Дослідження еластичності дуги

Мета роботи:

Визначити стійкість горіння зварювальної дуги змінного й постійного струму, а також дослідити вплив вмісту електродних покриттів і струму на її еластичність.

Загальні відомості

Повітря за нормальних умов електричний струм не проводить, тому для виникнення дуги необхідно в просторі між електродом і зварювальним металом мати електрично заряджені частки-електрони, позитивні і негативні іони. Тобто збудження дуги потребує іонізації газу у дуговому проміжку.

Процес утворення іонів та електронів називається іонізацією, а газ, який містить електрони та іони- іонізованим.

Причини,які викликають іонізацію у стовпі дуги, такі:

· автоелектронна емісія, що викликається дією силового електричного поля великої напруженості (з катодної плями вириваються первинні електрони і рухаються до анода);

· термоелектронна емісія, яка викликається дією катода, за якою електрони спроможні відриватися від його поверхні при високій температурі;

· емісія від співударяння важких позитивних іонів о поверхню катода;

· фотоелектронна емісія, яка викликається дією світлових променів електричної дуги на поверхню катода.

Іонізація дугового проміжка виникає під час запалювання дуги і безперервно підтримується у процесі її горіння.

Ступінь іонізації визначає еластичність горіння дуги, тобто її максимальну довжину до самостійного розриву.

Якщо джерело живлення зварювальним струмом має спадну вольтамперну характеристику, то при збільшенні довжини дуги, за рівнянням u_д= a + bl_д (див. попередню роботу), дуга може горіти стійко, доки напруга на дузі не зрівняється з напругою холостого ходу джерела живлення. Але цього не відбувається, і дуга розривається значно раніше. Збільшення розривної довжини дуги, тобто її еластичності, визначають матеріали з більш низьким потенціалом іонізації, з більш низькою роботою виходу електронів (табл.6.1).

На еластичність дуги впливає також рід і полярність струму. За різнополярного струму змінюються умови існування приелектродних областей, процеси, які в першу чергу створюють передумови горіння дуги. Змінний струм, у якому змінюється полярність 2 f рази за секунду (де f – частота змінного струму), призводить до значного зниження стійкості горіння дуги.

Еластичність дуги за постійних властивостей зварювальних матеріалів характеризує стабілізуючі властивості джерел живлення, а за постійності властивостей джерел живлення - іонізуючі властивості зварювальних матеріалів.

Таблиця 6.1.

Значення потенціалу іонізації для матеріалів

Назва матеріалу	Символ елементу	Потенціал іонізації в еВ
Водень	Н	13,54
Гелій	Не	24,48
Азот	N	14,51
Алюміній	Al	5,96
Калій	K	4,32
Натрій	Na	5,12
Залізо	Fe	7,83
Тітан	Ti	6,81

Обладнання і матеріали

Лабораторний стенд (див. рис.5.4); електроди двох марок (за вибором викладача) зі вказівкою складу покриття; зварювальний дріт того самого діаметра; джерела живлення зварювальної дуги змінного і постійного струму.

Порядок виконання роботи

1. Приготувати лабораторний стенд для проектування зварювальної дуги на екран, на якому нанесена масштабна лінійка.

2. Зафіксувати струм короткого замикання.

3. Запалити зварювальну дугу між встановленим електродом та вугільною пластиною і на екрані визначити максимальну розривну довжину дуги.

4. Дослід повторити, змінюючи струм короткого замикання з інтервалом 100А.

5. Дослід повторити, змінюючи марку електрода.

6. Дослід повторити, змінюючи джерело зварювального струму.

7. Результати експерементів занести до табл.6.2.

8. Накреслити графік залежності розривної довжини дуги від струму короткого замикання l_p = f(I_k₃)

9. Зробити висновки, де відобразити вплив вмісту обмазок на еластичність горіння дуги.

10. Скласти звіт про лабороторну роботу, у ньому повинні міститися відповіді на контрольні запитання, порядок проведення роботи, таблиця з результатами дослідів, графіки, аналіз данних, які були отримані, а також висновки по роботі.

Таблиця 6.2

Експерементальні дані визначення еластичності дуги

№ експе-римента	Марка джерела живлення струмом	Рід струму (полярність)	Марка електрода	Діаметр електрода, мм	Струм корот-кого замикан-ня	Макси-мальна розрив-на дов-жина дуги, мм
тощо

Контрольні запитання

1. Опишіть процеси, які проходять у приелектродних ділянках.

2. Визначте фактори, які викликають іонізацію дугового проміжку.

3. Що визначає еластичність зварювальної дуги?

Завдання на самостійну роботу

За додатком виконати завдання № 11, 12.

Завдання виконується письмово після складання звіту про лабораторну роботу.

Лабораторна робота №7