip pat reikėtų pažymėti: kintamosios srovės mašinose, siekiant pagerinti ir palengvinti suvirinimą, naudojami galingi transformatoriai (magnetinė grandinė pagaminta iš specialios elektrinės geležies su staigiai krintančiomis charakteristikomis) ir sąmoningai aukšta įtampa. antrinė apvija, siekianti iki 80 V, nors 25-36 V užtenka palaikyti lanko degimą ir metalo nusėdimą suvirinimo zonoje Tenka taikstytis su pernelyg didele aparato mase ir matmenimis, padidėjusiomis elektros sąnaudomis. Sumažinus į antrinę grandinę transformuojamą įtampą iki 36 V, galima 5-6 kartus sumažinti „suvirintojo“ svorį, padidinti jo matmenis iki nešiojamojo televizoriaus dydžio ir pagerinti kitas eksploatacines charakteristikas.
Bet kaip uždegti lanką su žemos įtampos apvija?
Sprendimas buvo įvesti diodinį tiltelį su kondensatoriumi į antrinę grandinę. Dėl to modernizuoto „suvirintojo“ išėjimo įtampa buvo padidinta beveik 1,5 karto. Ekspertų nuomonė pasitvirtina praktikoje: viršijus 40 voltų nuolatinės srovės barjerą, lankas lengvai užsidega ir tolygiai dega, leidžia suvirinti net ploną korpuso metalą.
Tačiau pastarasis yra lengvai paaiškinamas. Į grandinę įvedus didelę talpą, suvirinimo aparato charakteristika taip pat staigiai krenta (3 pav.). Kondensatoriaus sukurta pradinė padidėjusi įtampa palengvina lanko užsidegimą. O kai suvirinimo elektrodo potencialas nukrenta iki transformatoriaus U2 (darbo taškas "A"), įvyks stabilaus lanko degimo procesas su metalo nusėdimu suvirinimo zonoje.
Autoriaus rekomenduojamą "suvirintuvą" galima surinkti net namuose, remiantis pramoniniu 220-36 / 42 V maitinimo transformatoriumi (dažniausiai jie naudojami saugaus apšvietimo ir žemos įtampos gamyklinės įrangos maitinimo sistemose). Įsitikinę, kad pirminė apvija, kurioje paprastai yra 250 vijų izoliuoto laido, kurio skerspjūvis yra 1,5 mm 2, yra nepažeista, patikrinamos antrinės. Jei jų būklė nėra svarbi, viskas (išskyrus veikiančią tinklo apviją) be gailesčio ištrinama. O atlaisvintoje erdvėje suvyniojama nauja antrinė apvija (kol užpildomas „langas“). Rekomenduojamam 1,5 kVA transformatoriui tai yra 46 apsisukimai vario arba aliuminio magistralės, kurios skerspjūvis 20 mm 2 su gera izoliacija. Be to, kabelis (arba keli izoliuoti viengysliai laidai, susukti į ryšulį), kurio bendras skerspjūvis yra 20 mm 2, yra gana tinkamas kaip magistralė.
ELEKTRODŲ SKYRIAUS PASIRINKIMAS PRIKLAUSOMAS NUO TRANSFORMACIJOS GALIOS
Lygintuvų tiltelį galima surinkti iš puslaidininkinių diodų, kurių darbinė srovė yra 120-160 A, įrengiant juos ant 100x100 mm šilumos kriauklių-radiatorių. Patogiausia tokį tiltelį pastatyti tame pačiame korpuse su transformatoriumi ir kondensatoriumi, į priekinį tekstolitą atnešant 16 amperų jungiklį, „On“ signalinės šviesos akutę, taip pat „pliuso“ ir „minuso“ gnybtus. skydelis (4 pav.). Norėdami prijungti prie elektrodo laikiklio ir „žemės“, naudokite atitinkamo ilgio viengyslio kabelio segmentą, kurio vario skerspjūvis yra 20–25 mm 2. Kalbant apie pačius suvirinimo elektrodus, jų skersmuo priklauso nuo naudojamo transformatoriaus galios.
Ir toliau. Atliekant bandymus rekomenduojama, atjungiant įrenginį (praėjus 10 minučių po suvirinimo) nuo tinklo, patikrinti transformatoriaus, diodinio tiltelio ir kondensatoriaus šilumines sąlygas. Tik įsitikinus, kad viskas tvarkoje, galima dirbti toliau. Juk perkaitęs „suvirintojas“ – padidinto pavojaus šaltinis!
Iš kitų reikalavimų, manau, verta atkreipti dėmesį į tai, kad suvirinimo aparatas turi būti su apsaugine kauke nuo kibirkščių, pirštinėmis ir guminiu kilimėliu. Vieta, kurioje atliekami suvirinimo darbai, įrengta atsižvelgiant į priešgaisrinės saugos reikalavimus. Be to, būtina užtikrinti, kad šalia nebūtų skudurų ar kitų degių medžiagų, o „suvirintojo“ prijungimas prie tinklo turi būti atliekamas laikantis elektros saugos taisyklių per galingą elektros skydo kištukinę jungtį. įėjimas į pastatą.
V.KONOVALOVAS, Irkutskas
Modelio dizaineris 1998 №4
Nuolatinės srovės šaltiniai. DC lankiniam suvirinimui naudojami generatoriai arba lygintuvai. Nuolatinės srovės generatorius sukasi mechaninė energijaį elektros. Veikimo metu generatorius tarsi siurbia elektronus iš teigiamo poliaus (anodo "+") ir perkelia juos į neigiamą polių (katodą "-"). Elektronų trūkumas anode ir jų perteklius katode sukuria įtampos arba potencialų skirtumą. Norint gauti nuolatinę srovę, taip pat plačiai naudojami suvirinimo lygintuvai, kurių veikimas pagrįstas kai kurių puslaidininkių gebėjimu praleisti kintamąją srovę tik
viena kryptis. Suvirinimui vienas iš nuolatinės srovės šaltinio polių lanksčiu kabeliu per elektrodo laikiklį prijungiamas prie elektrodo dalies, kurioje nėra dangos. Antrasis srovės šaltinio polius yra prijungtas prie suvirinamo ruošinio. Gaminio-generatoriaus-elektrodo sujungimo schema parodyta fig. penkiolika.
Kai generatorius veikia ir grandinė yra atvira, srovė neteka, o įtampa tarp gaminio ir elektrodo (įtampa tuščiąja eiga) yra didžiausias ir ribojamas tik saugos standartų. Jeigu elektros grandinė uždarykite tvirtai prispaudę elektrodą prie gaminio, įtampa nukris beveik iki nulio, o srovė bus maksimali.
įtampa elektrinis laukas. Kai elektrodas artėja prie suvirinamo ruošinio, tarp priešingai įkrauto ruošinio ir elektrodo susidaro tam tikra sąveika, kuriai būdingas elektrinio lauko stiprumas E. Stipris E bus didesnis, tuo didesnis potencialų skirtumas tarp elektrodo. ir ruošinį ir tuo mažesnis atstumas tarp jų. Tačiau praktika rodo, kad kai elektrodas artėja prie gaminio be kontakto, net ir minimaliu atstumu, srovė netekės. Tai įrodo, kad tarp elektrodo ir gaminio nėra įkrautų dalelių, o elektronų perteklius ant katodo negali laisvai išeiti iš metalo, nepaisant santykinai didelio elektrinio lauko stiprio.
Elektronų darbo funkcija. Jėgos, laikančios elektronus metale, yra kolektyvinis teigiamų krūvių, esančių metalo atomų branduoliuose, veikimas. Norint įveikti šias jėgas ir išgauti elektronus iš metalų, reikia išleisti tam tikrą darbo kiekį – elektronų darbo funkciją (p. Skirtingiems metalams ji skiriasi:
Metalo apdirbimo elektrono funkcija, eV
Į ................................................... .................................................. ........... 2.02
Na................................................. .................................................. ......... 2.12
Sa................................................. .................................................. ......... 3.34
AI ................................................... .............................................................. ....... 3.74
Si................................................ .................................................. ......... 4.47
Sg................................................ .................................................. ......... 4.51
Fe.................................................. .................................................. ......... 4.79
Ni ................................................... .................................................. ........ 4.84
Paprastai oksido plėvelių buvimas ant metalų žymiai sumažina darbo funkciją.
Elektros lanko uždegimas. Lankas užsidega trumpai paliečiant suvirinamą ruošinį elektrodu arba jo galu atsitrenkus į metalinį paviršių (16 pav.). Kontakto momentu per kontaktinius taškus tekės didelė srovė. Nuo pat
Jei kontaktinis plotas mažas, per jį tekės didelio tankio srovė. Dėl to išsiskirs šilumos, kurios pakaktų metalui išlydyti ir iš dalies išgaruoti sąlyčio taške.
Vėliau elektrodas nuo gaminio atsiskirs ne iš karto. Atskyrimo procese atstumas nuo gaminio iki elektrodo palaipsniui didės. Tam tikru momentu atstumas tampa pakankamas, kad būtų pasiektas elektrinio lauko stiprumas, užtikrinantis elektronų išėjimą (emisiją) iš katodo, juolab kad jų išėjimo iš išlydyto ar įkaitinto metalo darbinė funkcija yra mažesnė nei iš šalto. Išsilaisvinę elektronai skubės prie anodo, gaudami energiją iš elektrinio lauko (anodas traukia, katodas atstumia). Šios energijos kiekis priklauso nuo potencialų skirtumo tarp gaminio ir elektrodo. Elektronai dalį gautos energijos perduos oro molekulėms ar metalo garams, įkaitindami jas iki aukštos temperatūros, o dalį – nuolatiniam įkrautų dalelių dauginimuisi, be kurių elektros lankas negali egzistuoti.
Elementų jonizacija. Yra žinoma, kad teigiamai įkrautų atomų branduolių periferijoje yra elektronų. Elektronai, esantys išorinėje orbitoje, yra silpniau surišti su atomu nei esantys vidinėje orbitoje. Pašalinus šiuos elektronus, atomo elektroneutralumas bus pažeistas, jis virs teigiamai įkrautu jonu. Norint jonizuoti atomus, reikia išleisti tam tikrą darbo kiekį:
Elementas Jonizacijos darbas, eV
Cezis (Cs) ................................................... ................................................... 3 .88
Kalis (K) ................................................... ................................................... 4.30
Natris (Na) ................................................... ................................................... 5.11
Aliuminis (A1) ................................................... ................................................... 5.98
Kalcis (Ca) ................................................... .............................. 6.11
Chromas (Cr) ................................................... ................................................... 6.76
Manganas (Mn) ................................................... ................................................... 7.43
Nikelis (Ni) ................................................... ................................................ 7.63
Varis (Cu) .................................................. ................................................ 7 .72
Geležis (Fe) ................................................... .................................................. 7.83
Silicis (Si) ................................................... ................................................... 8.15
Vandenilis (H) ................................................... .............................. 13.60
Deguonis (O) ................................................... .......................................... 13.60
Azotas (N) ................................................... ................................................... 14.52 val
Fluoras (F)................................................ ...................................................... ... .18.6
Metalo jono masė, kuri praktiškai lygi neutralaus atomo masei, yra tūkstančius kartų didesnė už elektrono masę, pavyzdžiui, geležies – apie šimtą tūkstančių kartų. Todėl, esant vienodoms elektrono ir jono kinetinės energijos vertėms mV2/2, elektrono greitis yra daugiau nei 300 kartų didesnis už geležies jono greitį. Dėl mažos masės elektronai, atsitrenkę į dalelę, gali jai perduoti beveik visą savo sukauptą energiją. Tuo pačiu metu, kai neutralus atomas patenka į tą patį atomą ar joną, gali būti perduota ne daugiau kaip pusė sukauptos energijos.
Suvirinimo lanko katodo sritis. Regionas, apimantis teigiamą erdvės krūvį ir besitęsiantis iki katodo, vadinamas elektros lanko katodo sritimi. Nepaisant labai mažo šio regiono ploto, daugiausia jame susidaro elementarieji elektros krūviai, be kurių elektros dujose ir garuose neįmanoma.
Pirmuoju elektrodo atskyrimo nuo metalo momentu trumpu keliu elektronas įgauna didelį kinetinės energijos atsargą ir tik iš dalies ją išleidžia šildydamas dujas ir garus. Atsitrenkęs į neutralų atomą, elektronas sugeba jį jonizuoti, t.y., išmušti iš jo naują elektroną. Dėl to vietoj neutralaus atomo ir elektrono atsiras teigiamai įkrautas jonas ir du elektronai.
Daugybė jonizacijos atvejų sukelia erdvinį teigiamą krūvį šalia katodo. Dėl to tarp katodo ir erdvės krūvio atsiranda potencialų skirtumas, vadinamas katodo potencialo kritimu JK.
Atstumas nuo katodo iki erdvės krūvio neviršija tūkstantosios milimetro dalies. Todėl elektrinio lauko tarp katodo ir šio krūvio stiprumas gali užtikrinti naujų elektronų išsiskyrimą iš katodo.
Teigiami jonai, veikiami elektrinio lauko, nuolat juda link katodo, kurį pasiekę perduoda jam savo kinetinę energiją ir, gaudydami elektronus, virsta neutraliais atomais. Tokiu atveju jonizacijai skirtas darbas grąžinamas šilumos pavidalu. Dauguma katodo gaunama energija išleidžiama metalui lydyti.
Suvirinimo lanko stulpas. Elektros lanko dalis, esanti tiesiai prie katodo srities, vadinama lanko kolona.
Šioje lanko dalyje, kurios ilgis yra keli milimetrai, daugiausia vyksta elektronų perdavimas, susidaręs katode. Energijos sąnaudos paruoštų krūvių perdavimui yra daug mažesnės nei jų formavimui, todėl elektrinio lauko stipris lanko stulpelyje bus daug kartų mažesnis nei katodo srityje. Elektros energija lanko kolonoje daugiausia išleidžiama šildyti dujas ir garus, kuriais juda elektronai. Tuo pačiu metu elektrinis laukas neturi įtakos neutralioms dalelėms, tokios dalelės nuolat palieka lanko koloną į aplinkinę erdvę, pasiimdamos gautą energiją. Dalis energijos taip pat prarandama spinduliuojant ir jonizuojant labai mažą atomų skaičių.
Suvirinimo lanko kolonėlės temperatūra įvertinta 5000-6500 °C. Šioje temperatūroje galima neutralių atomų terminė jonizacija. Gauti elektronai nukreipiami į anodą, kaip ir elektronai iš artimojo katodo srities, o teigiamai įkrauti jonai juda į katodą. Tačiau lanko stulpelyje susidarančių elementariųjų krūvių skaičius yra ne didesnis kaip vienas procentas viso jų skaičiaus. Todėl jie neturi didelės įtakos elektrodo ir virinamo ruošinio metalo lydymosi charakteristikoms.
Anodo sritis. Ši sritis yra tarp anodo ir lanko kolonėlės. Jo ilgis yra šiek tiek didesnis nei beveik katodo srities. Anodo paviršiuje srovę neša tik elektronai, daugiausia gaunami iš lanko kolonėlės.
Elektronų ir teigiamų jonų susidarymas šioje srityje vyksta palyginti nedideliu kiekiu šalia anodo dėl neutralių atomų jonizacijos didelės energijos elektronais, pagreitintais elektriniu lauku. Teigiami jonai, atsirandantys ties anodo srities ribos su lanko stulpeliu, sudaro erdvinį teigiamą krūvį, kuris neleidžia elektronams judėti į anodą. Todėl tarp anodo ir erdvės krūvio atsiranda potencialų skirtumas, vadinamas anodo potencialo kritimu U. d.
Elektrinio lauko stipris prie anodo bus labai reikšmingas, bet mažesnis už lauko stiprumą prie katodo.
Elektrinio lauko išsklaidyti elektronai perduoda savo kinetinę energiją anodui, taip pat grąžina elektronų, sunaudotų juos ištraukiant iš katodo, darbo funkciją šilumos pavidalu. Didžioji dalis gaunamos energijos išleidžiama anodo šildymui ir lydymui, o dalis – spinduliuotei ir anodą supančiai atmosferai šildyti.
Ryžiai. 17. Įtampos kitimo suvirinimo lanke schema: /d - lanko ilgis; 1K yra beveik katodo srities ilgis; 1С - lanko stulpelio ilgis; /a - anodo srities ilgis; UR - lanko įtampa; JK - katodo potencialo kritimas; UR - anodo potencialo kritimas; Uc – potencialo kritimas lanko stulpelyje
Palyginus reiškinius prie katodo ir anodo, matyti, kad katodo sunaudotų elektronų skaičius per laiko vienetą teigiamiems jonams išspinduliuoti ir neutralizuoti yra lygus elektronų, patenkančių į anodą, skaičiui. Šiuos elektronus į katodą vėl tiekia srovės generatorius.
Iš įtampos pokyčių grafiko suvirinimo lanke per visą jo ilgį (17 pav.) matyti, kad artimojo katodo srityje įtampa UK sparčiai didėja. Dėl mažo regiono ilgio ir didelės JK reikšmės lauko stiprumas turi labai didelę reikšmę Ek = UK/eK, o tai užtikrina elektronų išėjimą iš katodo ir vėlesnį jų pagreitį iki didelės energijos, reikalingos jonizacijai. neutralūs atomai. Priešinga situacija yra lanko stulpelyje, todėl jo intensyvumas Ес = Uc/ec bus mažai reikšmingas.
Anodo srityje srovę neša elektronai, daugiausia gaunami iš lanko kolonėlės. Neutralių atomų jonizacijos metu prie anodo susidaro tik nedidelė jų dalis. Tai sunaudoja mažiau energijos nei beveik katodo srityje. Todėl įtampos kritimą lemia suvirinimo procese 1 valandą nusėdusio metalo masė 1 A srovės stipriui, taip apibūdinant specifinį suvirinimo našumą. Nusodinimo greitis labai priklauso nuo dangos sudėties ir poliškumo, pagal kurį atliekamas suvirinimas. Kita normalizuota elektrodų charakteristika yra jų suvartojimas – masė (kg), reikalinga 1 kg nusodinto metalo gauti. Šios dvi charakteristikos yra būtinos renkantis prekės ženklą ir reikiamą elektrodų skaičių suvirinimui ir suvirinimo darbams.
Kita elektrodų charakteristika yra lydymosi koeficientas ap. Jo vertė nustatoma pagal išlydyto elektrodo masę gramais per 1 valandą, praleidžiant 1 A srovę. Norint nustatyti įvairių veiksnių įtaką elektrodų lydymosi greičiui, lydymosi koeficientas yra tinkamesnis nei nusodinimo koeficientas, nes apskaičiuojant neatsižvelgiama į metalo nuostolius dėl atliekų ir purslų.
Lentelėje. 14 paveiksle parodyti eksperimentiniai duomenys apie plonos įvairių medžiagų, nusodintų ant mažai anglies turinčių plieno strypų, dangos poveikį lydymosi koeficiento vertėms suvirinant tiesioginiu ir atvirkštiniu poliškumu. Lentelėje parodyta, kad suvirinant tiesioginiu poliškumu (ant (-) elektrodo), lydymosi koeficientas labiausiai priklauso nuo komponento, kuris sudaro elektrodo dangą, tipo. Suvirinant atbuline eiga
poliškumas (ant elektrodo (+)) šis koeficientas kinta daug mažiau.
Dėl problemos sudėtingumo ir neišsamių žinių mes sutelksime dėmesį tik į pagrindines, labiausiai tikėtinas nustatyto modelio priežastis. Atkreipkite dėmesį, kad nemažai medžiagų, nusėdusių ant katodo, žymiai sumažina elektronų darbo funkciją. Tokios medžiagos apima metalų oksidų, visų pirma šarminių žemių metalų, plėveles. Apytiksliai įvertinkime šilumos balansą (įtekėjimą ir nutekėjimą) prie katodo ir anodo, atsižvelgdami į ant strypo nusėdusių medžiagų įtaką.
Katodas gauna šilumą dėl teigiamų jonų kinetinės energijos, išsklaidytos elektrinio lauko, darbo, sugaišto jonizacijai, dalinai grįžta į katodą, kai jonai paima elektronus iš katodo. Katodas atiduoda šilumą iš jo išeinantiems „karštiesiems“ elektronams, kurie turi didelį energijos tiekimą. Tokių elektronų išėjimas atvėsina katodą.
Jei ant katodo yra plėvelių, kurios sumažina elektrono darbinę funkciją, elektronams iš katodo ištraukti reikalingas mažesnis katodinio potencialo kritimas. Todėl reikės mažiau teigiamo erdvinio krūvio, sudaryto iš mažiau teigiamų jonų. Sumažės į katodą patenkančių teigiamų jonų skaičius ir kiekvieno iš jų energija, todėl sumažės elektrodo lydymosi koeficientas.
Dabar tarkime, kad elektrodas yra padengtas danga, kurioje yra elementų atomų, kurių jonizacija reikalauja šiek tiek darbo. Akivaizdu, kad kuo mažiau darbo reikia jonizuojant atomus, tuo mažiau katodas gaus jonų perėjimo į neutralius atomus metu. Svarbu pažymėti, kad kuo didesnė kiekvieno teigiamo jono masė, tuo lėčiau jie judės link katodo ir tuo mažesnio jų skaičiaus reikės norint suformuoti reikiamą erdvės krūvį. Todėl elektrodų dangoje yra medžiagų, kurių atomai turi didelę masę, reikalauja mažai darbo jonizacijai ir sumažina elektronų darbo funkciją, todėl suvirinant tiesioginiu poliškumu smarkiai sumažėja elektrodų lydymosi koeficientas. Kaip matyti iš lentelės. 14, tokios medžiagos yra bario karbonatas ir ypač cezio karbonatas, kurio atomai yra beveik 2,5 karto masyvesni už geležies atomus, o jonizacijos darbas yra tik 3,88 eV.
Jeigu strypo metalo atomams jonizacijai reikia mažiau energijos nei dangos atomams, tai pirmiausia jie bus jonizuoti, o tai lemia CXp reikšmę. Čia pasireiškia minimumo principas: elektros lankas dega su mažiausiomis įmanomomis energijos sąnaudomis.
Anodas šilumą gauna dėl elektrinio lauko išsklaidytų elektronų kinetinės energijos ir į anodą grąžintų elektronų darbo funkcijos. Jei elektrodo sunaudota šiluma, kai jis yra katodas, priklauso nuo gaunamų ir duotų energijų santykio, tai suvirinant atvirkštiniu poliškumu, elektrodas tik gauna energiją. Todėl bus mažiau galimybių keisti gaunamos šilumos kiekį.
Atmosferoje esantis atomų lankas, kurio jonizacijos darbas yra mažas, sumažins anodinio potencialo kritimą. Todėl elektronai pateks į anodą su mažesniu energijos rezervu, o tai sumažins elektrodo lydymosi greitį. Tačiau dėl santykinai mažos erdvės krūvio prieš anodą vertės lydymosi koeficientas sumažės mažiau nei suvirinant tiesiu poliškumu.
AC suvirinimas. Didžioji dalis gaminamų elektrodų yra skirti suvirinimui kintamąja srove, o tai siejama su žema šiam tikslui naudojamos įrangos kaina ir efektyvumu. Apsvarstykite kintamosios srovės suvirinimo lanko ypatybes ir kai kurias priemones, skirtas pagerinti jo degimo stabilumą.
Suvirinant kintamąja srove, kiekvieno pusciklo pabaigoje lankas užgęsta, o kito pusciklo pradžioje jį reikia uždegti iš naujo. Dėl periodinio srovės tekėjimo krypties pasikeitimo elektrodas pakaitomis tampa arba anodu, arba katodu. Pramoniniu dažniu (50 Hz) laiko intervalas tarp dviejų iš eilės einančių lanko užgesimų yra lygus vieno pusciklo trukmei ir yra 0,01 s. Per tą laiką lankas turėtų iškilti, vystytis ir vėl užgesti. Iškart po lanko užgesimo, teigiami jonai ir elektronai vis dar lieka tarplankiniame tarpe. Be to, iš išlydyto elektrodo galo ir nuo suvirinimo baseino paviršiaus, įkaitinto iki aukštos temperatūros, išskrenda nedidelis kiekis elektronų, kurių energija metalo viduje viršija darbinę funkciją (termioninė emisija).
Vienu metu priešingų ženklų elektros krūvių buvimas tarplankiniame tarpelyje sumažina jų sklaidos greitį dėl abipusio traukos buvimo.
Jei iki to momento, kai atsiranda ir kyla įtampa, įkrautų dalelių (ypač teigiamų jonų) lanko tarpelyje lieka pakankamai daug, tada lengvai kils ir išsivystys elektros lankas. Tai vyksta taip: elektronai veržiasi į naujai susidariusį anodą, kaitindami lanko atmosferą, o teigiamai įkrauti jonai veržiasi į katodą ir, suformuodami erdvinį teigiamą krūvį, užtikrina elektronų išėjimą iš katodo. Be to, viskas vyks taip, kaip pastebėta pradinio lanko sužadinimo metu nuolatinės srovės suvirinimo metu. Panašus lanko pakartotinio sužadinimo ir deginimo mechanizmas atsiranda suvirinant kintamąja srove rutilo dengtais elektrodais, kuriuose yra kalio oksidų ir kitų lengvai jonizuojamų elementų.
Jei iki to laiko, kai įtampa pakyla po to, kai srovė praeina per nulį, įkrautų dalelių (ypač teigiamų jonų) koncentracija yra nepakankama, lankas negalės užsidegti iš naujo. Taip atsitinka, pavyzdžiui, bandant suvirinti plikais elektrodais (stypais).
Remiantis tuo, kas išdėstyta pirmiau, galima pastebėti, kad suvirinimo lanko stabilumas padidės įvedus į dangą lengvai jonizuojamus elementus, taip pat padidėjus elektrodų skersmeniui arba suvirinimo srovės stiprumui. Pastarasis yra dėl to, kad padidėjus lanko galiai pakyla jo temperatūra, taigi, pailgėja teigiamų jonų tarnavimo laikas.
Dejonizuojančių elementų atomų, turinčių afinitetą elektronams ir galinčių sudaryti gana stabilius neigiamus jonus, įtaka yra priešinga. Elektronų giminingumas yra energijos kiekis, paprastai išreiškiamas elektronų voltais, kuris išsiskiria, kai elektronas yra prijungtas prie neutralaus atomo. Atvirkštinis neigiamo jono skaidymas į neutralų atomą ir elektroną reikalauja vienodo darbo (energijos) kiekio.
Žemiau pateikiamas kelių elementų elektronų giminingumas:
Elemento elektronų giminingumas, eV
C1................................................ .................................................. ......... "..3,7
F................................................. .................................................. .............. 3.6
Vg................................................. .................................................. .............. 3.5
Si................................................ .................................................. .............. 1.8
O................................................ .................................................. .............. 1.5
Dejonizuojančių elementų atomų atsiradimo mechanizmas yra toks: srovei pereinant per nulį, elektrinio lauko veikimas nutrūksta. Interarc tarpelyje esantys elektronai greitai praranda energiją dėl daugybės susidūrimų su įvairiomis dalelėmis ir, susitikę su dejonizuojančių elementų atomais, sujungia juos išskirdami rišamąją energiją. Dėl to vietoj šviesos ir judrių elektronų susidaro masyvūs neigiamo krūvio jonai.
Kuo didesnis atomo afinitetas elektronui, tuo didesnė neigiamo jono susidarymo galimybė. Atkreipkite dėmesį, kad esant dideliam elektronų greičiui, neigiamų jonų susidarymo tikimybė yra labai maža. Todėl esant pastoviam lankiniam išlydžiui (nuolatinės srovės suvirinimas) jų praktiškai nėra.
Panagrinėkime suvirinimo lanko stabilumo sumažinimo neigiamais jonais mechanizmą. Neigiami jonai susidaro bet kurioje tarplankos erdvės dalyje, ypač šalia naujai atsirandančio katodo. Turėdami daug tūkstančių kartų didesnę masę nei elektronas, jie lėtai tols nuo katodo, kuris bus įjungtas pusės ciklo pradžioje. Tokiu atveju iš likusių teigiamų jonų susidarančio erdvinio teigiamo krūvio poveikį dar labiau susilpnins neigiamų jonų neutralizuojantis poveikis. Todėl lauko stiprumas prie katodo negalės užtikrinti reikiamo elektronų skaičiaus išleidimo, o lankas užges.
Elektrodams su pagrindine danga metalurginiais sumetimais gaminti plačiai naudojamas fluoršpatas (CaF2) fluoro špato koncentrato pavidalu. Esant aukštai suvirinimo lanko temperatūrai, jis dalinai disocijuoja išskirdamas fluorą.Suvirinant nuolatine srove tai neturi įtakos lanko stabilumui. Tačiau suvirinant kintamąja srove, pakanka į dangą įterpti 2–4% fluoršpato, kad lanko degimo stabilumas žymiai sumažėtų. Į šią aplinkybę reikia atsižvelgti praktiškai.
Siekiant palengvinti pradinį suvirinimo lanko sužadinimą šiuolaikinėje elektrodų gamyboje, dažnai naudojamos jonizuojančios dangos, kurios dedamos ant pliko elektrodo galo.
Nuolatinės ir kintamosios srovės elektrodai išoriškai nesiskiria. Bet iš gamyklos jau nurodyta, kokioms srovėms jie skirti, būtent tai yra elektrodo strypas ir danga, poliškumas ir padėtys, kuriose galima suvirinti, rekomenduojama srovė suvirinant tam tikrus metalus. Kokie yra pagrindiniai skirtumai tarp AC ir DC. Tuo faktu, kad suvirinimo metu į elektrodą srovė tiekiama kintamu tam tikru dažniu, būtent, ji yra 50 hercų arba nuolat. Paimkite, pavyzdžiui, Uoni elektrodus. Jie skirti nuolatinei srovei. Jei imsi ir bandysi virti su kintamaisiais, tai jie prilips arba lankas eis arba stabilaus lanko visai nebus.
Pažvelkime į nuolatinę ir kintamąją srovę. Pradėsiu nuo kintamojo, nes jį lengviausia suprasti.
O kadangi suvirinant elektrodu veikia kintamoji ir nuolatinė srovė. Piešiu aiškiai.
O dabar pažiūrėkime, kaip kintamoji srovė ateina pas mus į namus. Visi žino, kad yra fazė ir yra nulis. Nulis yra kaip minusas, bet tikrai ne. Bet kokiu atveju, pažvelkime į kintamosios srovės fazę ir kaip ji veikia. Kintamoji srovė, tada ji yra, tada jos nėra, tada vėl yra.
Kaip matote, kintamoji srovė didėja viena kryptimi, tada kita (rodoma raudona linija, kai ji didėja viena kryptimi, tada kita), tai yra, srovė keičiasi. Štai kodėl suvirinant kintamosios srovės elektrodais atsiranda daugiau purslų . Na, nuolatinė srovė yra tokia pati kaip kintamoji, tik praeina per lygintuvą ( todėl jis vadinamas taip, nes ištaiso srovę, kuri yra grafike) gauname kelias kintamąsias sroves, kurios veikia sinchroniškai ir sudaro nuolatinę srovę.
Iš to galime daryti išvadą, kad suvirinant bus gautas kokybiškas suvirinimas nuolatinė srovė. Tikriausiai ne visi supranta, kas pavaizduota grafike. Atsakau į klausimą, kuo skiriasi nuolatinės ir kintamosios srovės elektrodai. Pavyzdžiui, MR-3s elektrodai gali būti suvirinti tiek kintamąja, tiek nuolatine bet kokio poliškumo srove. Bet, pavyzdžiui, jie yra tik pastovūs ir leidžiami tik dėl atvirkštinio poliškumo. Sakau pati, kad imame elektrodus kintamajai srovei ir verdame su pastovia srove ir nieko nebijome. Daugelio prekių ženklų elektrodus galima virti nuolatine srove, o kintamuosius reikia stebėti. Dabar