Elektr yoyi harorati. Elektr yoyi va uning xususiyatlari Elektr yoyi

2.1. PAYVANDARISH YOYINING TABIATI
Elektr yoyi gazlardagi elektr razryadlarining turlaridan biri bo'lib, elektr toki elektr maydoni ta'sirida gaz bo'shlig'idan o'tadi. Metalllarni payvandlash uchun ishlatiladigan elektr yoyi payvandlash yoyi deb ataladi. Ark elektr payvandlash davrining bir qismi bo'lib, unda kuchlanishning pasayishi mavjud. To'g'ridan-to'g'ri oqim bilan payvandlashda, boshq quvvat manbaining musbat qutbiga ulangan elektrodga anod, manfiyga esa - katod deyiladi. Agar payvandlash o'zgaruvchan tokda amalga oshirilsa, elektrodlarning har biri navbat bilan anod va katoddir.
Elektrodlar orasidagi bo'shliq yoyni tushirish maydoni yoki yoy bo'shlig'i deb ataladi. Yoy bo'shlig'ining uzunligi yoy uzunligi deb ataladi. Oddiy sharoitlarda past haroratlarda gazlar neytral atomlar va molekulalardan iborat bo'lib, elektr o'tkazuvchanligiga ega emas. Elektr tokining gaz orqali o'tishi faqat unda zaryadlangan zarralar - elektronlar va ionlar mavjud bo'lganda mumkin.
Zaryadlangan gaz zarralarining hosil bo'lish jarayoni ionlanish, gazning o'zi esa ionlashgan deb ataladi. Yoy bo'shlig'ida zaryadlangan zarrachalarning paydo bo'lishi manfiy elektrod (katod) yuzasidan elektronlarning chiqishi (emissiyasi) va bo'shliqdagi gazlar va bug'larning ionlanishi bilan bog'liq. Elektrod va payvandlash ob'ekti o'rtasida yonish yoyi to'g'ridan-to'g'ri yoydir. Bunday yoy odatda siqilgan yoydan farqli o'laroq erkin yoy deb ataladi, uning kesimi burner nozli, gaz oqimi va elektromagnit maydon tufayli majburiy ravishda kamayadi. Yoyning qo'zg'alishi quyidagicha sodir bo'ladi. Qisqa tutashuv bo'lsa, elektrod va ish qismi aloqa joylarida ularning sirtini isitadi. Elektrodlar katodning qizdirilgan yuzasidan ochilganda, elektronlar chiqariladi - elektron emissiya. Elektron chiqishi, birinchi navbatda, termal effekt (termion emissiya) va katod yaqinida yuqori elektr maydonining mavjudligi (maydon emissiyasi) bilan bog'liq. Katod yuzasidan elektron emissiyasining mavjudligi yoy zaryadining mavjudligi uchun ajralmas shartdir.
Yoy bo'shlig'ining uzunligi bo'ylab yoy uchta hududga bo'linadi (2.1-rasm): katod, anod va ular orasida joylashgan yoy ustuni.
Katod mintaqasi katod nuqtasi deb ataladigan qizdirilgan katod yuzasini va unga tutashgan yoy bo'shlig'ining bir qismini o'z ichiga oladi. Katod mintaqasining uzunligi kichik, ammo u ortib borayotgan intensivlik va unda sodir bo'ladigan elektronlarni olish jarayonlari bilan tavsiflanadi, bu esa yoy zaryadining mavjudligi uchun zaruriy shartdir. Po'lat elektrodlar uchun katod joyining harorati 2400-2700 ° S ga etadi. Unda yoyning umumiy issiqligining 38% gacha chiqariladi. Bu sohadagi asosiy jismoniy jarayon elektron emissiyasi va elektron tezlashishi hisoblanadi. IQ ning katod hududida kuchlanish pasayishi taxminan 12-17 V ni tashkil qiladi.
Anod hududi anod yuzasida joylashgan anod nuqtasi va unga tutashgan yoy bo'shlig'ining bir qismidan iborat. Anod hududidagi oqim yoy ustunidan keladigan elektronlar oqimi bilan aniqlanadi. Anod nuqtasi - anod materialidagi erkin elektronlarning kirish va neytrallash joyi. U katod nuqtasi bilan taxminan bir xil haroratga ega, ammo elektron bombardimon qilish natijasida katodga qaraganda ko'proq issiqlik chiqariladi. Anod hududi, shuningdek, kuchlanish kuchayishi bilan tavsiflanadi. Undagi kuchlanish pasayishi Ua taxminan 2-11 V. Bu mintaqaning uzunligi ham kichikdir.
Ark ustuni katod va anod hududlari o'rtasida joylashgan yoy bo'shlig'ining eng katta qismini egallaydi. Bu erda zaryadlangan zarrachalarning hosil bo'lishining asosiy jarayoni gazning ionlanishidir. Bu jarayon zaryadlangan (birinchi navbatda elektronlar) va neytral gaz zarralarining to'qnashuvi natijasida sodir bo'ladi. Etarli to'qnashuv energiyasi bilan elektronlar gaz zarrachalaridan ajralib chiqadi va ijobiy ionlar hosil bo'ladi. Bunday ionlanish to'qnashuv ionlashuvi deb ataladi. To'qnashuv ionlashsiz ham sodir bo'lishi mumkin, keyin zarba energiyasi issiqlik shaklida chiqariladi va boshq ustunining haroratini oshirishga ketadi. Yoy ustunida hosil bo'lgan zaryadlangan zarralar elektrodlarga o'tadi: elektronlar - anodga, ionlar - katodga. Ijobiy ionlarning bir qismi katod nuqtasiga etib boradi, ikkinchi qismi esa etib bormaydi va manfiy zaryadlangan elektronlarni o'ziga biriktirib, ionlar neytral atomlarga aylanadi.
Zarrachalarni neytrallash jarayoni rekombinatsiya deb ataladi. Yoy ustunida barcha yonish sharoitida ionlanish va rekombinatsiya jarayonlari o'rtasida barqaror muvozanat kuzatiladi. Umuman olganda, kamon ustunida hech qanday zaryad yo'q. U neytraldir, chunki uning har bir qismida bir vaqtning o'zida bir xil miqdordagi qarama-qarshi zaryadlangan zarralar mavjud. Ark ustunining harorati 6000-8000 ° S va undan ko'proqqa etadi. Undagi kuchlanishning pasayishi (Uc) uzunligi bo'ylab deyarli chiziqli o'zgaradi, ustun uzunligi bilan ortadi. Kuchlanishning pasayishi gaz muhitining tarkibiga bog'liq va unga oson ionlashtiruvchi komponentlar kiritilishi bilan kamayadi. Bu komponentlar gidroksidi va gidroksidi tuproq elementlari (Ca, Na, K va boshqalar).
Yoydagi kuchlanishning umumiy pasayishi Ud=Uk+Ua+Uc ga teng. Yoy ustunidagi kuchlanishning pasayishini chiziqli bog'liqlik sifatida qabul qilib, uni Uc=Elc formulasi bilan ifodalash mumkin, bu erda E - uzunlik bo'yicha kuchlanish, lc - ustun uzunligi. uk, Ua, E qiymatlari amalda faqat elektrodlar materialiga va yoy bo'shlig'i muhitining tarkibiga bog'liq va ularning o'zgarmasligi bilan turli xil payvandlash sharoitlarida doimiy bo'lib qoladi. Katod va anod mintaqalarining uzunligi kichik bo'lganligi uchun amalda 1s=1d ni ko'rib chiqishimiz mumkin.
Keyin ifoda olinadi yoy kuchlanishining bevosita uning uzunligiga bog'liqligini ko'rsatib, bu erda a = ik + ia; b=E. Yuqori sifatli payvandlangan bo'g'inni olishning ajralmas sharti - bu barqaror yoy yonishi (uning barqarorligi). Bu uning mavjudligining shunday rejimi sifatida tushuniladi, unda yoy uzoq vaqt davomida oqim va kuchlanishning berilgan qiymatlarida, uzilishlarsiz va boshqa zaryadsizlanishlarga o'tmasdan yonadi. Payvandlash yoyining barqaror yonishi bilan uning asosiy parametrlari - oqim kuchi va kuchlanish - ma'lum bir o'zaro bog'liqlikda. Shuning uchun, yoy razryadning asosiy xususiyatlaridan biri uning kuchlanishining doimiy yoy uzunligidagi oqim kuchiga bog'liqligidir. Statik rejimda ishlaganda (yoyning barqaror yonish holatida) bu bog'liqlikning grafik tasviri yoyning statik oqim-kuchlanish xarakteristikasi deb ataladi.
Yoy uzunligining oshishi bilan uning kuchlanishi oshadi va statik oqim-kuchlanish xarakteristikasining egri chizig'i ko'tariladi, yoy uzunligi kamayishi bilan yuqoriroq, shaklini sifat jihatidan saqlab qolgan holda pastga tushadi. Statik javob egri chizig'ini uchta hududga bo'lish mumkin: tushish, qattiq va ko'tarilish. Birinchi mintaqada oqimning oshishi kamon kuchlanishining keskin pasayishiga olib keladi.
Buning sababi, oqim kuchining oshishi bilan kamon ustunining tasavvurlar maydoni va uning elektr o'tkazuvchanligi ortadi. Ushbu mintaqadagi rejimlarda yoyning yonishi past barqarorlik bilan tavsiflanadi. Ikkinchi mintaqada oqim kuchining ortishi kamon kuchlanishining o'zgarishi bilan bog'liq emas. Bu kamon ustuni va faol nuqtalarining tasavvurlar maydoni oqim kuchiga mutanosib ravishda o'zgarib turishi bilan izohlanadi va shuning uchun yoydagi oqim zichligi va kuchlanish pasayishi doimiy bo'lib qoladi. Qattiq statik javobga ega boshq payvandlash payvandlash texnologiyasida, ayniqsa qo'lda payvandlashda keng qo'llaniladi. Uchinchi mintaqada oqim kuchayishi bilan kuchlanish kuchayadi.
Buning sababi shundaki, katod nuqtasining diametri elektrod diametriga teng bo'ladi va bundan keyin ham ortib bo'lmaydi, shu bilan birga kamondagi oqim zichligi oshadi va kuchlanish pasayadi. Statik xarakteristikasi ortib borayotgan yoy avtomatik va mexanizatsiyalashgan suv ostida payvandlashda va yupqa payvandlash paychalarining yordamida himoya gazlarda keng qo'llaniladi.
Sarflanadigan elektrod bilan mexanizatsiyalashgan payvandlashda ba'zan yoyning statik oqim kuchlanish xarakteristikasi ishlatiladi, uning doimiy uzunligida emas, balki doimiy elektrod simini besleme tezligida olinadi.
Shakldan ko'rinib turibdiki, har bir simni besleme tezligi barqaror yoyli oqimlarning tor diapazoniga mos keladi. Juda kam payvandlash oqimi elektrodning ish qismi bilan qisqa tutashuviga va juda ko'p - kuchlanishning keskin oshishiga va uning uzilishiga olib kelishi mumkin.
Elektr payvandlash yoyi- bu plazmadagi uzoq muddatli elektr zaryadsizlanishi bo'lib, u ionlangan gazlar va himoya atmosfera tarkibiy qismlarining bug'lari, plomba va asosiy metall aralashmasidir.
Ark o'z nomini ikkita gorizontal joylashtirilgan elektrodlar orasiga yondirilganda olinadigan xarakterli shakldan oladi; isitiladigan gazlar ko'tarilish tendentsiyasiga ega va bu elektr zaryadsizlanishi egilib, kamon yoki yoy shaklida bo'ladi.
Amaliy nuqtai nazardan, yoyni elektr energiyasini issiqlik energiyasiga aylantiruvchi gaz o'tkazgich sifatida ko'rib chiqish mumkin. Bu yuqori isitish intensivligini ta'minlaydi va elektr parametrlari bilan osongina boshqariladi.
Gazlarning umumiy xususiyati shundaki, ular normal sharoitda elektr tokining o'tkazgichlari emas. Biroq, qulay sharoitlarda (yuqori harorat va yuqori quvvatli tashqi elektr maydonining mavjudligi) gazlar ionlashishi mumkin, ya'ni. ularning atomlari yoki molekulalari chiqarishi yoki elektronegativ elementlar uchun, aksincha, mos ravishda musbat yoki manfiy ionlarga aylanib, elektronlarni ushlab turishi mumkin. Ushbu o'zgarishlar tufayli gazlar plazma deb ataladigan materiyaning to'rtinchi holatiga o'tadi, bu elektr o'tkazuvchandir.
Payvandlash yoyining qo'zg'alishi bir necha bosqichda sodir bo'ladi. Masalan, MIG / MAG ni payvandlashda, elektrodning uchi va ish qismi aloqa qilganda, ularning sirtlarining mikro protrusionlari o'rtasida aloqa mavjud. Yuqori oqim zichligi bu o'simtalarning tez erishiga va suyuq metall qatlamining paydo bo'lishiga yordam beradi, bu elektrod tomon doimo oshib boradi va oxir-oqibat buziladi.

Jumperning yorilishi paytida metallning tez bug'lanishi sodir bo'ladi va tushirish bo'shlig'i bu holda paydo bo'lgan ionlar va elektronlar bilan to'ldiriladi. Elektrod va ishlov beriladigan qismga kuchlanish qo'llanilishi tufayli elektronlar va ionlar harakatlana boshlaydi: elektronlar va manfiy zaryadlangan ionlar - anodga va musbat zaryadlangan ionlar - katodga va shu bilan payvandlash yoyi qo'zg'aladi.

Yoy qo'zg'atilgandan so'ng, yoy bo'shlig'idagi erkin elektronlar va musbat ionlarning kontsentratsiyasi o'sishda davom etadi, chunki elektronlar yo'lda atomlar va molekulalar bilan to'qnashadi va ulardan ko'proq elektronlarni "tutib yuboradi" (bu holda, atomlar bir yoki bir nechta elektronni yo'qotib, musbat zaryadlangan ionlarga aylanadi). Yoy bo'shlig'i gazining intensiv ionlanishi mavjud va yoy barqaror yoy zaryadsizlanishi xarakterini oladi.
Yoy boshlangandan keyin soniyaning bir necha qismidan so'ng, asosiy metallda payvand chovgum hosil bo'la boshlaydi va elektrodning uchida bir tomchi metall hosil bo'ladi. Taxminan 50-100 millisekunddan so'ng, elektrod simining uchidan payvand chovgumiga metallning barqaror o'tishi o'rnatiladi. Buni yoy bo'shlig'i bo'ylab erkin uchib o'tadigan tomchilar yoki avval qisqa tutashuv hosil qiladigan va keyin payvand chovgumiga oqib tushadigan tomchilar orqali amalga oshirish mumkin.

Yoyning elektr xossalari uning uchta xarakterli zonasida - ustunda, shuningdek, yoyning bir tomonida yoy ustuni o'rtasida joylashgan (katod va anod) elektrodga yaqin hududlarida sodir bo'ladigan jarayonlar bilan belgilanadi. elektrod va mahsulot ikkinchisida.
Sarflanadigan elektrodni payvandlashda boshq plazmasini saqlab qolish uchun 10 dan 1000 ampergacha bo'lgan oqimni ta'minlash va elektrod va ishlov beriladigan qism o'rtasida taxminan 15-40 voltlik elektr kuchlanishini qo'llash kifoya. Bunday holda, kamon ustunidagi kuchlanishning o'zi bir necha voltdan oshmaydi. Qolgan kuchlanish kamonning katod va anod hududlarida tushadi. Yoy ustunining uzunligi o'rtacha 10 mm ga etadi, bu kamon uzunligining taxminan 99% ga to'g'ri keladi. Shunday qilib, kamon ustunidagi elektr maydon kuchi 0,1 dan 1,0 V / mm gacha bo'lgan oraliqda. Katod va anod hududlari, aksincha, juda qisqa (katod mintaqasi uchun taxminan 0,0001 mm, ionning o'rtacha erkin yo'liga to'g'ri keladi va anod mintaqasi uchun 0,001 mm, o'rtacha qiymatga to'g'ri keladi) bilan tavsiflanadi. elektronning erkin yo'li). Shunga ko'ra, bu hududlar juda yuqori elektr maydon kuchiga ega (katod mintaqasi uchun 104 V / mm gacha va anod mintaqasi uchun 103 V / mm gacha).
Eksperimental ravishda ma'lum bo'lishicha, iste'mol qilinadigan elektrodni payvandlashda katod hududida kuchlanishning pasayishi anod hududidagi kuchlanishning pasayishidan oshadi: mos ravishda 12-20 V va 2-8 V. Elektr zanjiri ob'ektlarida issiqlik chiqishi oqim va kuchlanishga bog'liqligini hisobga olsak, sarflanadigan elektrod bilan payvandlashda ko'proq kuchlanish tushadigan sohada ko'proq issiqlik ajralib chiqishi aniq bo'ladi, ya'ni. katodda. Shuning uchun, iste'mol qilinadigan elektrod bilan payvandlashda, mahsulot asosiy metallning chuqur kirib borishini ta'minlash uchun katod bo'lib xizmat qilganda, payvandlash oqimi ulanishining teskari polaritesidan foydalaniladi (bu holda, quvvat manbaining ijobiy qutbi elektrod). To'g'ridan-to'g'ri qutblanish ba'zan sirtni qoplashda qo'llaniladi (agar asosiy metallning kirib borishi, aksincha, minimal bo'lishi kerak).
TIG payvandlash (iste'mol qilinmaydigan elektrodli payvandlash) sharoitida katod kuchlanishining pasayishi, aksincha, anod kuchlanishining pasayishidan ancha past bo'ladi va shunga mos ravishda, bu sharoitda anodda allaqachon ko'proq issiqlik hosil bo'ladi. Shuning uchun, iste'mol qilinmaydigan elektrod bilan payvandlashda, asosiy metallning chuqur kirib borishini ta'minlash uchun, ishlov beriladigan qism quvvat manbaining musbat terminaliga ulanadi (va u anodga aylanadi), elektrod esa manfiyga ulanadi. terminali (shuningdek, elektrodni haddan tashqari issiqlikdan himoya qilishni ham ta'minlaydi).
Bunday holda, elektrod turidan (iste'mol qilinadigan yoki sarflanmaydigan) qat'iy nazar, issiqlik asosan yoy ustunida emas, balki yoyning faol joylarida (katod va anod) chiqariladi. Yoyning bu xossasi faqat asosiy metallning yoy yo'naltirilgan joylarini eritish uchun ishlatiladi.
Elektrodlarning yoy oqimi o'tadigan qismlari faol nuqtalar deb ataladi (musbat elektrodda anod nuqtasi va manfiy elektrodda katod nuqtasi). Katod nuqtasi erkin elektronlar manbai bo'lib, yoy bo'shlig'ining ionlanishiga yordam beradi. Shu bilan birga, musbat ionlar oqimlari katodga shoshilib, uni bombardimon qiladi va kinetik energiyasini unga o'tkazadi. Sarflanadigan elektrodni payvandlashda faol nuqta hududida katod yuzasida harorat 2500 ... 3000 ° S ga etadi.

Elektronlar va manfiy zaryadlangan ionlar oqimlari anod nuqtasiga shoshilib, o'zlarining kinetik energiyasini unga o'tkazadilar. Sarflanadigan elektrodni payvandlashda faol nuqta hududida anod yuzasida harorat 2500 ... 4000 ° S ga etadi. Sarflanadigan elektrodni payvandlashda boshq ustunining harorati 7000 dan 18000 ° S gacha (taqqoslash uchun: po'latning erish harorati taxminan 1500 ° S).