Električni luk (Voltaic arc, lučno pražnjenje) je fizička pojava, jedna od vrsta električnog pražnjenja u plinu.

Struktura luka

Električni luk sastoji se od katodnog i anodnog regiona, stuba luka, prelaznih regiona. Debljina anodnog područja je 0,001 mm, a katodnog oko 0,0001 mm.

Temperatura u anodnom području tokom zavarivanja potrošnim elektrodama je oko 2500 ... 4000 ° C, temperatura u stupu luka je od 7000 do 18000 ° C, u području katode - 9000 - 12000 ° C.

Stub luka je električno neutralan. U bilo kojem njegovom dijelu nalazi se isti broj nabijenih čestica suprotnih predznaka. Pad napona na stubu luka proporcionalan je njegovoj dužini.

Lukovi za zavarivanje se klasifikuju prema:

• Elektrodni materijali - sa potrošnom i nepotrošnom elektrodom;
• Omjeri kompresije stupa - slobodni i komprimirani luk;
• Prema korištenoj struji - DC i AC luk;
• Po polaritetu jednosmerne električne struje - direktni polaritet ("-" na elektrodi, "+" - na proizvodu) i obrnuti polaritet;
• Pri korištenju naizmjenične struje - jednofazni i trofazni lukovi.

Samoregulacija luka tokom električnog zavarivanja

Kada dođe do eksterne kompenzacije - promjene napona mreže, brzine dovođenja žice, itd. - dolazi do kršenja uspostavljene ravnoteže između brzine dodavanja i brzine topljenja. S povećanjem duljine luka u krugu, struja zavarivanja i stopa taljenja žice elektrode se smanjuju, a brzina dodavanja, dok ostaje konstantna, postaje veća od brzine topljenja, što dovodi do obnavljanja duljine luka. Sa smanjenjem dužine luka, brzina taljenja žice postaje veća od brzine dodavanja, što dovodi do oporavka normalna dužina lukovi.

Na efikasnost procesa samoregulacije luka značajno utiče oblik strujno-naponske karakteristike izvora napajanja. Velika brzina fluktuacije dužine luka se automatski razrađuje sa krutim I - V karakteristikama kola.

Borba protiv električnog luka

Kod brojnih uređaja pojava električnog luka je štetna. To su prvenstveno kontaktni sklopni uređaji koji se koriste u napajanju i elektropogonu: visokonaponski prekidači, prekidači, kontaktori, sekcijski izolatori na kontaktnoj mreži elektrificiranih željeznice i gradski električni transport. Kada se gore navedeni uređaji odvoje od opterećenja, između kontakata otvaranja nastaje luk.

Mehanizam luka u ovom slučaju je sljedeći:

• Smanjenje kontaktni pritisak- smanjuje se broj kontaktnih tačaka, povećava se otpor u kontaktnom čvoru;
• Početak divergencije kontakata - formiranje "mostova" od rastopljenog metala kontakata (na mjestima posljednjih kontaktnih tačaka);
• Puknuće i isparavanje mostova od rastopljenog metala;
• Formiranje električnog luka u metalnim parama (što doprinosi većoj ionizaciji kontaktnog razmaka i poteškoćama u gašenju luka);
• Stabilno sagorevanje luka sa brzim kontaktom.

Za minimalno oštećenje kontakata potrebno je u što kraćem vremenu ugasiti luk, trudeći se da se luk ne nađe na jednom mjestu (kada se luk pomjeri, toplina koja se u njemu oslobađa ravnomjerno će se rasporediti po kontaktu tijelo).

Za ispunjavanje gore navedenih zahtjeva primjenjuju se sledećim metodama kontrola luka:

• lučno hlađenje strujanjem rashladnog medija - tekućine (prekidač ulja); gas - (vazdušni prekidač, autogasni prekidač, uljni prekidač, SF6 prekidač), a protok rashladnog medija može proći i duž osovine luka (uzdužno gašenje) i poprečno (poprečno gašenje); ponekad se koristi uzdužno-poprečno prigušivanje;
• upotreba lučne sposobnosti vakuuma - poznato je da kada se pritisak gasova koji okružuju uključene kontakte smanji na određenu vrijednost, dovodi do efikasnog gašenja luka (zbog odsustva nosača za stvaranje luka) vakuumskog prekidača.
• upotreba kontaktnog materijala otpornijeg na luk;
• upotreba kontaktnog materijala sa većim potencijalom jonizacije;
• korištenje lučnih mreža (prekidač, elektromagnetski prekidač). Princip primjene supresije luka na rešetkama temelji se na korištenju efekta pada napona u luku blizu katode (veći dio pada napona u luku je pad napona na katodi; lučna rešetka je zapravo serija uzastopnih kontakata za luk koji je tamo stigao).
• upotreba

U savremenoj industriji zavarivanje je od velikog značaja, ima veoma široku primenu u svim industrijama. Za izvođenje procesa zavarivanja potreban je luk za zavarivanje.

Šta je luk za zavarivanje, njegova definicija

Luk za zavarivanje se smatra vrlo velikim električnim pražnjenjem u smislu snage i trajanja, koje postoji između elektroda, na koje se primjenjuje napon, u mješavini plinova. Njegova svojstva odlikuju se visokom temperaturom i gustinom struje, zbog čega je u stanju topiti metale s tačkom topljenja iznad 3000 stepeni. Općenito, možemo reći da je električni luk plinski provodnik koji se pretvara električna energija u vrućini. Električni naboj je prolazak električne struje kroz plinski medij.

Postoji nekoliko vrsta električnog pražnjenja:

• Sjajno pražnjenje. Javlja se pri niskom pritisku, koristi se u fluorescentne lampe i plazma ekrani;
• Iskreni pražnjenje. Javlja se kada je pritisak jednak atmosferskom, odlikuje se isprekidanim oblikom. Munja odgovara iskri, koja se takođe koristi za paljenje motora sa unutrašnjim sagorevanjem;
• Lučno pražnjenje. Koristi se za zavarivanje i rasvjetu. Razlikuje se u kontinuiranom obliku, javlja se pri atmosferskom pritisku;
• Kruna. Javlja se kada je tijelo elektrode hrapavo i nehomogeno, druga elektroda može izostati, odnosno nastaje mlaz. Koristi se za čišćenje gasova od prašine;

Priroda i struktura

Priroda luka za zavarivanje nije tako komplicirana kao što se na prvi pogled može činiti. Električna struja, prolazeći kroz katodu, zatim prodire u jonizovani gas, dolazi do pražnjenja sa jakim sjajem i veoma visokom temperaturom, tako da temperatura električnog luka može dostići 7000 - 10000 stepeni. Nakon toga struja teče do obrađenog materijala za zavarivanje. Budući da je temperatura tako visoka, luk emituje ultraljubičasto i infracrveno zračenje koje je štetno za ljudski organizam, može oštetiti oči ili ostaviti lagane opekotine na koži, pa je neophodna odgovarajuća zaštita tokom procesa zavarivanja.

Struktura luka za zavarivanje sastoji se od tri glavna područja: anode, katode i stuba luka. Prilikom sagorevanja luka na katodi i anodi se formiraju aktivne mrlje - oblasti u kojima temperatura dostiže najveće vrednosti, kroz te oblasti se cela struja, anodni i katodni regioni predstavljaju veće padove napona. I sam stup se nalazi između ovih područja, pad napona u polu je vrlo beznačajan. Dakle, dužina luka zavarivanja je zbir gore navedenih područja, obično je dužina jednaka nekoliko milimetara, kada su anodni i katodni regioni, respektivno, jednaki 10-4 odnosno 10-5 cm. Najpovoljnija dužina je približno jednaka 4-6 mm, sa takvom dužinom konstantnom i povoljnom temperaturom.

Sorte

Vrste luka za zavarivanje razlikuju se po obrascu pristupa struja zavarivanja i okruženje u kojem se javljaju, najčešće opcije su:

• Direktna akcija. Ovom metodom, zavarivač se nalazi paralelno sa zavarenom metalnom konstrukcijom i luk nastaje pod uglom od devedeset stepeni u odnosu na elektrodu i metal;
• Indirektni luk za zavarivanje. Nastaje kada se koriste dvije elektrode, koje se nalaze pod kutom od 40-60 stupnjeva u odnosu na površinu obratka koji se zavari, između elektroda nastaje luk i zavari metal;

Postoji i klasifikacija ovisno o atmosferi u kojoj nastaju:

• Otvoreni tip. Arc ovog tipa gori na zraku i oko njega se formira plinovita faza koja sadrži pare materijala koji se zavari, elektrode i njihove prevlake;
• Zatvorenog tipa. Gorenje takvog luka događa se ispod sloja fluksa; pare metala, elektrode i fluksa ulaze u plinsku fazu formiranu oko luka;
• Luk sa dovodom plina. U zapaljeni luk dovode se komprimovani gasovi - helijum, argon, ugljen-dioksid, vodonika i drugih raznih mješavina plinova, napajaju se tako da zavareni metal ne oksidira, njihovom snabdijevanju doprinosi redukcijsko ili neutralno okruženje. Gasna faza oko luka uključuje - dovodni gas, metalne i elektrodne pare;

Razlikuju se i po trajanju djelovanja - stacionarni (za dugotrajnu upotrebu) i pulsni (za jednokratnu upotrebu), prema materijalu upotrijebljene elektrode - ugljenik, volfram - nepotrošne elektrode i metal - topljenje. Najčešća potrošna elektroda je čelik. Danas se najčešće koristi zavarivanje nepotrošnom elektrodom. Dakle, vrste luka za zavarivanje su različite.

Uslovi sagorevanja

U standardnim uslovima, odnosno na temperaturi od 25 stepeni i pritisku od 1 atmosfere, gasovi nisu sposobni da provode električnu struju. Da bi nastao luk potrebno je da plinovi između elektroda budu jonizirani, odnosno da sadrže različite nabijene čestice - elektrone ili ione (katione ili anione). Proces nastajanja jonizovanog gasa nazvaćemo jonizaciju, a rad koji se mora utrošiti na odvajanje elektrona od atomske čestice da bi nastali elektron i jon - rad ionizacije, koji se meri u elektron voltima i naziva se jonizacioni potencijal. Koja se energija mora potrošiti da bi se elektron odvojio od atoma ovisi o prirodi plinske faze, vrijednosti mogu biti od 3,5 do 25 eV. Najmanji potencijal ionizacije imaju metali alkalne i zemnoalkalne grupe - kalij, kalcij i, shodno tome, njihova hemijska jedinjenja. Elektrode su prekrivene takvim spojevima tako da doprinose stabilnom postojanju i gorenju zavarenog luka.

Takođe, za nastanak i sagorevanje luka potrebna je konstantna temperatura na katodi, koja zavisi od prirode katode, njenog prečnika, veličine i temperature okoline. Stoga temperatura električnog luka treba biti konstantna i ne mijenjati se, zbog ogromnih vrijednosti trenutne jačine, temperatura može doseći 7 hiljada stepeni, tako da se apsolutno svi materijali mogu povezati zavarivanjem. Konstantna temperatura se osigurava uz pomoć radnog izvora napajanja, stoga je njegov izbor pri projektovanju aparata za zavarivanje vrlo važan, utiče na svojstva luka.

Pojava

Javlja se tokom brzog kola, odnosno kada elektroda dodirne površinu materijala koji se zavari, zbog kolosalne temperature, površina materijala se topi, a između elektrode i elektrode se formira mala traka rastopljenog materijala. površine. U trenutku divergencije elektrode i materijala koji se zavari, formira se vrat materijala koji se trenutno lomi i isparava zbog visokih vrijednosti gustoće struje. Gas se jonizuje i stvara se električni luk. Može se probuditi dodirom ili udarcem.

Posebnosti

Ona ima sljedeće karakteristike u poređenju sa drugim električnim nabojima:

• Velika gustina struje, koja dostiže nekoliko hiljada ampera po kvadratni centimetar, zbog čega se postiže vrlo visoka temperatura;
• Neravnomjerna distribucija električno polje u prostoru između elektroda. U blizini elektroda pad napona je veoma velik, dok je u koloni obrnuto;
• Ogromna temperatura koja dostiže najviše velike vrijednosti u koloni zbog velike gustine struje. S povećanjem dužine stupa, temperatura se smanjuje, a sa sužavanjem, naprotiv, raste;
• Uz pomoć luka za zavarivanje može se dobiti širok raspon strujno-naponskih karakteristika - ovisnost pada napona o gustoći struje pri konstantnoj dužini, odnosno stacionarnom izgaranju. On ovog trenutka postoje tri volt-amper karakteristike.

Prvi pada, kada s povećanjem snage i, shodno tome, gustoće struje, napon opada. Druga je teška, kada promjena jačine struje ni na koji način ne utiče na vrijednost napona, a treća je rastuća, kada i napon raste sa povećanjem jačine struje.

Stoga se luk zavarivanja može nazvati najboljom i najpouzdanijom metodom spajanja. metalne konstrukcije... Proces zavarivanja ima veliki uticaj na industriju danas jer samo visoka temperatura luka zavarivanja može povezati većinu metala. Da biste dobili visokokvalitetne i pouzdane šavove, potrebno je pravilno i ispravno uzeti u obzir sve karakteristike luka, pratiti sve vrijednosti, zbog toga postupak će se održati brzo i efikasno. Također je potrebno uzeti u obzir svojstva luka: gustinu struje, temperaturu i napon.

Električni luk je lučno pražnjenje, koji se javlja između dvije elektrode ili elektrode i obratka i koji omogućava spajanje dva ili više dijelova zavarivanjem.

Zavarivački luk, ovisno o okruženju u kojem se javlja, dijeli se u nekoliko grupa. Može biti otvoren, zatvoren, a takođe i u okruženju sa zaštitnim gasom.

Otvoreni luk teče dalje na otvorenom jonizacijom čestica u zoni sagorevanja, kao i parama metala delova koji se zavaruju i materijala elektroda. Zatvoreni luk, zauzvrat, gori ispod sloja fluksa. To omogućava promjenu sastava plinovitog medija u području izgaranja i zaštitu metala radnih komada od oksidacije. Električni luk tada teče kroz metalne pare i jone aditiva. Luk, koji gori u okruženju zaštitnih gasova, teče kroz jone ovog gasa i metalne pare. To također pomaže u sprječavanju oksidacije dijelova i, posljedično, povećava pouzdanost formiranog spoja.

Električni luk se razlikuje po vrsti dovedene struje - naizmjenična ili konstantna - i po trajanju gorenja - impulsna ili stacionarna. Osim toga, luk može biti direktnog ili obrnutog polariteta.

Prema vrsti upotrijebljene elektrode, razlikuje se između nepotrošne i topljene. Upotreba jedne ili druge elektrode direktno ovisi o karakteristikama koje posjeduje aparat za zavarivanje... Luk koji nastaje prilikom upotrebe nepotrošne elektrode, kao što naziv govori, ne deformira ga. Kod zavarivanja potrošnim elektrodama, struja luka topi materijal i spaja se na originalni radni komad.

Lukni jaz se uslovno može podijeliti na tri karakteristična dijela: blizu katode, blizu anode, a također i stablo luka. U ovom slučaju, posljednji dio, tj. Najveću dužinu ima stablo luka, međutim karakteristike luka, kao i mogućnost njegovog nastanka, određuju upravo područja blizu elektrode.

Općenito, karakteristike koje posjeduje električni luk mogu se sažeti u sljedeću listu:

1. Dužina luka. Ovo se odnosi na ukupnu udaljenost regiona blizu katode i blizu anode, kao i osovine luka.

2. Napon luka. Sastoji se od zbira za svaku od oblasti: trup, blizu katode i blizu anode. U ovom slučaju, promjena napona u područjima blizu elektrode je mnogo veća nego u preostalom području.

3. Temperatura. Električni luk, u zavisnosti od sastava gasnog medija, materijala elektroda, može razviti temperature do 12 hiljada Kelvina. Međutim, takvi vrhovi se ne nalaze preko cijele ravnine kraja elektrode. Pošto čak i sa najviše bolje rukovanje na materijalu provodnog dijela postoje razne nepravilnosti i neravnine, zbog čega nastaju mnoga pražnjenja koja se percipiraju kao jedno. Naravno, temperatura luka u velikoj meri zavisi od sredine u kojoj gori, kao i od parametara dovedene struje. Na primjer, ako povećate vrijednost struje, tada će se, shodno tome, povećati i vrijednost temperature.

I, konačno, strujno-naponska karakteristika ili CVC. Predstavlja ovisnost napona o dužini i vrijednosti struje.

Električni luk je vrsta električnog pražnjenja u plinovima. Svako usmjereno kretanje nabijenih čestica između elektroda u plinovima naziva se pražnjenje. Mjesto luka među ostalim vrstama pražnjenja u plinovima:

Lučno pražnjenje se razlikuje od ostalih:

1 - visoka temperatura 4000 - 50 OOO K

2 - visoka čvrstoća struja 50-10.000 A

3 - slabo električno polje 10 - 60 V.

Naziva se lukom zbog karakterističnog oblika koji nastaje interakcijom nabijenih čestica luka sa magnetnim poljem samog luka. Kako se struja povećava, magnetsko polje može prekinuti lučno pražnjenje

Struja u procesu luka teče između elektroda (lučnih polova) kroz plin u prostoru luka.

Pozitivna elektroda je anoda.

Negativna elektroda - katoda

Razlikovati slobodni (slobodno šireći) i komprimirani luk. Slobodnim (slobodno širećim) se naziva luk čiji oadius nije ograničen ni u jednom svom dijelu;

sabijen je luk čiji je radijus ograničen u najmanje jednom dijelu.

Raspodjela pada napona luka. U međuelektrodnom prostoru uočava se neravnomjerna distribucija električnog polja (skokovi potencijala u područjima blizu elektrode) te je u skladu s tim pad napona po dužini luka neravnomjeran.

Slobodni elektroni koji postoje u metalima pod dejstvom električnog polja na visokoj temperaturi katode ga napuštaju. Potencijal katodnog regiona ubrzava i jonizuje atome stuba luka Atomi stuba takođe mogu jonizirati od visoke temperature (sudar, fotojonizacija ) Elektroni se kreću u stubu luka prema anodi Približavajući se anodi, padaju na nju pod dejstvom električnog polja anodnog regiona Joni se kreću u suprotnom smeru, bombardujući katodu

Otpor plinskog provodnika je nelinearan i stoga luk ne poštuje Ohmov zakon

Statička strujno-naponska karakteristika luka. U zavisnosti od gustine struje, strujno-naponska karakteristika može biti opadajuća, ravna i rastuća

Pri malim strujama, sa povećanjem struje, broj naelektrisanih čestica brzo raste, uglavnom zbog zagrijavanja i povećanja emisije elektrona sa površine katode, a samim tim i odgovarajućeg povećanja zapreminske jonizacije u stupu luka.

U tom slučaju, otpor stuba luka opada i napon potreban za održavanje pražnjenja opada. Karakteristika luka je padanje.

Daljnjim povećanjem struje i ograničenim poprečnim presjekom elektroda, stub luka se lagano komprimira i smanjuje se volumen plina koji učestvuje u prijenosu naboja. To dovodi do sporijeg rasta broja naelektrisanih čestica.

Napon luka postaje malo ovisan o struji. Karakteristika je ravan.

U prva dva područja električni otpor lukovi su negativni (negativni). Ova područja su tipična za lukove sa relativno malom gustinom struje. Dalje povećanje struje će dovesti do iscrpljivanja termoionskog kapaciteta katode. Broj nabijenih čestica se ne povećava, a otpor luka postaje pozitivan i gotovo konstantan. Pojavljuje se visoko ionizirana "komprimirana plazma, koja je po svojstvima bliska metalnim provodnicima. Takav luk je u skladu sa Ohmovim zakonom.

Energetski kapacitet različitih područja luka

Za date brojke, pad napona u oblastima luka (luk u pari gvožđa) i tipičan za ručne elektrolučno zavarivanje trenutne vrijednosti:

U području katode 14Vh100A = 1,4 kW na dužini * 10 "5 cm

U stubu luka 25 V / cm x 0,6 cm x 100 A = 1,5 kW na dužini od ^ 0,6 cm

U anodnom području, 2,5 V x 100 A = 250 W na dužini ^ 10 "4 cm.

Glavni potrošači energije su katodna oblast i lučni stub, očigledno je da su glavni procesi koji karakterišu fizički fenomen, čiji je rezultat lučno pražnjenje.

Uz konstantne promjere elektroda i udaljenosti između njih, električni parametri luka ovisit će o materijalu elektroda (emisija, metalne pare u stupu), sastavu plinova u luku, temperaturi elektroda i sastavu gasa u luku (u stubu luka).

Odnosno, električni parametri luka zavise od fizičkih i geometrijskih faktora. Promjena veličine elektroda i udaljenosti između njih utječe na električne karakteristike luka.

Lukovi zavarivanja su podijeljeni (klasificirani):

Prema materijalima elektroda (Fe, W, Cu, itd.)

Po sastavu gasova (u vazduhu, u metalnim parama, u struji zaštitnih gasova;

Potrošna ili nepotrošna elektroda itd.

Fizički procesi u katodnom području

Elektroni napuštaju površinu katode i kreću se prema anodi. Put koji putuju prije prvog sudara s atomima plina luka ograničava područje katode. Proračuni pokazuju da je to * 10 cm za normalan pritisak i lukovi u vazduhu i u pari gvožđa.

Uobičajeno je da se područje katode odnosi na ovo područje luka (1C) "5 cm) i samu površinu katode.

1) Ukupna električna struja u katodnom području sastoji se od elektronskih i jonskih struja

Gustina struje (A / cm2):

I = eo-rvWe'i © = e0n © W &

e0 je naelektrisanje elektrona;

l © - broj elektrona;

W © - brzina kretanja (drift) elektrona.

Ako pretpostavimo da su jonska i elektronska struja jednake (na samom I,> 1v), onda

Joni i elektroni koji prolaze kroz katodnu regiju akumuliraju kinetičku energiju:

R _ P1fUf - _ tsLChe.

gdje su one, m © odgovarajuće mase.

Budući da su ubrzani električnim poljem, energija koju primaju bit će Êo-IL (proizvod naboja potencijalnom razlikom):

Eph = Her = Êo. UK

tada su brzine naelektrisanih čestica:

w * =; onda mi = Ne

ne _ W9 _ y rpe _ I rn (

Masa elektrona mQ, = 9,106-10 "28 g

Masa protona mn = 1,66-10 "24 g

1,66-10''24-55,84_z19

Za ion gvožđa AFe = 55,84; u ovom slučaju:

oko katode, daju joj svoju energiju, zagrijavaju je, hvataju elektron, pretvarajući se u neutralne atome. Elektroni s katode se ubrzavaju do energije od eo U *, udaraju u atome stuba luka i ioniziraju ih.

Katodna emisija

Postoje sljedeće vrste emisije elektrona sa površine katode:

Thermoelectronic;

Autoelektronski (elektrostatički);

Fotoelektronski (vanjski fotoelektrični efekat);

Sekundarni (bombardiranje površine atomima, ionima, teškim česticama, elektronima, itd.);

Kod elektrolučnog zavarivanja najčešće su toplotna i emisija polja.

Intenzitet emisije se procjenjuje gustoćom struje j [A / cm2] (za zavarivanje 102 ... 105 A / mm2).

Termionska emisija.

Slobodni elektroni, koji se nalaze u čvrstom stanju, spriječeni su da napuste njegovo električno polje – površinsku potencijalnu barijeru.

Vrijednost najmanje energije koja se mora dati elektronu da bi mogao napustiti površinu tijela i udaljiti se na udaljenosti na kojoj je interakcija između njega i tijela nemoguća naziva se radna funkcija.

Uvijek će postojati takvi elektroni koji slučajno pokupe ovu energiju i napuste tijelo. Ali pod uticajem električnog polja, oni se odmah vraćaju.

Kako temperatura tijela raste, povećava se broj elektrona koji imaju dovoljno energije da napuste tijelo.

U elektrostatičkim proračunima, radna funkcija A * = e0 f, gdje je<р - потенциал выхода. Е0 = 1, А, = ф в эктрон-вольтах.

Gustoća struje za termoionsku emisiju određena je Richardson-Deshtmanovom jednačinom:

jT = AT2e “kf; jT = AT2e "^

A - konstanta, zavisi od materijala katode

T - temperatura

k: - Boltzmannova konstanta k = 8,62 10'5 eV / K = 1,38-10 "23 JJ

Pokazalo se da je struja termoelektrične emisije nekoliko redova veličine (100 ... 10000 puta) manja od one koja je potrebna za katodu prilikom zavarivanja, na primjer, čelika.

Ali područje 8. katode ima ionski naboj pozitivnog volumena, koji stvara jačinu polja od 1-106 V / cm i više. Električno polje ove jačine mijenja uslove za emisiju elektrona sa katode.

Radna funkcija elektrona opada u skladu sa veličinom jačine polja u području blizu elektrode (blizu katode). Ovaj fenomen se zove Schottkyjev efekat. Radna funkcija u prisustvu električnog polja e u području blizu površine katode smanjuje se za vrijednost: DA = e "2E, / 2 DAV = 3,8-10" * E

E - jačina električnog polja. Elektrostatička hipoteza (emisija polja) Langmuira (1923) igra posebnu ulogu u objašnjavanju fenomena katodne emisije za anomalno visoke gustine struje karakteristične za zavarivanje potrošnim elektrodama. Protok elektrona ima valna svojstva. Elektron - val može prodrijeti od katode do anode, ne podižući se na potencijalni nivo potreban za emisiju, već ga zaobilazeći. Ovo se zove prelazak tunela i odvija se bez trošenja energije.

U tom slučaju vrijednost potencijalne barijere treba biti manja od valne dužine elektrona u struji. Talasna dužina elektronskog fluksa:

Ft - Plankova konstanta ft = 4,13-10 "15 e-v s m - masa elektrona V - brzina protoka elektrona.

y i b su konstante koje zavise od materijala katode.

Fotoemisija (vanjski fotoelektrični efekat, Einsteinov efekat). Kada katoda apsorbira kvante svjetlosti, mogu se pojaviti elektroni koji imaju energiju mnogo veću od radne funkcije. Uslov za nastanak fotoemisije (Einsteinov zakon)

Fi v £ φ + Uz mv2

fi - Plankova konstanta F> = 6,626176 (36) - 10 m J-sec; v je frekvencija svjetlosnog talasa;

m je masa elektro. on

v je brzina elektrona nakon emisije.

c - brzina svjetlosti u vakuumu je 299792458,0 (1,2) m/s;

vo, * o su granična frekvencija i talasna dužina svjetlosti koje mogu uzrokovati fotoemisiju.

Smjesa plinova je jonizirana drugačije od svakog pojedinačnog plina zbog činjenice da će elektronski plin koji nastaje kao rezultat jonizacije biti zajednički za sve komponente plinske mješavine. Stepen jonizacije smjese:

■ L-ts p-d R '

n je broj čestica;

S je prečnik interakcije čestica (Ramsauerov prečnik);

P - vanjski pritisak.

Srednja kvadratna brzina je određena iz prosječne energije toplinskog kretanja.

k je Boltzmannova konstanta.

Slobodni put jona - X * slobodni put neutralnog atoma. Slobodni put elektrona je L * o * 4ÍLp (Ramsauerov efekat).

Proračuni pokazuju da sa masama jona gvožđa i elektrona: pir ** = 56-1,66-1 O"2 * g, me0 = 9,106 10'28 g,

omjer njihove mobilnosti će biti:

Očigledno je da je jonska struja 1830 puta manja od elektronske struje. Iz datih zavisnosti, uzimajući u obzir pritisak, pokretljivost elektrona će biti:

b. = th-C-C - ■ Jt ps

V = 3,62-10 '13 - bezdimenzionalna vrijednost;

5 - prečnik interakcije čestica (Ramsauer).

Brzina drifta elektrona u stubu luka:

U proračunima se pretpostavlja da je stub luka cilindričnog oblika, homogen sa konstantnom gustoćom struje poprečnog presjeka - model kanala KK Khrenov.

Dužina stuba luka je praktično jednaka dužini luka (unutar 0,1 - 15 mm). Pad napona u stubu luka proporcionalan je dužini stuba:

Električno polje anode baca pozitivne ione u stub luka, privlačeći umjesto toga elektrone. Stvara se volumetrijski negativni naboj. Iz površinske anode (u kućištu) se ne emituju pozitivni ioni određene vrste ugljenični luk). U tom smislu, struja u anodnom području je čisto elektronska struja<>.

Dužina anodnog područja je približno jednaka srednjem slobodnom putu elektrona od posljednjeg sudara s atomom. Volumetrijski negativni naboj anodnog područja uzrokuje pad napona anode, koji malo ovisi o materijalu anode, plinovima luka, struji kroz luk i jednak je 2 ... 3 V. Elektron, došavši do anode, daje joj svoj kinetičku energiju, kao i radnu funkciju, koja je potrošena na odvajanje elektrona od katode.

Strujna naponska karakteristika luka koji se slobodno širi (slobodno)

Lučno pražnjenje je stabilan sistem. Uz konstantno napajanje energijom, održava se u širokom rasponu načina rada. Svako narušavanje ravnoteže uzrokuje takvu promjenu parametara luka tako da proces luka ostaje (ne prekida se). Granice. u kojima su mogući procesi luka i priroda promjene parametara luka kao odgovor na poremećaje ravnoteže, određuju strujno-naponske karakteristike.

Statični -1 - ose; dinamički -1 - 0.

Razmotrit ćemo statičke karakteristike stuba luka.

Pretpostavke (model kanala KK Khrenov):

Razmotrite stabilan proces luka. Energija se isporučuje luku u neograničenoj količini i koliko želite dugo vrijeme... Nema vanjski faktori ne utiču na prečnik luka.

Termodinamička ravnoteža se striktno održava u svim zonama luka. U ovom slučaju, lučna plazma poštuje Saha zakon.

Stub luka je cilindar čija površina oštro odvaja plazmu luka s temperaturom Td od okoline T = 0.

Svi tepp gubici stuba luka su gubici zbog zračenja spoljašnjeg cilindričnog omotača luka i poštuju Stefan-Boltzmannov zakon.

Steinbeckov minimalni princip.

U luku, koji se slobodno širi, fizički procesi se uspostavljaju na način da £ -> min.

Sa stabilnim procesom luka toplotnih gubitaka lučni stubovi su minimalni mogući za ove uslove. Za dato stanje gasne faze i konstante 1R i P električno polje zavisiće samo od 1 ^.

1. Sa povećanjem temperature stuba od T6 povećavaju se stepen jonizacije, pokretljivost elektrona, gustina struje, jačina električnog polja, dok se povećavaju i gubici zračenja.

2. Sa smanjenjem temperature kolone od TB, stepen ionizacije i gustina struje se smanjuju, ali se povećava jačina polja. Troškovi energije rastu.

Pod uslovom da nema ograničenja za prečnik luka, luk je samoregulišući sistem u širokom opsegu. Luk se automatski održava na najnižoj mogućoj jačini polja. Odnosno, pri konstantnim vrijednostima fizičkih parametara medija i Id u luku, uspostavljaju se takve vrijednosti T ^ i rst, pri kojima će jačina polja u stupcu biti minimalna.

Energetski bilans u područjima luka

Energetski bilans u stupcu luka f je udio struje elektrona, |a je struja zavarivanja.

Izvorna energija (Joule-Lenz toplina koja se oslobađa na otporu plazme stuba luka na struju koja prolazi):

ist - pad napona na stubu luka.

Ionizacija neutralnih atoma:

C je jonizacioni potencijal gasova u lučnom procepu.

Toplotni gubitak zračenja - RCT

Toplotni gubici za konvekciju - R ^ *,

Toplotni gubici za difuziju nabijenih čestica u okruženje- RAWt>

Gubitak toplote za endotermne hemijske reakcije- RXMt

Jednačina ravnoteže:

(1 - f) l * U * + (1- f) l * Ui + 4g - Rem = f-lu

Q * + R * ili, u pojednostavljenom obliku:

Q * = lc * (UK -<р)

otuda zaključak:

što je bolja emisija elektrona sa površine katode (to je radna funkcija niža<р) - тем больше теплоты выделяется на катоде. Опытные данные показывают:

osim toga: 2 - tipično za nepotrošne katode;

10 - tipično za katode za topljenje.

3. Energetski bilans na anodi.

Jednačina ravnoteže:

P + A ■ Rem - Qt + R *

ili, u pojednostavljenom obliku:

Q «= l ~ (U, +<р)

Eksperimentalni podaci pokazuju:

Komprimirani luk.

Dobiveni polumjer stupca luka je, prije svega, funkcija struje u luku:

pi / 2,2 3 gst = C2 -gg - d

B3, 9A2 a0 Uj

Sa povećanjem struje, radijus luka se povećava.

drCT „P12 2, -13. R12 Díd

ID Std3i (912 3 ILI 2a''3i! 9,2", C

Dgst - stopa povećanja polumjera luka.

Brzina promjene polumjera stuba luka (Dgst - brzina) zavisi od apsolutne vrijednosti struje. Pri malim strujama radijus je osjetljiv na promjene struje, pri velikim strujama nije jako osjetljiv. Na kraju, kada sam "- *", Dget = 0.

Kada je Dgst = const, struja luka je određena gustinom struje "i"

I = LGap "Urn-

Luk koji ima ova svojstva naziva se stisnuti luk. Ako je polumjer u barem jednom dijelu konstantna vrijednost ^ D ^ ga se naziva komprimiranim.

Granica prijelaza iz slobodnog u komprimirani luk ovisi o jonizacijskom potencijalu U ,. Sa malom vrijednošću U, potrebna je velika struja da se uđe u komprimirani luk. Ograničenje radijusa može se temeljiti na površini jedne od elektroda ili kroz povećanje prijenosa topline sa bočne površine stupa. Puhanjem luka strujom hladnog plina moguće ga je pretvoriti u komprimirani luk pri niskim vrijednostima struje.

U realnim uslovima na vrednost povećanja Dget može uticati:

1. Radijus elektroda između kojih gori luk.

2. Potencijal jonizacije gasa u kojem gori luk.

3. Prijenos topline sa bočne površine stuba luka.

Metode za dobijanje komprimovanog luka

Na osnovu toga, postoje sljedeći načini za dobivanje komprimovanog luka:

Ograničavanje prečnika najmanje jedne od elektroda;

Duvanje luka gasom visokog jonizacionog potencijala i visoke toplotne provodljivosti (Ar. He);

Eksterno uzdužno magnetno polje (ne koristi se u tehnologiji).

Opšti opis strujno-naponskih karakteristika luka, na osnovu prethodnog, može se izvesti na sledeći način:

1) Slobodni luk (slobodno širi). Radijus stuba luka gst raste sa

struja rasta ^ Id. Temperatura luka ostaje konstantna T = const, stepen jonizacije x je veoma nizak. I stub luka i katoda imaju karakteristiku pada.

2) Komprimovani slabo jonizovani luk. Radijus stuba luka rt - ne raste sa povećanjem t. Kako t, stepen jonizacije x i temperatura zaustavljanja luka Ta počinju značajno da rastu. Stub luka također ima karakteristiku pada. Katodno područje - povećanje

3) Cu ^ m ^ u ^ yook £ jonizovani luk. Stepen jonizacije x- * 1 I - V karakteristike stuba luka i katodnog područja - raste. Procesi u luku prestaju da zavise od polariteta, materijala elektrode i svojstava gasova u stubu luka. Luk postaje običan provodnik na nivou metala (pri otpornosti od 10.000 K p = 1,5-1 O"4 Ohm cm), pretvarajući se u visoko koncentriran, vrlo stabilan izvor zagrijavanja zavarivanja

Pozdrav svim posjetiocima mog bloga. Tema današnjeg članka je električni luk i zaštita od električnog luka. Tema nije slučajna, pišem iz bolnice Sklifosovski. Možete li pogoditi zašto?

Šta je električni luk

Ovo je vrsta električnog pražnjenja u gasu (fizički fenomen). Naziva se i - lučno pražnjenje ili voltaični luk. Sastoji se od jonizovanog, električno kvazi-neutralnog gasa (plazma).

Može nastati između dvije elektrode kada se napon između njih poveća ili kada se jedna približi jedna drugoj.

Ukratko o svojstva: temperatura električnog luka, od 2500 do 7000°C. Međutim, nije mala temperatura. Interakcija metala sa plazmom dovodi do zagrijavanja, oksidacije, topljenja, isparavanja i drugih vrsta korozije. Prati ga svjetlosno zračenje, eksplozivni i udarni val, ultravisoka temperatura, paljenje, oslobađanje ozona i ugljičnog dioksida.

Na internetu ima dosta informacija o tome šta je električni luk, koja su mu svojstva, ako vas zanima detaljnije pogledajte. Na primjer, na ru.wikipedia.org.

Sada o mojoj nesreći. Teško je povjerovati, ali prije 2 dana sam se direktno susreo sa ovim fenomenom, i to bezuspješno. Bilo je ovako: 21. novembra, na poslu, dobio sam uputstvo da izvršim ožičenje lampi u razvodnoj kutiji, a zatim ih spojim na mrežu. Nije bilo problema sa ožičenjem, ali kada sam ušao u štit, pojavile su se neke poteškoće. Šteta što je android zaboravio svoju kuću, nije slikao električnu ploču, inače bi bilo jasnije. Možda ću učiniti više kada odem na posao. Dakle, štit je bio vrlo star - 3 faze, nulta sabirnica (aka uzemljenje), 6 automatskih mašina i paketni prekidač (čini se da je sve jednostavno), stanje u početku nije ulijevalo povjerenje. Dugo sam se borio sa nultom gumom, pošto su svi vijci zahrđali, nakon čega sam lako stavio fazu na mašinu. Sve je u redu, provjerio sam uredjaje, rade.

Nakon toga se vratio do štita da uredno položi žice, zatvori ga. Želim napomenuti da je električni panel bio na visini od ~ 2 metra, u uskom prolazu i da bih došao do nje koristio sam ljestve (ljestve). Polažući žice, otkrio sam varnice na kontaktima drugih mašina, zbog čega su lampe treperile. U skladu s tim, razvukao sam sve kontakte i nastavio pregledavati preostale žice (kako bih to učinio jednom i više se ne vraćao na ovo). Utvrdivši da jedan kontakt na vrećici ima visoku temperaturu, odlučio sam da i nju rastegnem. Uzeo je šrafciger, prislonio ga na šraf, okrenuo ga, bah! Čula se eksplozija, bljesak, odbačen sam nazad, udario sam u zid, pao sam na pod, ništa se nije vidjelo (oslijepilo), štit nije prestajao da eksplodira i pjevuši. Ne znam zašto zaštita nije radila. Osjetivši varnice koje padaju na sebe, shvatio sam da moram izaći. Izvukao sam se dodirom, puzeći. Izašavši iz ovog uskog prolaza, počeo je da zove svog partnera. Već u tom trenutku sam osjetio da mi nešto nije u redu sa desnom rukom (držao sam šrafciger), osjetio sam užasan bol.

Zajedno sa mojim partnerom odlučili smo da moramo otrčati do ambulante. Šta se dalje desilo, mislim da ne vredi pričati, samo su se ubacili i otišli u bolnicu. Nikada neću zaboraviti ovaj užasan zvuk dugog kratkog spoja - svrbež uz zujanje.

Sada sam u bolnici, imam ogrebotinu na kolenu, doktori misle da sam dobio strujni udar, ovo je izlaz, pa mi prate srce. Vjerujem da me nije pogodila struja, već mi je opekotina na ruci nastala od električnog luka koji je nastao prilikom kratkog spoja.

Šta se tu desilo, zašto mi je nastao kratak spoj još se ne zna, mislim, kada se zavrnuo šraf, sam kontakt se pomerio i došlo je do zatvaranja faza-faza, ili je bila ogoljena žica iza paketnog prekidača i kada se šraf približio električni luk... Kasnije ću saznati ako oni to shvate.

Prokletstvo, otišla sam na oblačenje, rukovali su mi se da sad pišem sa jednom lijevom)))

Nisam slikao bez zavoja, veoma je neprijatan prizor. Ne želim da plašim električare početnike...

Koje mjere zaštite od luka postoje koje bi me mogle zaštititi? Nakon analize interneta, vidio sam da je najpopularnije sredstvo zaštite ljudi u električnim instalacijama od električnog luka odijelo otporno na toplinu. U Sjevernoj Americi su vrlo popularni specijalni automati iz Siemensa koji štite i od električnih luka i od prekomjerne struje. U Rusiji se trenutno takve mašine koriste samo na visokonaponskim trafostanicama. U mom slučaju bi mi bila dovoljna dielektrična rukavica, ali razmislite sami kako spojiti lampe u njima? Veoma je neprijatno. Također preporučujem korištenje zaštitnih naočara za zaštitu očiju.

U električnim instalacijama borba protiv električnog luka provodi se pomoću vakuumskih i uljnih prekidača, kao i korištenjem elektromagnetnih zavojnica u kombinaciji s komorama za gašenje luka.

To je sve? Ne! Najpouzdaniji način da se zaštitite od električnog luka, po mom mišljenju, su rad na oslobađanju od stresa ... Ne znam za vas, ali ja više neću raditi pod naponom...

Ovo je moj članak električni luk i zaštita od električnog luka završava. Ima li šta za dodati? Ostavite komentar.