Modeļu dizainere 1998 №4
Līdzstrāvas metināšanas iekārtu priekšrocības salīdzinājumā ar "maiņstrāvas līdziniekiem" ir labi zināmas. Tas ietver mīkstu loka aizdedzi, iespēju savienot plānās sienas detaļas, mazāku metāla šļakatu daudzumu un nemetināmo zonu neesamību. Nav pat kaitinošas (un, kā izrādījās, cilvēkiem kaitīgas) mencas. Un tas viss tāpēc, ka metināšanas mašīnām nav galvenās īpašības maiņstrāva pazīme - intermitējoša loka degšana, kad barošanas sprieguma sinusoīds plūst caur nulli (1. att.).
Rīsi. 1. Grafiki, kas izskaidro metināšanas procesu uz maiņstrāvas (a) un līdzstrāvas (b).
Pārejot no grafikiem uz reāliem dizainiem, jāatzīmē arī: maiņstrāvas iekārtās, lai uzlabotu un atvieglotu metināšanu, tiek izmantoti jaudīgi transformatori (magnētiskā ķēde ir izgatavota no īpaša elektriskā dzelzs ar strauji krītošu raksturlielumu) un apzināti augsts spriegums. sekundārais tinums, sasniedzot līdz 80 V, lai gan ar 25-36 V ir pietiekami, lai atbalstītu loka degšanu un metāla nogulsnēšanos metināšanas zonā Jāsaciešas ar pārmērīgi lielo aparāta masu un izmēriem, palielinātu elektroenerģijas patēriņu. Samazinot spriegumu, kas tiek pārveidots par sekundārā ķēde, līdz 36 V, ir iespējams 5-6 reizes samazināt “metinātāja” svaru, pielāgot tā izmērus portatīvā televizora izmēram, vienlaikus uzlabojot citus veiktspējas raksturlielumus.
Bet kā aizdedzināt loku ar zemsprieguma tinumu?
Risinājums bija sekundārajā ķēdē ieviest diodes tiltu ar kondensatoru. Tā rezultātā modernizētā "metinātāja" izejas spriegums tika palielināts gandrīz 1,5 reizes. Ekspertu viedoklis apstiprinās praksē: kad tiek pārsniegta 40 voltu līdzstrāvas barjera, loks viegli uzliesmo un vienmērīgi deg, ļaujot sametināt pat plānu korpusa metālu.
Rīsi. 2. Fundamentāls ķēdes shēma Līdzstrāvas metināšanas iekārta.
Tomēr pēdējais ir viegli izskaidrojams. Ievadot ķēdē lielu jaudu, arī metināšanas iekārtas raksturlielums izrādās strauji krītošs (3. att.). Sākotnējais palielinātais spriegums, ko rada kondensators, atvieglo loka aizdegšanos. Un, kad metināšanas elektroda potenciāls samazinās līdz transformatora U2 (darba punkts "A"), notiks stabilas loka degšanas process ar metāla nogulsnēšanos metināšanas zonā.
Rīsi. 3. Voltu ampēru raksturlielums "metinātājam".
Autora ieteikto “metinātāju” var salikt pat mājās, pamatojoties uz rūpniecisko strāvas transformators 220-36/42 V (parasti izmanto drošības apgaismojuma sistēmās un zemsprieguma rūpnīcas iekārtu barošanas avotos). Pārliecinoties, ka primārais tinums, kas parasti satur 250 izolētas stieples apgriezienus ar šķērsgriezumu 1,5 mm 2, ir neskarts, tiek pārbaudīti sekundārie tinumi. Ja to stāvoklis nav svarīgs, viss (izņemot strādājošu tīkla tinumu) tiek dzēsts bez nožēlas. Un atbrīvotajā telpā viņi vēja (līdz "logs" ir aizpildīts) jaunu sekundārais tinums. Ieteicamajam 1,5 kVA transformatoram tas ir 46 vara vai alumīnija kopnes apgriezieni ar 20 mm 2 šķērsgriezumu ar labu izolāciju. Un kā riepa tas ir diezgan piemērots kabelis(vai vairāki izolēti viendzīslu vadi, kas savīti saišķī) ar kopējo šķērsgriezumu 20 mm 2.
ELEKTRODU SEKCIJAS IZVĒLE ATKARĪBĀ NO TRANSFORMACIJAS JAUDAS
Taisngrieža tiltu var montēt no pusvadītāju diodēm ar darba strāvu 120-160 A, uzstādot tās uz siltuma izlietnēm-radiatoriem 100x100 mm. Visērtāk šādu tiltu novietot vienā korpusā ar transformatoru un kondensatoru, priekšējā tekstolītā ienesot 16 ampēru slēdzi, signālgaismas aciņu “Ieslēgts”, kā arī “plus” un “mīnus” spailes. panelis (4. att.). Un, lai izveidotu savienojumu ar elektrodu turētāju un "zemi", izmantojiet atbilstoša garuma viendzīslas kabeļa segmentu ar vara šķērsgriezumu 20-25 mm 2. Kas attiecas uz pašiem metināšanas elektrodiem, to diametrs ir atkarīgs no izmantotā transformatora jaudas.
Rīsi. 4. Pašdarināta līdzstrāvas metināšanas iekārta.
Un tālāk. Pārbaudot, ieteicams, atvienojot ierīci (10 minūtes pēc metināšanas) no tīkla, pārbaudīt transformatora, diodes tilta un kondensatora termiskos apstākļus. Tikai pārliecinoties, ka viss ir kārtībā, var turpināt darbu. Galu galā pārkarsis "metinātājs" ir paaugstinātas bīstamības avots!
No pārējām prasībām, manuprāt, ir vērts atzīmēt, ka metināšanas iekārtai jābūt aprīkotai ar dzirksteļu aizsargmasku, cimdiem un gumijas paklājiņu. Vieta, kur tiek veikti metināšanas darbi, ir aprīkota, ņemot vērā ugunsdrošības prasības. Turklāt ir jānodrošina, lai tuvumā neatrastos lupatas vai citi degoši materiāli, un “metinātāja” pieslēgšana tīklam jāveic saskaņā ar elektrodrošības noteikumiem, izmantojot jaudīgu elektrības paneļa spraudsavienojumu plkst. ieeja ēkā.
V.KONOVALOVS, Irkutska
Metināšanas un metināšanas iekārtas
Līdzstrāvas metināšanas iekārtu priekšrocības pirms to "maiņstrāvas kolēģi" ir labi zināmi. Tas ietver mīkstu loka aizdedzi, iespēju savienot plānās sienas detaļas, mazāku metāla šļakatu daudzumu un nemetināmo zonu neesamību. Nav pat kaitinošas (un, kā izrādījās, cilvēkiem kaitīgas) mencas. Un tas viss tāpēc, ka nav galvenās maiņstrāvas metināšanas iekārtām raksturīgās iezīmes - intermitējoša loka degšana, kad barošanas sprieguma sinusoīds plūst cauri nullei (1. att.).
Pārejot no grafikiem uz reāliem dizainiem, jāatzīmē arī: maiņstrāvas iekārtās, lai uzlabotu un atvieglotu metināšanu, tiek izmantoti jaudīgi transformatori (magnētiskā ķēde ir izgatavota no īpaša elektriskā dzelzs ar strauji krītošu raksturlielumu) un apzināti augsts spriegums. sekundārais tinums, sasniedzot līdz 80 V, lai gan ar 25-36 V ir pietiekami, lai atbalstītu loka degšanu un metāla nogulsnēšanos metināšanas zonā Jāsaciešas ar pārmērīgi lielo aparāta masu un izmēriem, palielinātu elektroenerģijas patēriņu. Samazinot sekundārajā ķēdē pārveidoto spriegumu līdz 36 V, ir iespējams 5-6 reizes atvieglot “metinātāja” svaru, pielāgot tā izmērus portatīvā televizora izmēram, vienlaikus uzlabojot citus veiktspējas raksturlielumus.
Bet kā aizdedzināt loku ar zemsprieguma tinumu?
Risinājums bija sekundārajā ķēdē ieviest diodes tiltu ar kondensatoru. Tā rezultātā modernizētā "metinātāja" izejas spriegums tika palielināts gandrīz 1,5 reizes. Ekspertu viedoklis apstiprinās praksē: kad tiek pārsniegta 40 voltu līdzstrāvas barjera, loks viegli uzliesmo un vienmērīgi deg, ļaujot sametināt pat plānu korpusa metālu.
Tomēr pēdējais ir viegli izskaidrojams. Ievadot ķēdē lielu jaudu, arī metināšanas iekārtas raksturlielums izrādās strauji krītošs (3. att.). Sākotnējais palielinātais spriegums, ko rada kondensators, atvieglo loka aizdegšanos. Un, kad metināšanas elektroda potenciāls samazinās līdz transformatora U2 (darba punkts "A"), notiks stabilas loka degšanas process ar metāla nogulsnēšanos metināšanas zonā.
Autora ieteikto "metinātāju" var montēt pat mājās, par pamatu ņemot rūpniecisko strāvas transformatoru 220-36 / 42 V (tos parasti izmanto sistēmās drošai apgaismošanai un zemsprieguma rūpnīcas iekārtu barošanai). Pārliecinoties, ka primārais tinums, kas parasti satur 250 izolētas stieples apgriezienus ar šķērsgriezumu 1,5 mm 2, ir neskarts, tiek pārbaudīti sekundārie tinumi. Ja to stāvoklis nav svarīgs, viss (izņemot strādājošu tīkla tinumu) tiek dzēsts bez nožēlas. Un atbrīvotajā telpā tiek uztīts jauns sekundārais tinums (līdz “logs” ir piepildīts). Ieteicamajam 1,5 kVA transformatoram tas ir 46 vara vai alumīnija kopnes apgriezieni ar 20 mm 2 šķērsgriezumu ar labu izolāciju. Turklāt kā kopne ir diezgan piemērots kabelis (vai vairāki izolēti viendzīslu vadi, kas savīti saišķī) ar kopējo šķērsgriezumu 20 mm 2.
ELEKTRODU SEKCIJAS IZVĒLE ATKARĪBĀ NO TRANSFORMACIJAS JAUDAS
Taisngrieža tiltu var montēt no pusvadītāju diodēm ar darba strāvu 120-160 A, uzstādot tās uz siltuma izlietnēm-radiatoriem 100x100 mm. Visērtāk šādu tiltu novietot vienā korpusā ar transformatoru un kondensatoru, priekšējā tekstolītā ienesot 16 ampēru slēdzi, signālgaismas aciņu “Ieslēgts”, kā arī “plus” un “mīnus” spailes. panelis (4. att.). Un, lai izveidotu savienojumu ar elektrodu turētāju un "zemi", izmantojiet atbilstoša garuma viendzīslas kabeļa segmentu ar vara šķērsgriezumu 20-25 mm 2. Kas attiecas uz pašiem metināšanas elektrodiem, to diametrs ir atkarīgs no izmantotā transformatora jaudas.
Un tālāk. Pārbaudot, ieteicams, atvienojot ierīci (10 minūtes pēc metināšanas) no tīkla, pārbaudīt transformatora, diodes tilta un kondensatora termiskos apstākļus. Tikai pārliecinoties, ka viss ir kārtībā, var turpināt darbu. Galu galā pārkarsis "metinātājs" ir paaugstinātas bīstamības avots!
No pārējām prasībām, manuprāt, ir vērts atzīmēt, ka metināšanas iekārtai jābūt aprīkotai ar dzirksteļu aizsargmasku, cimdiem un gumijas paklājiņu. Vieta, kur tiek veikti metināšanas darbi, ir aprīkota, ņemot vērā ugunsdrošības prasības. Turklāt ir jānodrošina, lai tuvumā neatrastos lupatas vai citi degoši materiāli, un “metinātāja” pieslēgšana tīklam jāveic saskaņā ar elektrodrošības noteikumiem, izmantojot jaudīgu elektrības paneļa spraudsavienojumu plkst. ieeja ēkā.
V.KONOVALOVS, Irkutska
Modeļu dizainere 1998 №4
Līdzstrāvas avoti. Līdzstrāvas loka metināšanai tiek izmantoti ģeneratori vai taisngrieži. Līdzstrāvas ģenerators griežas mehāniskā enerģija elektriskajā. Darbības laikā ģenerators it kā izsūc elektronus no pozitīvā pola (anoda "+") un pārvieto tos uz negatīvo polu (katods "-"). Elektronu trūkums pie anoda un to pārpalikums pie katoda rada sprieguma vai potenciāla starpību. Līdzstrāvas iegūšanai plaši tiek izmantoti arī metināšanas taisngrieži, kuru darbība balstās uz dažu pusvadītāju spēju izvadīt maiņstrāvu tikai
viens virziens. Metināšanai viens no līdzstrāvas avota poliem ir savienots ar elastīgu kabeli caur elektrodu turētāju ar elektroda sekciju, kurā nav pārklājuma. Strāvas avota otrais pols ir savienots ar metināmo sagatavi. Produkta-ģeneratora-elektroda savienojuma shēma ir parādīta attēlā. piecpadsmit.
Kad ģenerators darbojas un ķēde ir atvērta, strāva neplūst, un spriegums starp produktu un elektrodu (spriegums dīkstāves kustība) ir maksimālais un ierobežots tikai ar drošības standartiem. Ja elektriskā ķēde aizveriet, stingri piespiežot elektrodu izstrādājumam, spriegums samazināsies līdz gandrīz nullei, un strāva būs maksimāla.
spriedze elektriskais lauks. Kad elektrods tuvojas metināmajai detaļai, starp pretēji lādētu sagatavi un elektrodu tiek izveidota noteikta mijiedarbība, ko raksturo elektriskā lauka intensitāte E. Stiprums E būs lielāks, jo lielāka būs potenciālu starpība starp elektrodu. un apstrādājamo priekšmetu, un jo mazāks ir attālums starp tiem. Bet prakse rāda, ka tad, kad elektrods tuvojas izstrādājumam bez kontakta, pat minimālā attālumā, strāva neplūst. Tas pierāda, ka starp elektrodu un izstrādājumu nav lādētu daļiņu, un elektroni, kas ir pārpalikumā uz katoda, nespēj brīvi atstāt metālu, neskatoties uz salīdzinoši lielo elektriskā lauka intensitāti.
Elektronu darba funkcija. Spēki, kas notur elektronus metālā, ir pozitīvo lādiņu kolektīva darbība, kas atrodas metāla atomu kodolos. Lai pārvarētu šos spēkus un atdalītu no metāliem elektronus, nepieciešams iztērēt noteiktu darba apjomu - elektronu darba funkciju (lpp. Dažādiem metāliem tas atšķiras:
Elektrona metāla darba funkcija, eV
UZ ................................................ .................................................. ........ 2.02
Na................................................. .................................................. ......... 2.12
Sa................................................. .................................................. ......... 3.34
AI .................................................. .............................................................. ....... 3.74
Si.................................................. .................................................. ......... 4.47
Sg................................................. .................................................. ......... 4.51
Fe.................................................. .................................................. ......... 4.79
Ni.................................................. .................................................. ........ 4.84
Parasti oksīda plēvju klātbūtne uz metāliem ievērojami samazina darba funkciju.
Elektriskā loka aizdegšanās. Loku aizdedzina, īsi pieskaroties metināmajai detaļai ar elektrodu vai atsitot tā galu pret metāla virsmu (16. att.). Kontakta brīdī caur kontaktpunktiem plūdīs liela strāva. Kopš
Ja kontakta laukums ir mazs, caur to plūdīs augsta blīvuma strāva. Tas novedīs pie siltuma izdalīšanās, kas ir pietiekama, lai izkausētu un daļēji iztvaicētu metālu saskares vietā.
Turpmākā elektroda atdalīšanās no izstrādājuma nenotiks uzreiz. Atdalīšanas procesā attālums no izstrādājuma līdz elektrodam pakāpeniski palielināsies. Kādā brīdī attālums kļūst pietiekams, lai sasniegtu elektriskā lauka intensitāti, kas nodrošina elektronu izeju (emisiju) no katoda, jo īpaši tāpēc, ka to izejas funkcija no izkausēta vai sakarsēta metāla ir mazāka nekā no auksta. Atbrīvotie elektroni metīsies uz anodu, saņemot enerģiju no elektriskā lauka (anods piesaista, katods atgrūž). Šīs enerģijas daudzums ir atkarīgs no potenciālu starpības starp produktu un elektrodu. Elektroni daļu no saņemtās enerģijas nodos gaisa molekulām vai metāla tvaikiem, uzsildot tos līdz augstai temperatūrai, bet daļu uz lādētu daļiņu nepārtrauktu atražošanu, bez kuras nevar pastāvēt elektriskā loka.
Elementu jonizācija. Ir zināms, ka pozitīvi lādētu atomu kodolu perifērijā atrodas elektroni. Elektroni, kas atrodas ārējā orbītā, ir vājāk saistīti ar atomu nekā tie, kas atrodas iekšējās orbītās. Ja šie elektroni tiks noņemti, atoma elektroneutralitāte tiks salauzta, tas pārvērtīsies par pozitīvi lādētu jonu. Atomu jonizācijai ir nepieciešams tērēt noteiktu darba apjomu:
Elements Jonizācijas darbs, eV
Cēzijs (Cs) ................................................... ................................................... 3 .88
Kālijs (K) ................................................... ................................................... 4.30
Nātrijs (Na) ................................................... ................................................... 5.11
Alumīnijs (A1) ................................................... ................................................... 5.98
Kalcijs (Ca) .................................................. .............................. 6.11
Hroms (Cr) ................................................... ................................................... 6.76
Mangāns (Mn) ................................................... ................................................... 7.43
Niķelis (Ni) ................................................... ................................................ 7.63
Varš (Cu) .................................................. ................................................ 7 .72
Dzelzs (Fe) ................................................... .................................................. 7.83
Silīcijs (Si) .................................................. ................................................... 8.15
Ūdeņradis (H) ................................................... .............................. 13.60
Skābeklis (O) ................................................... .......................................... 13.60
Slāpeklis (N) ................................................... ................................................... 14.52
Fluors (F) ................................................... ...................................................... ... .18.6
Metāla jona masa, kas praktiski ir vienāda ar neitrāla atoma masu, ir tūkstošiem reižu lielāka par elektrona masu, piemēram, dzelzs - apmēram simts tūkstošus reižu. Tāpēc pie vienādām elektrona un jona kinētiskās enerģijas mV2/2 vērtībām elektrona ātrums ir vairāk nekā 300 reizes lielāks nekā dzelzs jona ātrums. Savas mazās masas dēļ elektroni, atsitoties pret daļiņu, var nodot tai gandrīz visu savu uzkrāto enerģiju. Tajā pašā laikā, kad neitrālu atomu ietriec tas pats atoms vai jons, var pārnest ne vairāk kā pusi no uzkrātās enerģijas.
Metināšanas loka katoda apgabals. Reģionu, kas ietver pozitīvo telpas lādiņu un sniedzas līdz katodam, sauc par elektriskā loka katoda apgabalu. Neskatoties uz šī reģiona ļoti nelielo apjomu, galvenokārt tajā veidojas elementārie elektriskie lādiņi, bez kuriem elektrība gāzēs un tvaikos nav iespējams.
Sākotnējā elektroda atdalīšanas brīdī no metāla īsā ceļā elektrons iegūst lielu kinētiskās enerģijas krājumu un tikai daļēji tērē to gāzu un tvaiku sildīšanai. Saskaroties ar neitrālu atomu, elektrons spēj to jonizēt, t.i., izsist no tā jaunu elektronu. Rezultātā neitrāla atoma un elektrona vietā parādīsies pozitīvi lādēts jons un divi elektroni.
Daudzi jonizācijas gadījumi noved pie telpiska pozitīva lādiņa radīšanas katoda tuvumā. Rezultātā starp katodu un kosmosa lādiņu rodas potenciāla atšķirība, ko sauc par katoda potenciāla kritumu UK.
Attālums no katoda līdz kosmosa lādiņam nepārsniedz tūkstošdaļu no milimetra. Tāpēc elektriskā lauka stiprums starp katodu un šo lādiņu var nodrošināt jaunu elektronu izdalīšanos no katoda.
Pozitīvie joni elektriskā lauka ietekmē nepārtraukti virzās uz katodu, sasniedzot to, nododot tam savu kinētisko enerģiju un, notverot elektronus, pārvēršas neitrālos atomos. Šajā gadījumā jonizācijai iztērētais darbs tiek atgriezts siltuma veidā. Lielākā daļa katoda saņemtā enerģija tiek tērēta metāla kausēšanai.
Metināšanas loka stabs. Elektriskās loka daļu, kas atrodas tieši blakus katoda apgabalam, sauc par loka kolonnu.
Šajā loka daļā, kuras garums ir vairāki milimetri, galvenokārt notiek elektronu pārnešana, kas veidojas pie katoda. Enerģijas patēriņš gatavu lādiņu pārnešanai ir daudz mazāks nekā to veidošanai, tāpēc elektriskā lauka stiprums loka kolonnā būs daudzkārt mazāks nekā katoda apgabalā. Elektroenerģija loka kolonnā galvenokārt tiek tērēts gāzu un tvaiku sildīšanai, caur kuriem pārvietojas elektroni. Tajā pašā laikā elektriskais lauks neietekmē neitrālas daļiņas, šādas daļiņas nepārtraukti atstāj loka kolonnu apkārtējā telpā, paņemot līdzi saņemto enerģiju. Daļa enerģijas tiek zaudēta arī ļoti neliela skaita atomu starojuma un jonizācijas rezultātā.
Metināšanas loka kolonnas temperatūra tiek lēsta 5000-6500 °C. Šajā temperatūrā ir iespējama neitrālu atomu termiskā jonizācija. Iegūtie elektroni tiek novirzīti uz anodu, tāpat kā elektroni no gandrīz katoda apgabala, un pozitīvi lādētie joni virzās uz katodu. Tomēr loka kolonnā izveidoto elementāro lādiņu skaits nav lielāks par vienu procentu no to kopējā skaita. Tāpēc tiem nav būtiskas ietekmes uz elektroda metāla un metināmās detaļas kušanas īpašībām.
Anoda reģions. Šī zona atrodas starp anodu un loka kolonnu. Tā garums ir nedaudz lielāks nekā gandrīz katoda reģiona garums. Uz anoda virsmas strāvu nes tikai elektroni, kas nāk galvenokārt no loka kolonnas.
Elektronu un pozitīvo jonu veidošanās šajā reģionā notiek salīdzinoši nelielā daudzumā anoda tuvumā, jo neitrālos atomus jonizē augstas enerģijas elektroni, ko paātrina elektriskais lauks. Pozitīvie joni, kas rodas pie anoda apgabala robežas ar loka kolonnu, veido telpisku pozitīvu lādiņu, kas novērš elektronu kustību uz anodu. Tāpēc starp anodu un telpas lādiņu rodas potenciāla atšķirība, ko sauc par anoda potenciāla kritumu U. d.
Elektriskā lauka intensitāte pie anoda būs ļoti nozīmīga, taču mazāka par lauka intensitāti katoda tuvumā.
Elektriskā lauka izkliedētie elektroni nodod savu kinētisko enerģiju uz anodu, kā arī atdod to elektronu darba funkciju, kas iztērēti to ekstrakcijai no katoda siltuma veidā. Galvenā saņemtās enerģijas daļa tiek tērēta anoda sildīšanai un kausēšanai, un daļa tiek tērēta starojumam un anodu apkārtējās atmosfēras sildīšanai.
Rīsi. 17. Sprieguma maiņas shēma metināšanas lokā: /d - loka garums; 1K ir gandrīz katoda apgabala garums; 1С - loka kolonnas garums; /a - anoda apgabala garums; UR - loka spriegums; UK - katoda potenciāla kritums; UR - anoda potenciāla kritums; Uc - potenciālais kritums loka kolonnā
Salīdzinot parādības pie katoda un anoda, var redzēt, ka elektronu skaits, ko katods patērē laika vienībā pozitīvo jonu emisijai un neitralizācijai, ir vienāds ar anodā ienākošo elektronu skaitu. Šos elektronus katodam atkal piegādā strāvas ģenerators.
No metināšanas loka sprieguma izmaiņu grafika visā tā garumā (17. att.) var redzēt, ka gandrīz katoda reģionā spriegums UK strauji pieaug. Reģiona mazā garuma un Apvienotās Karalistes augstās vērtības dēļ lauka intensitātei ir ļoti liela vērtība Ek = UK/eK, kas nodrošina elektronu izeju no katoda un to sekojošu paātrinājumu līdz lielai enerģijai, kas nepieciešama jonizācijai. neitrālie atomi. Pretēja situācija ir loka kolonnā, tāpēc tās intensitātei Ес = Uc/ec būs maza nozīme.
Anoda apgabalā strāvu nes elektroni, kas nāk galvenokārt no loka kolonnas. Tikai neliela daļa no tiem veidojas anoda tuvumā neitrālu atomu jonizācijas laikā. Tas patērē mazāk enerģijas nekā gandrīz katoda reģionā. Tāpēc sprieguma kritumu nosaka metināšanas procesā nogulsnētā metāla masa 1 stundu, uz strāvas stiprumu 1 A, tādējādi raksturojot īpatnējo metināšanas produktivitāti. Nogulsnēšanās ātrums būtiski ir atkarīgs no pārklājuma sastāva un polaritātes, uz kuras tiek veikta metināšana. Vēl viens normalizēts elektrodu raksturlielums ir to patēriņš - masa (kg), kas nepieciešama, lai iegūtu 1 kg nogulsnētā metāla. Šie divi raksturlielumi ir nepieciešami, izvēloties zīmolu un nepieciešamo elektrodu skaitu metināšanai un metināšanas darbiem.
Vēl viena elektrodu īpašība ir kušanas koeficients ap. Tā vērtību nosaka izkausētā elektroda masa gramos uz 1 stundu, laižot cauri 1 A strāvai. Lai noteiktu dažādu faktoru ietekmi uz elektrodu kušanas ātrumu, kušanas koeficients ir piemērotāks nekā nogulsnēšanās koeficients, jo tā aprēķinā nav ņemti vērā metāla zudumi atkritumu un šļakatu dēļ.
Tabulā. 14. attēlā parādīti eksperimentālie dati par dažādu vielu plāna pārklājuma ietekmi uz zema oglekļa satura tērauda stieņiem uz kušanas koeficienta vērtībām metināšanā ar tiešu un apgrieztu polaritāti. Tabulā redzams, ka metinot ar tiešu polaritāti (uz (-) elektroda), kušanas koeficients visbūtiskāk ir atkarīgs no elektroda pārklājuma sastāvdaļas veida. Metinot reversā
polaritāte (uz elektroda (+)) šis koeficients mainās daudz mazāk.
Problēmas sarežģītības un nepilnīgo zināšanu dēļ mēs koncentrēsimies tikai uz galvenajiem, visticamākajiem identificētā modeļa cēloņiem. Ņemiet vērā, ka vairākas vielas, kas nogulsnējas uz katoda, ievērojami samazina elektronu darba funkciju. Šādas vielas ietver metālu oksīdu, galvenokārt sārmzemju metālu, plēves. Aptuveni novērtēsim siltuma bilanci (pieplūdumu un aizplūšanu) pie katoda un anoda, ņemot vērā uz stieņa nogulsnēto vielu ietekmi.
Katods saņem siltumu, pateicoties elektriskā lauka izkliedēto pozitīvo jonu kinētiskajai enerģijai, jonizācijai veltītajam darbam, daļēji atgriežoties katodā, kad joni uztver elektronus no katoda. Katods izdala siltumu no tā izplūstošajiem "karstajiem" elektroniem, kuriem ir liels enerģijas padeve. Šādu elektronu izeja atdzesē katodu.
Ja uz katoda ir plēves, kas samazina elektrona darba funkciju, ir nepieciešams mazāks katoda potenciāla kritums, lai izdalītu elektronus no katoda. Tāpēc būs nepieciešams mazāk pozitīvs telpiskais lādiņš, ko veido mazāk pozitīvu jonu. Pozitīvo jonu skaits, kas nonāk katodā, un katra no tiem enerģija samazināsies, kas novedīs pie elektrodu kušanas faktora samazināšanās.
Tagad pieņemsim, ka elektrods ir pārklāts ar pārklājumu, kas satur elementu atomus, kuru jonizācijai ir nepieciešams neliels darba apjoms. Acīmredzot, jo mazāk darba nepieciešams atomu jonizācijai, jo mazāk to saņems katods jonu pārejas laikā uz neitrāliem atomiem. Ir svarīgi atzīmēt, ka jo lielāka ir katra pozitīvā jona masa, jo lēnāk tie virzīsies uz katodu un jo mazāks to skaits būs nepieciešams, lai izveidotu nepieciešamo telpas lādiņu. Tāpēc tādu vielu klātbūtne elektrodu pārklājumā, kuru atomiem ir liela masa, jonizācijai ir nepieciešams mazs darbs un samazināta elektronu darba funkcija, izraisa strauju elektrodu kušanas koeficienta samazināšanos, metinot ar tiešu polaritāti. Kā redzams no tabulas. 14, šādas vielas ir bārija karbonāts un īpaši cēzija karbonāts, kura atomi ir gandrīz 2,5 reizes masīvāki par dzelzs atomiem, un jonizācijas darbs ir tikai 3,88 eV.
Ja stieņa metāla atomiem jonizācijai ir nepieciešams mazāk enerģijas nekā pārklājuma atomiem, tad tie vispirms tiks jonizēti, kas nosaka CXp vērtību. Šeit izpaužas minimuma princips: elektriskā loka deg ar mazāko iespējamo enerģijas patēriņu.
Anods saņem siltumu, pateicoties elektriskā lauka izkliedēto elektronu kinētiskajai enerģijai un elektronu darba funkcijai, kas tiek atgriezta anodā. Ja elektroda patērētais siltums, kad tas ir katods, ir atkarīgs no saņemtās un dotās enerģijas attiecības, tad, metinot apgrieztā polaritātē, elektrods saņem tikai enerģiju. Līdz ar to būs mazākas iespējas variēt saņemtā siltuma daudzumā.
Atomu loka klātbūtne atmosfērā ar zemu to jonizācijas darba vērtību samazinās anoda potenciāla kritumu. Tāpēc elektroni nonāks pie anoda ar mazāku enerģijas rezervi, kas samazinās elektrodu kušanas ātrumu. Tomēr, ņemot vērā relatīvi zemo telpas lādiņa vērtību anoda priekšā, kušanas koeficients samazināsies mazākā mērā nekā metinot ar taisnu polaritāti.
Maiņstrāvas metināšana. Lielākā daļa saražoto elektrodu ir paredzēti metināšanai ar maiņstrāvu, kas ir saistīts ar šim nolūkam izmantoto iekārtu zemajām izmaksām un efektivitāti. Apsveriet maiņstrāvas metināšanas loka īpašības un dažus pasākumus, lai uzlabotu tā degšanas stabilitāti.
Metinot ar maiņstrāvu, loks izdziest katra puscikla beigās, un nākamā puscikla sākumā tas ir atkārtoti jāaizdedzina. Sakarā ar periodiskām strāvas plūsmas virziena izmaiņām elektrods pārmaiņus kļūst vai nu par anodu, vai par katodu. Rūpnieciskajā frekvencē (50 Hz) laika intervāls starp divām secīgām loka izdzišanas reizēm ir vienāds ar viena pusperioda ilgumu un ir 0,01 s. Šajā laikā lokam vajadzētu rasties, attīstīties un atkal izmirt. Tūlīt pēc loka izdzišanas pozitīvie joni un elektroni joprojām paliek starploku spraugā. Turklāt no izkausētā elektroda gala un no metināšanas baseina virsmas, uzkarsēta līdz augstai temperatūrai, izlido neliels daudzums elektronu, kuru enerģija metāla iekšpusē pārsniedz darba funkciju (termioniskā emisija).
Vienlaicīga pretēju zīmju elektrisko lādiņu klātbūtne starploku spraugā samazina to izkliedes ātrumu savstarpējas pievilkšanās klātbūtnes dēļ.
Ja līdz sprieguma parādīšanās un celšanās brīdim lādētas daļiņas (īpaši pozitīvie joni) paliek loka spraugā pietiekamā daudzumā, tad viegli radīsies un attīstīsies elektriskā loka. Tas notiek šādi: elektroni steidzas uz jaunizveidoto anodu, vienlaikus sildot loka atmosfēru, un pozitīvi lādēti joni steidzas uz katodu un, veidojot telpisku pozitīvu lādiņu, nodrošina elektronu izeju no katoda. Tālāk viss notiks tā, kā tas tiek novērots loka sākotnējās ierosināšanas laikā līdzstrāvas metināšanas laikā. Līdzīgs loka atkārtotas ierosmes un sadedzināšanas mehānisms rodas, metinot uz maiņstrāvas ar rutila pārklājumu elektrodiem, kas ietver kālija oksīdus un citus viegli jonizētus elementus.
Ja līdz brīdim, kad spriegums palielinās pēc tam, kad strāva iet cauri nullei, uzlādēto daļiņu (īpaši pozitīvo jonu) koncentrācija ir nepietiekama, tad loks nevarēs atkārtoti aizdegties. Tas notiek, piemēram, mēģinot metināt ar tukšiem elektrodiem (stieņiem).
Pamatojoties uz iepriekš minēto, var redzēt, ka metināšanas loka stabilitāte palielināsies, ieviešot pārklājumā viegli jonizējamus elementus, kā arī palielinoties elektrodu diametram vai metināšanas strāvas stiprumam. Pēdējais ir saistīts ar faktu, ka loka jaudas palielināšanās izraisa tā temperatūras paaugstināšanos un līdz ar to pozitīvo jonu kalpošanas laika palielināšanos.
Dejonizējošo elementu atomu, kuriem ir afinitāte pret elektroniem un kuri spēj veidot diezgan stabilus negatīvos jonus, ietekme ir pretēja. Elektronu afinitāte ir enerģijas daudzums, ko parasti izsaka elektronu voltos un kas tiek atbrīvots, kad elektrons ir pievienots neitrālam atomam. Negatīvā jona apgrieztā sadalīšanās neitrālā atomā un elektronā prasa vienādu darba (enerģijas) daudzumu.
Tālāk ir norādīta vairāku elementu elektronu afinitāte:
Elements Elektronu afinitāte, eV
C1................................................. .................................................. ......... "..3,7
F................................................. .................................................. .............. 3.6
Vg................................................. .................................................. .............. 3.5
Si.................................................. .................................................. .............. 1.8
O................................................ .................................................. .............. 1.5
Dejonizējošo elementu atomu rašanās mehānisms ir šāds: strāvas pārejas laikā caur nulli elektriskā lauka darbība beidzas. Elektroni, kas atrodas starploku spraugā, strauji zaudē enerģiju daudzu sadursmju rezultātā ar dažādām daļiņām un, satiekoties ar dejonizējošo elementu atomiem, pievienojas tiem, atbrīvojoties saistīšanai. Rezultātā gaismas un mobilo elektronu vietā veidojas masīvi negatīvi lādēti joni.
Jo lielāka ir atoma afinitāte pret elektronu, jo lielāka ir negatīva jona veidošanās iespēja. Ņemiet vērā, ka pie lieliem elektronu ātrumiem negatīvo jonu veidošanās iespējamība ir ļoti maza. Tāpēc ar vienmērīgu loka izlādi (līdzstrāvas metināšana) to praktiski nav.
Apskatīsim mehānismu, kā samazināt metināšanas loka stabilitāti ar negatīviem joniem. Negatīvie joni veidojas jebkurā starploku telpas daļā, jo īpaši netālu no jaunizveidotā katoda. Tā kā tiem ir daudz tūkstošu reižu lielāka masa nekā elektronam, tie lēnām attālināsies no katoda, kas puscikla sākumā tiks aktivizēts. Šajā gadījumā no atlikušajiem pozitīvajiem joniem izveidotā telpiskā pozitīvā lādiņa iedarbību vēl vairāk vājinās negatīvo jonu neitralizējošā iedarbība. Tāpēc lauka stiprums pie katoda nespēs nodrošināt vajadzīgā elektronu skaita atbrīvošanu, un loks izmirs.
Lai ražotu elektrodus ar pamata pārklājumu metalurģisku iemeslu dēļ, plaši izmanto fluoršpatu (CaF2) fluoršpata koncentrāta veidā. Pie augstas metināšanas loka temperatūras tas daļēji disociējas ar fluora izdalīšanos.Metinot ar līdzstrāvu, tas neietekmē loka stabilitāti. Tomēr, metinot ar maiņstrāvu, pietiek ar 2–4% fluoršpata ievadīšanu pārklājumā, lai loka degšanas stabilitāte būtu ievērojami samazināta. Šis apstāklis ir jāņem vērā praksē.
Lai atvieglotu metināšanas loka sākotnējo ierosmi mūsdienu elektrodu ražošanā, bieži tiek izmantoti jonizējoši pārklājumi, kas tiek uzklāti uz elektroda tukšā gala.
Līdzstrāvas un maiņstrāvas elektrodi ārēji neatšķiras. Bet no rūpnīcas jau ir norādīts, kādām strāvām tās ir paredzētas, proti, tas ir elektrodu stienis un pārklājums, polaritātes un pozīcijas, kurās var veikt metināšanu, ieteicamā strāva, metinot atsevišķus metālus. Kādas ir galvenās atšķirības starp maiņstrāvu un līdzstrāvu. Fakts ir tāds, ka metināšanas laikā elektrodam tiek piegādāta strāva vai nu mainīgi ar kādu frekvenci, proti, tā ir 50 herci vai pastāvīgi. Piemēram, ņemiet Uoni elektrodus. Tie ir paredzēti līdzstrāvai. Ja ņem un mēģināsi gatavot ar mainīgajiem, tad tie pielips vai loks staigās vai vispār nebūs stabila loka.
Apskatīsim līdzstrāvu un maiņstrāvu. Sākšu ar mainīgo, jo tas ir visvieglāk saprotams.
Un tā kā maiņstrāva un pastāvīga strāva darbojas, metinot ar elektrodu. Uzzīmēšu skaidri.
Un tagad redzēsim, kā maiņstrāva nāk pie mums mājās. Visi zina, ka ir fāze un ir nulle. Nulle ir kā mīnuss, bet ne īsti. Jebkurā gadījumā apskatīsim maiņstrāvas fāzi un tā darbību. Maiņstrāva, tad ir, tad nav, tad atkal ir.
Kā redzat, maiņstrāva palielinās vienā virzienā, tad otrā (sarkanā līnija tiek parādīta, palielinoties vienā virzienā, tad otrā), tas ir, strāva mainās. Tāpēc, metinot ar maiņstrāvas elektrodiem, rodas vairāk šļakatu . Nu, līdzstrāva ir tāda pati kā maiņstrāva, tikai iet caur taisngriezi ( tāpēc to sauc par to, jo tas iztaisno strāvu, kas atrodas grafikā) iegūstam vairākas maiņstrāvas, kas darbojas sinhroni un veido līdzstrāvu.
No tā varam secināt, ka metinot tiks iegūta kvalitatīva metināšana līdzstrāva. Droši vien ne visi saprot grafikā parādīto. Es atbildu uz jautājumu, kāda ir atšķirība starp līdzstrāvas un maiņstrāvas elektrodiem. Piemēram, MR-3s elektrodus var metināt gan ar jebkuras polaritātes maiņstrāvu, gan līdzstrāvu. Bet, piemēram, tie ir tikai nemainīgi, un tos pieļauj tikai apgrieztā polaritāte. Es teikšu pats, ka mēs ņemam elektrodus maiņstrāvai un gatavojam ar pastāvīgu strāvu un nebaidāmies no nekā. Daudzu zīmolu elektrodus var pagatavot ar līdzstrāvu, savukārt mainīgie ir jāuzrauga. Tagad