Витражные изделия в технике "Тиффани" являются прекрасным украшением квартиры. Можно ли их сделать самому? Да, конечно! узнать подробности >>
Камин - украшение загородного дома, печь-каменка - основа русской бани. Можно ли их построить самому? Что для этого нужно? Читаем! узнать подробности >>
Хотите превратить свой дачный участок в неповторимый уголок отдыха? Тогда воспользуйтесь нашими советами! узнать подробности >>
Если вам знакомо такое понятие, как стяжка, то вы наверняка разбираетесь и в том, что такое сухая бетонная смесь, ибо эти два понятия традиционно идут в одной строительной упряжке. Не будем замалчивать о недостатках... прочитать полностью >>
Неправильно рассчитанная нами стратегия поиска радиатора отопления может привести только к одному: разочарованию. Радиатор в итоге будет выбран далеко не тот, что нам требуется, и он не преминет доказать нам не раз на практике то, что мы – довольно никчемные теоретики. прочитать полностью >>
Малярные кисти могут быть различной формы, имеют разный тип щетины и изготовлены из разнообразного материала. Различия кистей по форме и остальным параметрам далеко не случайны. Каждый тип кистей предназначается для проведения определенного типа малярных работ... прочитать полностью >>
Каждый вид обоев, по сути, приверженец и защитник своего особого стиля. Кожаные обои – сторонник стилистики, которую иначе, как настенный престиж и шик, не назовешь. Недаром у истоков «моделирования» кожаных обоев стоят не кто иные, как всем известные, пусть даже понаслышке, несгибаемые крестоносцы. прочитать полностью >>
Облицовка кафельной плиткой – самый практичный и удобный способ оформления интерьера ванных комнат, а также рабочих поверхностей кухонь. Современный дизайн кафельной плитки позволяет выбрать свой стиль: классический или кантри, хай-тек или под старину... прочитать полностью >>
Лаки всякие нужны, лаки всякие важны. Но основное правило выбора лака забывать не следует: сначала тщательно знакомимся с характеристиками данного лака, а затем уже приступаем непосредственно к лакированию... прочитать полностью >>
Керамическая плитка не просто модный декоративный материал - это долговечность красоты в сочетании с гигиеничностью многих помещений, например, кухни, прихожей, коридора, ванной комнаты, холла... прочитать полностью >>
Сущность явления дуги. Источником нагрева при дуговой сварке является электрическая дуга. Газы обычно не проводят электричества, т. е. являются хорошими изоляторами. Газ, находящийся между электродами, состоит только из электрически нейтральных молекул; носители зарядов в нем отсутствуют. Для создания проводимости газов необходимо наличие ионов и электронов, т. е. носителей заряда.
Рассмотрим, как происходит ионизация газа. Как известно, элементарным электрическим зарядом является электрон. Электроны входят в состав всех атомов, причем их суммарный отрицательный заряд в нейтральных атомах уравновешивается положительным зарядом ядра, в котором сосредоточена почти вся масса атома. В кристаллической решетке металлов атомы связаны металлической связью и имеют свободные электроны. Для того, чтобы электрон вышел из металла, необходимо преодолеть силу взаимодействия между остовом кристаллической решетки и электронами, т. е. произвести работу выхода или вырывания. Поэтому электрон, вырванный и находящийся вне металла, будет обладать большей потенциальной энергией, чем находящийся внутри него.
В проводниках второго рода, которыми являются ионизированные газы, свободные электроны отсутствуют. При ионизации в них появляются лишь атомы или молекулы, у которых или недостает, или имеется избыток электронов, т. е. имеются положительные или отрицательные ионы.
Перенесение зарядов в проводниках второго рода обусловлено перемещением ионов. Направленное перемещение зарядов (в отличие от хаотического) и представляет собой электрический ток. Как видно, носителями зарядов при таком перемещении могут быть или ионы и электроны (ток в газах), или только электроны (ток в металлах).
Ионизацию газа можно создать принудительно диссоциацией его молекул подогревом, освещением рентгеновскими или ультрафиолетовыми лучами или действием на молекулы лучами радиоактивных веществ. Создаваемая при этом проводимость носит название несамостоятельной. Кроме того, ионизацию газов можно создать соударением нейтральных молекул движущимися электронами, ускоренными электрическим полем, которое обусловливает наличие тока. Создаваемая при этом проводимость называется самостоятельной, так как она обеспечивается самим электрическим полем.
При столкновении с атомами и молекулами электрон отдает им полностью или большую часть своей кинетической энергии и они возбуждаются или ионизируются. Входящие в возбужденный атом электроны располагаются на новых, более удаленных орбитах, т. е. имеют более высокий потенциал энергии.
Энергию ионизации обычно выражают в электрон-вольтах. Электрон-вольт (эв) равен работе, совершаемой при перемещении заряда е, равного заряду одного электрона, между точками с разностью потенциалов 1 в.
Потенциалы однократной ионизации газов различны (например: водорода 13,54 эв; гелия 24,47 эв и кислорода 12,5 эв).
Если ионизация газа вызывается тем, что его атомы или молекулы ударяются электронами, вылетающими из металлического проводника, то число образующихся внутри газа новых электронов растет очень быстро. Это происходит вследствие того, что первые образовавшиеся заряженные частицы при наличии электрического поля возбуждают другие молекулы, которые встречаются на пути. Вследствие возрастания числа заряженных частиц увеличивается и сила тока.
Уже отмечалось, что для извлечения электрона из металла в газовую среду необходимо затратить работу выхода. Работа выхода в значительной степени зависит от состояния поверхности вещества, выделяющего электроны, и может быть уменьшена, если на поверхности имеются хотя бы следы веществ, склонных к эмиссии (выделению) электронов.
При обычных комнатных температурах лишь ничтожная часть электронов обладает кинетической энергией, достаточной, чтобы совершить работу выхода. Поэтому в газовом промежутке вокруг металла ионов нет. Электроны будут достаточно интенсивно выделяться с поверхности металла лишь при нагревании его до высокой температуры. Этот процесс называется термоэлектронной эмиссией и может быть уподоблен процессу испарения молекул из нагреваемой жидкости.
Известно несколько видов самостоятельной проводимости газов: тлеющий разряд, искровой разряд и дуговой разряд.
Дуговой разряд, используемый при сварке, представляет длительный устойчивый разряд в газах при давлениях, близких к атмосферному и выше. Дуговой разряд сопровождается ослепительным свечением. Температура газа достигает нескольких тысяч градусов; степень ионизации очень высокая.
Дугу можно рассматривать как газовый проводник круглого сечения, располагающийся между активными пятнами на электродах (полюсах). Через активные пятна - наиболее нагретые участки электродов - проходит весь ток. Активное пятно отрицательного полюса носит название катодного и является источником эмиссии электронов. Двигая катод перпендикулярно оси дуги, мы можем заставить двигаться и дугу. Если же отодвинуть в таком же направлении анод, оставляя катод неподвижным, то дуга прервется, так как расстояние между пятнами увеличится и эмиссия электронов из катодного пятна прекратится.
Для начальной ионизации дугового пространства и возбуждения дуги обычно используют местный нагрев участка электрода (для создания катодного пятна) и повышенное напряжение поля. Нагрев электрода обеспечивается касанием его концом поверхности свариваемого изделия. При этом в точках касания (контакта) благодаря большому местному сопротивлению выделяется тепло. Разогретый катод начинает излучать электроны, ионизирующие молекулы газа.
Проходя через столб дуги, ионы бомбардируют поверхность катода и нейтрализуются на ней. За счет кинетической энергии газовых частиц происходит сильный разогрев поверхности катода, материал его плавится и испаряется. Общее количество тепла, виделяемое на аноде, определяется как падением напряжения в прианодной области, так и отдачей энергии электронами, входящими в анод из столба дуги. В ряде случаев количество тепла, выделяемое на аноде, больше чем на катоде.
Для увеличения проплавления свариваемых кромок анод обычно присоединяют к свариваемому изделию. Катод (минус) присоединяют к электроду. Такая схема включения называется включением на прямой полярности. Если при сварке используется более тугоплавкий электрод или же сваривается тонкий материал, в связи с чем возникает опасность прожога, то полярность меняют на обратную (плюс на электроде и минус на изделии).
В связи с широким развитием применения автоматической дуговой сварки большой интерес представляют особенности горения дуги под слоем флюса. Сотрудники Института электросварки рентгенографировали зоны дуги. При изучении рентгенограмм было установлено, что сварка под слоем флюса является процессом электродуговым. Осциллограммы напряжения и тока для дуги, горящей в воздухе, и для дуги, горящей под слоем флюса, весьма сходны, однако осциллограмма напряжения дуги, горящей под слоем флюса, более плавная и почти не имеет пиков зажигания, что указывает на большую устойчивость ее вследствие большей «тепловой инерции». Окружающий дугу флюсовый пузырь не дает ей охлаждаться при переходе напряжения через нуль в случае сварки на переменном токе.
Следует отметить, что горение сварочной дуги возможно не только в воздухе или в газовом пузыре, образующемся под слоем флюса, но и в воде, причем даже на значительных глубинах. Жидкая среда, окружающая дугу, под влиянием дугового процесса испаряется и разлагается, создавая вокруг нее газовый пузырь. Газовый пузырь заполнен преимущественно водородом, парами металла и продуктами разложения обмазки электрода. Избытки этих паров поднимаются на поверхность воды в виде пузырьков. Из-за интенсивного теплоотвода для горения дуги под водой требуется напряжение большее, чем на воздухе (при этом оно зависит от глубины погружения).
Строение электрической дуги и ее устойчивость
Области дуги вблизи полюсов носят название катодной и анодной. Средняя часть называется столбом дуги.
Столб представляет собой цилиндрический газовый проводник с высокой степенью ионизации, вдоль оси которого перемещаются электроны. Распределение температуры по сечению столба весьма неравномерно. В центральной части она достигает 7000-8000° С, а к периферии резко понижается.
Мощность применяемых сварочных дуг колеблется в очень широких пределах - от 0,3 до 160 квт. При горении дуги эта мощность распределяется между анодной областью, столбом дуги и катодной областью.
Падение напряжения вблизи полюсов и в столбе дуги зависит от различных факторов.
Катодное падение напряжения зависит от материала электрода и состава газовой среды в дуге. Если в газовой среде находятся вещества, затрудняющие ионизацию (галлоиды, азот, кислород), то катодное падение напряжения повышается, а электропроводность столба дуги падает. Такое же действие производит охлаждение дуги окружающими газами.
Соли щелочных и щелочно-земельных металлов (Na; К; Ва; Са и др.) наоборот облегчают ионизацию. Падение напряжения в катодной области не зависит от силы тока при широком диапазоне изменения тока. Только при сварке под флюсом и в среде защитных газов при весьма высокой плотности тока, когда катодное пятно покрывает всю поверхность торца электрода, падение напряжения с дальнейшим ростом тока начинает возрастать.
Анодное падение напряжения практически не зависит от тока, состава материала электродов и среды. Падение напряжения в столбе дуги зависит от длины столба и его температуры. Суммарное падение напряжения в дуге при очень малой плотности тока падает с увеличением силы тока, так как растет сечение столба дуги и его электропроводность.
При сварочных дугах средней мощности, применяемых для ручной дуговой сварки, падение напряжения в дуге сохраняется постоянным и от силы тока не зависит.
Наконец, при очень высоких плотностях тока., применяемых при сварке под флюсом проволокой малого диаметра и при сварке в среде защитных газов, напряженность электрического поля в дуге и суммарное падение напряжения будут с увеличением тока возрастать.
График зависимости напряжения дуги от силы сварочного тока носит название вольт-амперной характеристики дуги.
Для процесса электродуговой сварки весьма важным условием является устойчивое горение дуги при определенной величине тока без перехода ее в другую форму разряда. Устойчивое горение дуги будет в том случае, если при случайном отклонении от установившегося состояния, например при неожиданном изменении степени ионизации, быстро восстановится равновесие. Такое восстановление происходит за счет индуктивности, имеющейся в цепи. При изменении тока в дуге индуктируется э. д. с. самоиндукции.
Оказывается, что при падающей вольтамперной характеристике дуги устойчивость горения дуги обеспечивается, если внешняя статическая характеристика источника также падающая.
Если вольтамперная характеристика дуги имеет возрастающий характер, то устойчивость будет обеспечиваться при жесткой или возрастающей внешней характеристике источника. Вид внешней характеристики источника питания дуги играет большую роль также и с точки зрения чувствительности работы системы автоматического регулирования, если сварка ведется автоматом.
Ручная сварка, в особенности сварка электродами с тонким покрытием, сопровождается частыми короткими замыканиями вследствие того, что происходит переход капель с электрода на изделие; кроме того, при колебательных движениях руки сварщика электрод может быть замкнут накоротко. Недопустимо, чтобы при этом происходило значительное возрастание тока, вызывающее и повышенный нагрев электрода, проводов и источника тока. Поэтому отношение силы тока короткого замыкания к силе рабочего тока должно быть при ручной сварке в пределах 1,2-1,5. При этом условии тепловой режим дуги будет относительно стабильным.
Кроме того, важно, чтобы источник сварочного тока быстро следовал бы за изменениями режима в дуге и немедленно восстанавливал бы напряжение после перехода капли. Эти качества определяются динамической характеристикой источника тока.
Источник сварочного тока с плохой динамической характеристикой вызывает резкое мгновенное тепловыделение в момент зажигания и разбрызгивание при случайном увеличении длины дуги.
Особенности электрической дуги переменного тока
Переменный ток имеет преобладающее распространение в промышленных силовых установках; естественно, что и для сварки выгоднее применять переменный ток.
Переменный ток характеризуется периодическим изменением напряжения и силы тока по величине и направлению.
Так как для горения дуги необходимо определенное минимальное напряжение, то ясно, что за каждый период изменения напряжения дуга должна угасать и возникать вновь. В периоды угасания дуги, несмотря на их относительную кратковременность, дуговой промежуток успевает несколько охладиться, ионизация его ослабевает и для нового зажигания дуги снова требуется повышенное напряжение. Это в свою очередь вызывает запаздывание момента зажигания дуги. Таким образом, напряжение зажигания будет несколько выше, чем напряжение, при котором дуга гаснет. Чем выше напряжение переменного тока, тем короче будут перерывы горения дуги. Чем выше тепловое состояние газового промежутка, тем меньше напряжение зажигания, а следовательно, и короче периоды угасания дуги. При коротких периодах угасания дуги общая устойчивость процесса повышается.
Если в цепи дуги имеется, кроме омического, еще и индуктивное сопротивление, то, как известно из электротехники, между током и напряжением будет существовать некоторый сдвиг фаз. Подбором соответствующей индуктивности можно добиться такого сдвига фаз, чтобы в момент появления тока в цепи напряжение источника оказывалось уже достаточным для возникновения дуги. В последующем при падении тока в цепи возникнет э. д. с. самоиндукции, которая будет добавляться к уменьшающемуся напряжению источника и обеспечит такое общее напряжение на дуге, которого достаточно для ее поддержания в течение периода приближения тока к нулевому значению.
После перехода тока через нуль напряжение источника имеет величину, достаточную для повторного зажигания дуги. Дуга возникает снова без перерыва по времени. Таким образом, включением индуктивного сопротивления в цепь можно добиться устойчивого непрерывного горения дуги с почти постоянным напряжением, резко меняющим свой знак в конце каждого полупериода.
Введение в зону дуги некоторых ионизирующих веществ также способствует поддержанию дуги и снижает требуемое напряжение. На этом принципе, в частности, основано применение электродов с меловым покрытием.
Существует ряд факторов, которые ухудшают устойчивость дуги. Так, снижает устойчивость увеличение теплоемкости и теплопроводности среды, в которой горит дуга. В связи с этим, например, для горения дуги в чистом водороде или в воде требуется, как указывалось выше, повышенное напряжение (по сравнению с горением дуги в воздухе).
Введение некоторых элементов, обладающих высоким потенциалом ионизации (например, фтора), также ухудшает устойчивость дуги.
Популярные статьи
Выбор умывальника для квартиры
Один из важных элементов интерьера ванной комнаты является умывальник. Выбирая его, следует обращать внимание не только на цвет, форму и общую эстетическую привлекательность, но и на практические характеристики, касающиеся монтажа, удобства в пользовании, и доступности в обслуживании. Остановимся на практических характеристиках... прочитать полностью >>
Выбираем деревоалюминиевые окна
Дерево - великолепный материал для окон, но дереву необходима защита, ведь само себя оно защитить не сможет, - в отличие от алюминия. Напротив, алюминий не способен аккумулировать жизненно важное тепло «охраняемой» им территории, почему и хорош лишь с точки зрения банальной лоджии или зимнего сада. прочитать полностью >>
Стеклоблоки - элитный материал
Декоративный стеклоблок внешне нередко мало отличим от самого хрусталя, и вы вряд ли ошибетесь, избрав столь художественно продуманный стройматериал дизайнерски просчитанной деталью внутреннего интерьера. Появились целые коллекции художественно окрашенного стеклоблока, и не только однотонные... прочитать полностью >>
Потолок - украшение дома
Недостатки потолка практически невозможно скрыть, ведь там нет мебели и ковров. Существует огромное количество видов отделки потолка, которые способны удовлетворить не только требования наиболее щепетильного клиента, но и внести определенную изюминку в интерьер Вашей квартиры... прочитать полностью >>
В настоящее время в качестве альтернативы стандартным окнам строительные компании предлагают так называемые евроокна. Деревянные евроокна намного лучше стандартных по своим качествам и отличаются от пластиковых окон определенными особенностями. прочитать полностью >>
У краски несколько характеристик. Недостаточно определить только цвет – за ним по цепочке следует глянцево-матовая вариация и возможный блеск краски. Разные пигменты способны по-разному воздействовать на краску... прочитать полностью >>
Эта мастика настолько удачно работает над такими проблемными местами, как оконные проемы с наслоившейся на них монтажной пеной, что ранее популярный силикон уже давно уступил полиуретановой мастике первое место в рейтинге герметиков. прочитать полностью >>
Подвесной потолок – это система, состоящая из металлического каркаса, который прикреплен к перекрытию, а к нему крепятся уже готовые модульные элементы, создающие плоскость потолка. Приведем ряд преимуществ данной потолочной конструкции. прочитать полностью >>
Одним из самых популярных среди мастеров инструментов является электролобзик. Ценится он за свою универсальность и простоту в эксплуатации. Электролобзик предназначается для выполнения фигурной, продольной и поперечной резки разного материала. прочитать полностью >>
Во времена постоянного отключения горячей воды именно водонагреватель стал самым востребованным и незаменимым бытовым прибором. Сегодня производители выпускают множество моделей водонагревателей... прочитать полностью >>
Как правильно выполнить монтаж электропроводки? Как подключить кондиционер? Какие выбрать провода? Узнайте об этом! узнать подробности >>
Хотите сделать перепланировку квартиры? Не знаете, какие документы для этого нужны и где их оформить? Мы расскажем Вам об этом! узнать подробности >>
У Вас есть дача или загородный дом? Или Вы еще выбираете, какой дом лучше? Тогда несколько полезных советов для Вас! узнать подробности >>
