Elektrische boog (voltaïsche boog, boogontlading:) is een natuurkundig fenomeen, een van de soorten elektrische ontlading in een gas.

Boogstructuur

Elektrische boog bestaat uit kathode- en anodegebieden, boogkolom, overgangsgebieden. De dikte van het anodegebied is 0,001 mm, het kathodegebied is ongeveer 0,0001 mm.

De temperatuur in het anodegebied tijdens het lassen van verbruikselektroden is ongeveer 2500 ... 4000 ° C, de temperatuur in de boogkolom is van 7000 tot 18 000 ° C, in het kathodegebied - 9000 - 12000 ° C.

De boogkolom is elektrisch neutraal. In elk van zijn secties is er hetzelfde aantal geladen deeltjes met tegengestelde tekens. De spanningsval in de boogkolom is evenredig met de lengte ervan.

Lasbogen worden geclassificeerd volgens:

• Elektrodematerialen - met een verbruikbare en niet-verbruikbare elektrode;
• Graden van kolomcompressie - vrije en gecomprimeerde boog;
• Volgens de gebruikte stroom - boog van gelijkstroom en boog van wisselstroom;
• Volgens de polariteit van gelijkstroom - directe polariteit ("-" op de elektrode, "+" - op het product) en omgekeerde polariteit;
• Bij gebruik van wisselstroom - enkelfasige en driefasige bogen.

Boogzelfregulering bij elektrisch lassen

Bij het optreden van een externe compensatie - een verandering in de netspanning, draadaanvoersnelheid, etc. - treedt een overtreding op in het vastgestelde evenwicht tussen de aanzet en de smeltsnelheid. Met een toename van de booglengte in het circuit nemen de lasstroom en de smeltsnelheid van de elektrodedraad af, en de voedingssnelheid, die constant blijft, wordt groter dan de smeltsnelheid, wat leidt tot het herstel van de booglengte. Met een afname van de booglengte wordt de smeltsnelheid van de draad groter dan de voedingssnelheid, dit leidt tot het herstel normale lengte bogen.

De efficiëntie van het boogzelfreguleringsproces wordt aanzienlijk beïnvloed door de vorm van de stroom-spanningskarakteristiek van de stroombron. De hoge snelheid van de oscillatie van de booglengte wordt automatisch uitgewerkt met een starre stroom-spanningskarakteristiek van het circuit.

Elektrische boogbestrijding

Bij een aantal apparaten is het fenomeen van een elektrische boog schadelijk. Dit zijn voornamelijk contactschakelapparaten die worden gebruikt in voeding en elektrische aandrijvingen: hoogspanningsschakelaars, automatische schakelaars, magneetschakelaars, sectionele isolatoren op het contactnetwerk van geëlektrificeerde spoorwegen en elektrisch stadsvervoer. Wanneer de belastingen worden losgekoppeld door de bovengenoemde apparaten, ontstaat er een boog tussen de verbreekcontacten.

Het mechanisme voor het optreden van een boog is in dit geval als volgt:

• Verminderen contactdruk- het aantal contactpunten neemt af, de weerstand in het contactknooppunt neemt toe;
• Het begin van de divergentie van contacten - de vorming van "bruggen" van het gesmolten metaal van de contacten (op de plaatsen van de laatste contactpunten);
• Breuk en verdamping van "bruggen" van gesmolten metaal;
• De vorming van een elektrische boog in metaaldamp (wat bijdraagt ​​​​aan een grotere ionisatie van de contactopening en problemen bij het doven van de boog);
• Stabiele boogvorming met snelle doorbranding van contacten.

Voor minimale schade aan de contacten, is het noodzakelijk om de boog in de minimale tijd te doven, waarbij alles in het werk wordt gesteld om te voorkomen dat de boog op één plaats blijft (wanneer de boog beweegt, wordt de warmte die erin vrijkomt gelijkmatig verdeeld over het contactlichaam ).

Om aan de bovenstaande vereisten te voldoen, zijn van toepassing volgende methoden: boog controle:

• boogkoeling door een stroom van een koelmedium - vloeistof (olieschakelaar); gas - (luchtbreker, autogas-schakelaar, olie-schakelaar, SF6-schakelaar), en de stroom van het koelmedium kan zowel langs de boogschacht (longitudinale demping) als over (dwars demping) gaan; soms wordt langs-dwarsdemping gebruikt;
• gebruik van het boogdovende vermogen van vacuüm - het is bekend dat wanneer de druk van de gassen rond de geschakelde contacten afneemt tot bepaalde waarde, leidt tot effectieve boogdoving (vanwege de afwezigheid van dragers voor boogvorming) vacuümschakelaar.
• gebruik van meer boogbestendig contactmateriaal;
• het gebruik van contactmateriaal met een hoger ionisatiepotentieel;
• toepassing van boogroosters (automatische schakelaar, elektromagnetische schakelaar). Het principe van toepassing van boogonderdrukking op roosters is gebaseerd op de toepassing van het effect van bijna-kathodedaling in de boog (het grootste deel van de spanningsdaling in de boog is de spanningsdaling bij de kathode; de ​​booggoot is eigenlijk een reeks van seriecontacten voor de boog die daar kwam).
• gebruik

In de moderne industrie is lassen van groot belang; het heeft een zeer breed scala aan toepassingen in alle industrieën. Een lasboog is nodig om het lasproces uit te voeren.

Wat is een lasboog, de definitie ervan?

Een lasboog wordt beschouwd als een zeer grote elektrische ontlading in termen van vermogen en duur, die bestaat tussen de elektroden, die worden bekrachtigd, in een mengsel van gassen. Zijn eigenschappen worden gekenmerkt door een hoge temperatuur en stroomdichtheid, waardoor het metalen kan smelten met een smeltpunt boven 3000 graden. In het algemeen kunnen we zeggen dat een elektrische boog een gasgeleider is die converteert elektrische energie in thermisch. Een elektrische lading is de doorgang van een elektrische stroom door een gasvormig medium.

Er zijn verschillende soorten elektrische ontlading:

• Smeulende afscheiding. Komt voor bij lage druk, gebruikt in fluorescentielampen en plasmaschermen;
• Vonkontlading. Treedt op wanneer de druk gelijk is aan atmosferisch, het heeft een discontinue vorm. De vonkontlading komt overeen met bliksem en wordt ook gebruikt om verbrandingsmotoren te ontsteken;
• Boogontlading. Gebruikt voor lassen en verlichting. Verschilt in een continue vorm, treedt op bij atmosferische druk;
• Kroon. Komt voor wanneer het lichaam van de elektrode ruw en inhomogeen is, de tweede elektrode kan afwezig zijn, dat wil zeggen dat er een straal verschijnt. Het wordt gebruikt om gassen van stof te verwijderen;

Natuur en structuur

De aard van de lasboog is niet zo ingewikkeld als het op het eerste gezicht lijkt. De elektrische stroom, die door de kathode gaat, dringt vervolgens door in het geïoniseerde gas, er treedt een ontlading op met een heldere gloed en een zeer hoge temperatuur, zodat de temperatuur van de elektrische boog 7000 - 10000 graden kan bereiken. Daarna vloeit de stroom naar het verwerkte gelaste materiaal. Omdat de temperatuur zo hoog is, zendt de boog ultraviolette en infrarode straling uit die schadelijk zijn voor het menselijk lichaam, het kan de ogen beschadigen of lichte brandwonden op de huid veroorzaken, dus een goede bescherming is noodzakelijk tijdens het lasproces.

De structuur van de lasboog bestaat uit drie hoofdgebieden: anode, kathode en boogkolom. Tijdens het branden van de boog vormen zich actieve vlekken op de kathode en anode - gebieden waar de temperatuur de hoogste waarden bereikt, het is door deze gebieden dat de hele elektriciteit, anode- en kathodegebieden vertegenwoordigen grotere spanningsdalingen. En de kolom zelf bevindt zich tussen deze gebieden, de spanningsval in de kolom is erg klein. De lengte van de lasboog is dus de som van de bovengenoemde gebieden, meestal is de lengte enkele millimeters, wanneer de anode- en kathodegebieden respectievelijk 10-4 en 10-5 cm zijn. De gunstigste lengte is ongeveer 4-6 mm, met een dergelijke lengte een constante en gunstige temperatuur.

Rassen

Soorten lasbogen verschillen in het leveringsschema lasstroom en de omgeving waarin ze voorkomen, zijn de meest voorkomende opties:

• Directe actie. Bij deze methode wordt het lassen evenwijdig aan de te lassen metalen structuur geplaatst en vindt de boog plaats onder een hoek van negentig graden ten opzichte van de elektrode en het metaal;
• Lasboog van indirecte actie. Treedt op wanneer twee elektroden worden gebruikt, die zich onder een hoek van 40-60 graden ten opzichte van het oppervlak van het te lassen onderdeel bevinden, er ontstaat een boog tussen de elektroden en het metaal wordt gelast;

Er is ook een classificatie afhankelijk van de atmosfeer waarin ze voorkomen:

• open type. Boog van dit type verbrandt in de lucht en er wordt een gasfase omheen gevormd, die dampen bevat van het te lassen materiaal, elektroden en hun coatings;
• gesloten soort. Het branden van een dergelijke boog vindt plaats onder een laag flux, de gasfase gevormd rond de boog omvat dampen van metaal, elektrode en flux;
• Boog met gastoevoer. Samengeperste gassen zoals helium, argon, kooldioxide, waterstof en andere verschillende mengsels van gassen, ze worden toegevoerd zodat het te lassen metaal niet oxideert, hun toevoer draagt ​​bij aan een reducerende of neutrale omgeving. De gasfase rond de boog omvat - de toegevoerde gas-, metaal- en elektrodedampen;

Ze onderscheiden zich ook door de werkingsduur - stationair (voor langdurig gebruik) en gepulseerd (voor eenmalig gebruik), afhankelijk van het materiaal van de gebruikte elektrode - koolstof, wolfraam - niet-verbruikbare elektroden en metaal - verbruiksartikelen. De meest voorkomende verbruikselektrode is staal. Tot op heden het meest gebruikte lassen met niet-slijtbare elektrode. De soorten lasbogen zijn dus divers.

Brandomstandigheden

Onder standaardomstandigheden, dat wil zeggen een temperatuur van 25 graden en een druk van 1 atmosfeer, kunnen gassen geen elektriciteit geleiden. Om een ​​boog te vormen, is het noodzakelijk dat de gassen tussen de elektroden worden geïoniseerd, dat wil zeggen dat ze verschillende geladen deeltjes bevatten - elektronen of ionen (kationen of anionen). Het proces van vorming van een geïoniseerd gas zal ionisatie worden genoemd, en het werk dat moet worden besteed aan het losmaken van een elektron van een atomair deeltje om een ​​elektron en een ion te vormen, zal het werk van ionisatie worden genoemd, dat wordt gemeten in elektronvolt en wordt de ionisatiepotentiaal genoemd. Welke energie er moet worden verbruikt om een ​​elektron van een atoom los te maken, hangt af van de aard van de gasfase, de waarden kunnen variëren van 3,5 tot 25 eV. Het kleinste ionisatiepotentieel heeft metalen van de alkali- en aardalkaligroepen - kalium, calcium en dienovereenkomstig hun chemische verbindingen. Elektroden zijn bedekt met dergelijke verbindingen, zodat ze bijdragen aan het stabiele bestaan ​​en het branden van de lasboog.

Ook is voor het ontstaan ​​en branden van de boog een constante temperatuur op de kathode vereist, die afhangt van de aard van de kathode, de diameter, grootte en omgevingstemperatuur van de kathode. De temperatuur van de elektrische boog moet daarom constant zijn en niet fluctueren, vanwege de enorme waarden van de stroom kan de temperatuur 7 duizend graden bereiken, dus absoluut alle materialen kunnen worden bevestigd door te lassen. Een constante temperatuur wordt verzekerd door een goede stroombron, dus de keuze bij het ontwerpen van een lasmachine is erg belangrijk, het beïnvloedt de eigenschappen van de boog.

verschijning

Het treedt op tijdens een snel circuit, dat wil zeggen, wanneer de elektrode in contact komt met het oppervlak van het te lassen materiaal, als gevolg van de kolossale temperatuur, smelt het oppervlak van het materiaal en vormt zich een kleine strook gesmolten materiaal tussen de elektrode en het oppervlak. Tegen de tijd dat de elektrode en het te lassen materiaal divergeren, wordt er een nek gevormd uit het materiaal, die onmiddellijk breekt en verdampt vanwege de hoge stroomdichtheidswaarden. Het gas wordt geïoniseerd en er ontstaat een elektrische boog. Het kan worden gewekt door aanraken of slaan.

Eigenaardigheden

Ze heeft de volgende kenmerken: vergeleken met andere elektrische ladingen:

• Hoge stroomdichtheid, die enkele duizenden ampère per . bereikt vierkante centimeter, waardoor een zeer hoge temperatuur wordt bereikt;
• ongelijke verdeling elektrisch veld in de ruimte tussen de elektroden. In de buurt van de elektroden is de spanningsval erg groot, in de kolom - integendeel;
• De enorme temperatuur, die het meest bereikt grote waarden in de kolom vanwege de hoge stroomdichtheid. Met een toename van de lengte van de kolom neemt de temperatuur af, en bij een vernauwing neemt deze juist toe;
• Met behulp van lasbogen is het mogelijk om een ​​verscheidenheid aan stroom-spanningskarakteristieken te verkrijgen - de afhankelijkheid van de spanningsval van de stroomdichtheid bij een constante lengte, dat wil zeggen een constante verbranding. Op de dit moment Er zijn drie stroom-spanningskarakteristieken.

De eerste valt, wanneer met een toename van de kracht en dienovereenkomstig de stroomdichtheid, de spanning daalt. De tweede is moeilijk, wanneer een verandering in de stroom de waarde van de spanning op geen enkele manier beïnvloedt, en de derde is toenemend, wanneer de spanning ook toeneemt met een toename van de stroom.

Zo kan de lasboog de beste en meest betrouwbare manier van bevestigen worden genoemd metalen constructies. Het lasproces heeft een grote impact op de huidige industrie omdat alleen de hoge temperatuur van de lasboog de meeste metalen bij elkaar kan houden. Om hoogwaardige en betrouwbare naden te verkrijgen, is het noodzakelijk om correct en correct rekening te houden met alle kenmerken van de boog, alle waarden te bewaken, dankzij dit de procedure zal slagen snel en het meest efficiënt. Het is ook noodzakelijk om rekening te houden met de eigenschappen van de boog: stroomdichtheid, temperatuur en spanning.

De elektrische boog is boogontlading:, die optreedt tussen twee elektroden of een elektrode en een werkstuk en die de verbinding van twee of meer delen door lassen mogelijk maakt.

De lasboog is, afhankelijk van de omgeving waarin deze voorkomt, onderverdeeld in verschillende groepen. Het kan open, gesloten en ook in de omgeving van beschermende gassen zijn.

De open boog stroomt naar buitenshuis door ionisatie van deeltjes in het verbrandingsgebied, evenals door metaaldampen van gelaste onderdelen en elektrodemateriaal. De gesloten boog brandt op zijn beurt onder de fluxlaag. Hiermee kunt u de samenstelling van het gasvormige medium in het verbrandingsgebied wijzigen en het metaal van de werkstukken beschermen tegen oxidatie. In dit geval stroomt de elektrische boog door metaaldampen en -ionen van het fluxadditief. De boog die brandt in een beschermende gasomgeving stroomt door de ionen van dit gas en metaaldamp. Dit helpt ook oxidatie van onderdelen te voorkomen en daarmee de betrouwbaarheid van de gevormde verbinding te vergroten.

De elektrische boog verschilt in het type geleverde stroom - wisselend of constant - en in de duur van het branden - gepulseerd of stationair. Bovendien kan de boog een directe of omgekeerde polariteit hebben.

Afhankelijk van het type elektrode dat wordt gebruikt, worden niet-verbruikbare en verbruikbare elektroden onderscheiden. Het gebruik van een of andere elektrode is direct afhankelijk van de kenmerken die de lasapparaat. De boog die optreedt bij gebruik van een niet-verbruikbare elektrode, zoals de naam al aangeeft, vervormt deze niet. Bij het lassen met een verbruikbare elektrode smelt de boogstroom het materiaal en wordt het afgezet op het oorspronkelijke werkstuk.

De boogopening kan voorwaardelijk worden verdeeld in drie karakteristieke secties: kathode, anode en de boogschacht. In dit geval is de laatste sectie, d.w.z. de boogstam heeft de grootste lengte, maar de kenmerken van de boog, evenals de mogelijkheid van optreden, worden precies bepaald door de nabije-elektrodegebieden.

Over het algemeen kunnen de kenmerken van een elektrische boog worden gecombineerd in de volgende lijst:

1. Booglengte. Dit verwijst naar de totale afstand van de kathode- en anodegebieden, evenals de boogschacht.

2. Boogspanning. Het bestaat uit de som op elk van de gebieden: stam, bijna-kathode en bijna-anode. In dit geval is de verandering in spanning in de nabije-elektrodegebieden veel groter dan in het overige gebied.

3. Temperatuur. Een elektrische boog kan, afhankelijk van de samenstelling van het gasvormige medium, het materiaal van de elektroden, temperaturen tot 12.000 graden Kelvin ontwikkelen. Dergelijke pieken bevinden zich echter niet over het gehele vlak van het elektrode-eindvlak. Want zelfs met de meeste betere verwerking er zijn verschillende onregelmatigheden en hobbels op het materiaal van het geleidende deel, waardoor er veel ontladingen ontstaan, die als één worden ervaren. Natuurlijk hangt de temperatuur van de boog grotendeels af van de omgeving waarin deze brandt, evenals van de parameters van de geleverde stroom. Als u bijvoorbeeld de huidige waarde verhoogt, neemt ook de temperatuurwaarde toe.

En tot slot de stroom-spanningskarakteristiek of VAC. Het vertegenwoordigt de afhankelijkheid van de spanning van de lengte en grootte van de stroom.

Een elektrische boog is een van de soorten elektrische ontladingen in gassen. Elke gerichte beweging van geladen deeltjes tussen elektroden in gassen wordt een ontlading genoemd. De plaats van de boog onder andere soorten lozingen in gassen:

De boogontlading is anders dan andere:

1 - hoge temperatuur 4000 - 50 OOO K

2 - Grote sterkte stroom 50-10 000 A

3 - zwak elektrisch veld 10 - 60 V.

Het wordt een boog genoemd vanwege de karakteristieke vorm die ontstaat door de interactie van de geladen deeltjes van de boog met het magnetische veld van de boog zelf. Bij toenemende stroom kan het magnetische veld de boogontlading verbreken;

De stroom in het boogproces vloeit tussen de elektroden (boogpolen) door het gas van de boogruimte.

De positieve elektrode is de anode.

Negatieve elektrode - kathode

Onderscheid boogvrij (vrij uitzettend) en gecomprimeerd. Vrij (vrij uitbreidend) is een boog waarvan de oadius niet beperkt is in een van zijn secties;

een samengedrukte boog is een boog waarvan de straal beperkt is in ten minste één sectie.

Verdeling van de spanningsval in de boog. In de interelektroderuimte wordt een ongelijkmatige verdeling van het elektrische veld waargenomen (potentiële sprongen in de nabije-elektrodegebieden) en in overeenstemming hiermee is de spanningsval over de lengte van de boog ongelijkmatig.

Vrije elektronen die zich in metalen bevinden onder invloed van een elektrisch veld bij een hoge temperatuur van de kathode verlaten deze De potentiaal van het kathodegebied versnelt en ioniseert de atomen van de boogkolom, valt erop onder de werking van het elektrische veld van het anodegebied. Ionen bewegen in de tegenovergestelde richting en bombarderen de kathode

De weerstand van de gasgeleider is niet-lineair en daarom voldoet de boog niet aan de wet van Ohm

Statische stroom-spanningskarakteristiek van de boog. Afhankelijk van de stroomdichtheid kan de stroom-spanningskarakteristiek dalend, vlak en toenemend zijn

Bij lage stromen, met toenemende stroom, neemt het aantal geladen deeltjes intensief toe, voornamelijk als gevolg van verwarming en een toename van elektronenemissie vanaf het kathode-oppervlak, en dus de overeenkomstige toename van volume-ionisatie in de boogkolom.

In dit geval neemt de weerstand van de boogkolom af en daalt de spanning die nodig is om de ontlading te ondersteunen. Het kenmerk van de boog is vallen.

Met een verdere toename van de stroom en een beperkte doorsnede van de elektroden, wordt de boogkolom enigszins gecomprimeerd en neemt het gasvolume dat deelneemt aan de overdracht van ladingen af. Dit leidt tot een lagere groeisnelheid van het aantal geladen deeltjes.

De boogspanning wordt weinig afhankelijk van de stroom. Het kenmerk is vlak.

In de eerste twee gebieden elektrische weerstand boog negatief (negatief). Deze gebieden zijn typisch voor bogen met een relatief lage stroomdichtheid. Een verdere toename van de stroom leidt tot uitputting van het thermionische vermogen van de kathode. Het aantal geladen deeltjes neemt niet toe en de boogweerstand wordt positief en bijna constant. Er verschijnt een sterk geïoniseerd gecomprimeerd plasma, dat qua eigenschappen dicht bij metalen geleiders ligt. Zo'n boog gehoorzaamt aan de wet van Ohm.

Energiecapaciteit van verschillende delen van de boog

Voor de gegeven cijfers, de spanningsval in de booggebieden (boog in ijzerdamp) en kenmerkend voor handmatig booglassen huidige waarden:

In het kathodegebied 14Vx100A \u003d 1,4 kW over een lengte van * 10 "5 cm

In de boogkolom 25 V/cm x 0,6 cm x 100 A = 1,5 kW over een lengte van ^0,6 cm

In het anodegebied 2,5 V x 100 A \u003d 250 W over een lengte van 10"4 cm.

De belangrijkste energieverbruikers zijn het kathodegebied en de boogkolom, het is duidelijk dat daarin de belangrijkste processen plaatsvinden, die kenmerkend zijn voor fysiek fenomeen, met als resultaat een boogontlading.

Met constante elektrodediameters en afstanden daartussen, zullen de elektrische parameters van de boog afhangen van het materiaal van de elektroden (emissie, metaaldamp in de kolom), gassamenstelling in de boog, elektrodetemperatuur, gassamenstelling in de boog (in de boogkolom).

Dat wil zeggen, de elektrische parameters van de boog hangen af ​​van fysieke en geometrische factoren. Het veranderen van de grootte van de elektroden en de afstand ertussen beïnvloedt de elektrische eigenschappen van de boog

Lasbogen zijn onderverdeeld (geclassificeerd):

Volgens elektrodematerialen (Fe, W, Cu, enz.)

Volgens de samenstelling van gassen (in lucht, in metaaldampen, in de stroom van beschermende gassen;

Verbruikbare of niet-verbruikbare elektrode, enz.

Fysische processen in het kathodegebied

De elektronen verlaten het kathodeoppervlak en bewegen naar de anode. Het pad dat ze afleggen vóór de eerste botsing met de atomen van de gassen van de boog, beperkt het kathodegebied. Berekeningen laten zien dat dit * Yu "b cm is voor normale druk en bogen in lucht en in ijzerdamp.

Het is gebruikelijk om naar het kathodegebied te verwijzen naar dit gebied van de boog (1C) "5 cm) en het eigenlijke oppervlak van de kathode.

1) De totale elektrische stroom in het kathodegebied bestaat uit elektronen- en ionenstroom

Stroomdichtheid (A/cm2):

I = eo-rvWe'i© = e0n©W&

e0 is de elektronenlading;

n© is het aantal elektronen;

W© - bewegingssnelheid (drift) van elektronen.

Als we uitgaan van de gelijkheid van de stromen van de ionische en elektronische stromen (bij I zelf, > 1c), dan

Ionen en elektronen die door het kathodegebied gaan, accumuleren kinetische energie:

R _ P1fuf - _ tsLChe.

waarbij m, m © de overeenkomstige massa's zijn.

Omdat ze worden versneld door een elektrisch veld, is de energie die ze ontvangen Єo-ІL (het product van ladingen en potentiaalverschil):

Eph = Haar=Єo. ik

dan de snelheden van geladen deeltjes:

w* = ; wij = nee, dan

nee _ W9 _ y gpe _ I gp (

Elektronenmassa mQ, \u003d 9.106-10 "28 g

Protonmassa mn \u003d 1,66-10 "24 g

1.66-10"24-55.84_z19

Voor ijzerion AFe = 55,84; in dit geval:

over de kathode, ze hun energie geven, ze opwarmen, een elektron vangen en in neutrale atomen veranderen. De elektronen van de kathode worden versneld tot de energie eo U* en raken de atomen van de boogkolom en ioniseren deze.

kathode emissie

Er zijn dergelijke soorten elektronenemissie vanaf het kathodeoppervlak:

Thermionisch;

Auto-elektronisch (elektrostatisch);

Foto-elektronisch (extern foto-elektrisch effect);

Secundair (bombardement van het oppervlak met atomen, ionen, zware deeltjes, elektronen, enz.);

Bij het lassen met boogmethoden zijn de meest voorkomende thermische en auto-elektronische emissie.

De emissie-intensiteit wordt geschat door de stroomdichtheid j [A/cm2] (bij lassen 102 ... 105 A/mm2).

Thermische emissie.

Er wordt verhinderd dat vrije elektronen die zich in een vaste stof bevinden, het elektrische veld verlaten - een potentiaalbarrière aan het oppervlak.

De waarde van de kleinste energie die aan een elektron moet worden gegeven zodat het het oppervlak van het lichaam kan verlaten en zich kan verplaatsen naar een afstand waarop interactie tussen het en het lichaam onmogelijk is, wordt de werkfunctie genoemd.

Er zullen altijd elektronen zijn die deze energie per ongeluk oppikken en het lichaam verlaten. Maar onder invloed van een elektrisch veld keren ze meteen terug.

Naarmate de lichaamstemperatuur stijgt, neemt het aantal elektronen toe dat voldoende energie heeft om het lichaam te verlaten.

In elektrostatische berekeningen is de werkfunctie A* = e0 f, waarbij<р - потенциал выхода. Е0 = 1, А, = ф в эктрон-вольтах.

De stroomdichtheid voor thermionische emissie wordt bepaald door de Richardson - Deshtman vergelijking:

jT=AT2e“kf; jT = AT2e"^

A - constant, hangt af van het kathodemateriaal

T - temperatuur

k: - Boltzmann-constante k \u003d 8.62 10'5 eV / K \u003d 1.38-10 "23 JJ

De thermionische emissiestroom blijkt enkele ordes van grootte (100 .... 10.000 keer) minder te zijn dan die welke nodig zijn voor de kathode bij het lassen van bijvoorbeeld staal.

Maar 8 in het kathodegebied is er een volumetrische positieve ionische lading, die een veldsterkte van 1-106 V/cm en meer creëert. Een elektrisch veld van een dergelijke intensiteit verandert de voorwaarden voor de emissie van elektronen uit de kathode.

De werkfunctie van elektronen neemt af in overeenstemming met de grootte van de veldsterkte in het nabije - elektrode (kathode) gebied. Dit fenomeen wordt het Schottky-effect genoemd. De werkfunctie in aanwezigheid van een elektrisch veld e van het nabije oppervlaktegebied van de kathode neemt af met: DAV \u003d "2E, / 2 DAV \u003d 3.8-10" * E

E - elektrische veldsterkte Een speciale rol bij het verklaren van de verschijnselen van kathode-emissie voor abnormaal hoge stroomdichtheden die kenmerkend zijn voor het lassen van verbruikselektroden, wordt gespeeld door de elektrostatische hypothese (veldemissie) van Langmuir (1923). De stroom van elektronen heeft golfeigenschappen. Een elektron - een golf kan doordringen van de kathode naar de anode zonder het potentiaalniveau te bereiken dat vereist is voor emissie, maar het omzeilen. Dit wordt een tunnelovergang genoemd en vindt plaats zonder energie te verbruiken.

In dit geval moet de waarde van de potentiaalbarrière kleiner zijn dan de golflengte van het elektron in de stroom. Elektronenstroomgolflengte:

Ft - constante van Planck ft \u003d 4.13-10 "15 e-in met m - elektronenmassa V - elektronenstroomsnelheid.

y en β zijn constanten die afhankelijk zijn van het kathodemateriaal.

Foto-emissie (extern foto-elektrisch effect, Einstein-effect). Wanneer lichtquanta door de kathode worden geabsorbeerd, kunnen elektronen verschijnen die een energie hebben die veel groter is dan de werkfunctie. De voorwaarde voor het optreden van foto-emissie (wet van Einstein)

Fi v £ f + Uz mv2

fi - constante van Planck F> = 6.626176 (36) - 10 m J-sec; v is de frequentie van de lichtgolf;

m - massa van electro. op de

v is de snelheid van het elektron na emissie.

c - lichtsnelheid in vacuüm is gelijk aan 299792458,0 (1,2) m/s;

vo, *o - beperking van de frequentie en golflengte van licht dat foto-emissie kan veroorzaken.

Een gasmengsel wordt anders geïoniseerd dan elk afzonderlijk gas omdat het elektronengas dat ontstaat als gevolg van ionisatie gemeenschappelijk is voor alle bestanddelen van het gasmengsel. De mate van ionisatie van het mengsel:

■L-ts p-d R’

n is het aantal deeltjes;

S is de deeltjesinteractiediameter (Ramsauer-diameter);

P - externe druk.

De gemiddelde kwadratische snelheid wordt bepaald uit de gemiddelde energie van thermische beweging.

k is de Boltzmann-constante.

De vrije weg van een ion is X* de vrije weg van een neutraal atoom. Het vrije pad van het elektron L * o * 4ILp (Ramsauer-effect).

Berekeningen laten zien dat met de massa's van het ijzerion en het elektron: pіr** = 56-1,66-1 O"2* g,

de verhouding van hun mobiliteit zal zijn:

Het is duidelijk dat de ionenstroom 1830 keer kleiner is dan de elektronenstroom. Van de bovenstaande afhankelijkheden, rekening houdend met de druk, zal de elektronenmobiliteit zijn:

B. =J-Ts-Ts - ■Jt ps

B \u003d 3.62-10'13 - dimensieloze waarde;

5 - deeltjesinteractiediameter (Ramsauer).

Elektronendriftsnelheid in de boogkolom:

In de berekeningen wordt aangenomen dat de boogkolom cilindrisch van vorm is, homogeen met een constante stroomdichtheid over de dwarsdoorsnede - het kanaalmodel van K.K. Khrenov.

De lengte van de boogkolom is nagenoeg gelijk aan de lengte van de boog (binnen 0,1 - 15 mm). De spanningsval in de boogkolom is evenredig met de kolomlengte:

Het elektrische veld van de anode werpt positieve ionen in de boogkolom, in plaats daarvan trekt het elektronen aan. Er ontstaat een volumetrische negatieve lading. Er is geen emissie van positieve ionen van de oppervlakteanode (behalve in het geval) bepaalde types koolstof boog). In dit opzicht is de stroom van het anodegebied een puur elektronische stroom ha \u003d / "<>.

De lengte van het anodegebied is ongeveer gelijk aan het gemiddelde vrije pad van elektronen vanaf de laatste botsing met een atoom. De volumetrische negatieve lading van het anodegebied veroorzaakt een anodespanningsval, die weinig afhangt van het anodemateriaal, booggassen, stroom door de boog en gelijk is aan 2 ... 3 V. Een elektron dat de anode bereikt, geeft het zijn kinetische energie , evenals de werkfunctie, die werd besteed aan het losmaken van een elektron van de kathode.

Stroom-spanningskarakteristiek van een boog die vrij (vrij) uitzet

Boogontlading is een stabiel systeem. Met een constante toevoer van energie handhaaft het zichzelf in een breed scala aan modi. Elke onbalans veroorzaakt een zodanige verandering in de parameters van de boog dat het boogproces blijft (niet onderbroken). Grenzen. waarin boogprocessen mogelijk zijn en de aard van de verandering in de parameters van de boog als reactie op onevenwichtigheden, bepalen de stroom-spanningskarakteristieken.

Statisch -1 - besturingssysteem; dynamisch -1 - 0.

We zullen de statische kenmerken van de boogkolom beschouwen.

Aannames (kanaalmodel van KK Khrenov):

We beschouwen een stabiel boogproces. Energie wordt in een onbeperkte hoeveelheid en op welke manier dan ook aan de boog geleverd lange tijd. Geen externe factoren hebben geen invloed op de diameter van de boog.

Thermodynamisch evenwicht wordt strikt gehandhaafd in alle zones van de boog. In dit geval gehoorzaamt het boogplasma aan de Saha-wet.

De boogkolom is een cilinder waarvan het oppervlak het boogplasma met temperatuur Td scherp scheidt van de omgeving T = 0.

Alle thermische verliezen van de boogkolom zijn stralingsverliezen van de buitenste cilindrische schaal van de boog en voldoen aan de Stefan-Boltzmann-wet.

Het minimumprincipe van Steinbeck.

In de Arc, die zich vrij uitbreidt, zijn de fysieke processen zo ingericht dat t->min.

Met een stabiel boogproces warmteverlies boogkolommen zijn het minimaal mogelijke voor deze omstandigheden. Voor een gegeven toestand van de gasfase en constanten IH en P elektrisch veld hangt alleen af ​​van 1^.

1. Met een toename van de temperatuur van de kolom vanaf T6 nemen tegelijkertijd de ionisatiegraad, elektronenmobiliteit, stroomdichtheid, elektrische veldsterkte toe en ook stralingsverliezen.

2. Bij een verlaging van de temperatuur van de kolom uit de TB nemen de ionisatiegraad en stroomdichtheid af, maar neemt de veldsterkte toe. De energiekosten stijgen.

Mits er geen beperkingen zijn aan de diameter van de boog, is de boog binnen een groot bereik een zelfregulerend systeem. De minimaal mogelijke veldsterkte wordt automatisch gehandhaafd in de boog. Dat wil zeggen, bij constante waarden van de fysieke parameters van het medium en Id in de boog, worden dergelijke waarden van Tf en rst ingesteld waarbij de veldsterkte in de kolom minimaal zal zijn.

Energiebalans in booggebieden

De energiebalans in de boogkolom f is de fractie van de elektronenstroom, |a is de lasstroom.

Bronenergie (Joule-Lenz-warmte die vrijkomt bij de weerstand van het boogkolomplasma tegen de passerende stroom):

ist - spanningsval op de boogkolom.

Ionisatie van neutrale atomen:

C is de ionisatiepotentiaal van de gassen van de boogopening.

Stralingswarmteverlies - RCT

Warmteverliezen door convectie - R^*,

Thermische verliezen door diffusie van geladen deeltjes in omgeving-RAWt>

Warmteverliezen op endotherm chemische reacties- RXMt

Balansvergelijking:

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

Q* + R* of, in vereenvoudigde vorm:

Q* = lc*(VK -<р)

vandaar de uitvoer:

hoe beter de emissie van elektronen vanaf het kathodeoppervlak (hoe lager de werkfunctie)<р) - тем больше теплоты выделяется на катоде. Опытные данные показывают:

bovendien: 2 - typisch voor niet-verbruikbare kathoden;

10 - typisch voor verbruikbare kathoden.

3. Energiebalans aan de anode.

Balansvergelijking:

R + A ■ Rem - Qt + R*

of, in vereenvoudigde vorm:

Q" = l~(U, +<р)

Ervaren gegevens laten zien:

Gecomprimeerde boog.

De straal van de boogkolom het is allereerst een functie van de stroom in de boog:

pі / 2.2 3 gst \u003d C2 -yy - d

b3,!9k2 a0 Uj

Naarmate de stroom toeneemt, neemt de straal van de boog toe.

drCT „ P12 2,-13 . Р12 deed

ID Std3i (912 3 OR 2a‘3i! 9.2", C

Dgst - de mate van toename van de straal van de boog.

De mate van verandering in de straal van de boogkolom (Dgst - snelheid) hangt af van de absolute waarde van de stroom. Bij lage stromen is de straal gevoelig voor stroomveranderingen, bij hoge stromen niet erg gevoelig. De limiet is wanneer I" - * ", Dhet = 0.

Wanneer Dgst = const, wordt de boogstroom bepaald door de stroomdichtheid "i"

I = LGap "Urn-

Een boog die deze eigenschappen heeft, wordt gecomprimeerd genoemd. Als de straal in ten minste één sectie de waarde is van de constante ^ A ^ ra wordt gecomprimeerd genoemd.

De grens van de overgang van vrije naar samengetrokken boog hangt af van de ionisatiepotentiaal U,. Met een kleine waarde van U is een grote stroom nodig om in een gecomprimeerde boog te gaan. De straal kan worden beperkt door het gebied van een van de elektroden, of door een toename van de warmteoverdracht vanaf het zijoppervlak van de kolom. Door de boog te blazen met een stroom koud gas, is het mogelijk om deze om te zetten in een gecomprimeerde boog bij lage stroomwaarden.

In reële omstandigheden kan de toename van Dhet worden beïnvloed door:

1. De straal van de elektroden waartussen de boog brandt.

2. Het ionisatiepotentieel van het gas waarin de boog brandt.

3. Warmteoverdracht vanaf het zijoppervlak van de boogkolom.

Methoden voor het verkrijgen van een gecomprimeerde boog

Op basis hiervan zijn er manieren om een ​​gecomprimeerde boog te verkrijgen:

Het beperken van de diameter van ten minste één van de elektroden;

Boogblazen met gas met hoog ionisatiepotentieel en hoge thermische geleidbaarheid (Ag. He);

Extern longitudinaal magnetisch veld (niet gebruikt in engineering).

Een algemene beschrijving van de stroom-spanningskarakteristiek van de boog, gebaseerd op het voorgaande, kan als volgt worden uitgevoerd:

1) Vrije boog (vrij uitzettend). De straal van de boogkolom gst neemt toe met

groei van de huidige...Id. De temperatuur van de boog blijft constant T = const, de ionisatiegraad x is erg klein. Zowel de boogkolom als het kathodegebied hebben een dalende karakteristiek.

2) Gecomprimeerde zwak geïoniseerde boog. De straal van de boogkolom r - neemt niet toe met toenemende m. de mate van ionisatie x en de temperatuur van de boogkolom Ta beginnen merkbaar toe te nemen De boogkolom heeft nog steeds een dalende karakteristiek. Kathodegebied - toenemend

3) Cu ^ m ^ in ^ yuok £ geïoniseerde boog. De mate van ionisatie x-*1 VAC van de boogkolom en het kathodegebied neemt toe. De processen in de boog zijn niet langer afhankelijk van de polariteit, elektrodematerialen en eigenschappen van de gassen van de boogkolom. De boog wordt een gewone geleider op het niveau van metalen (bij 10.000 K, de soortelijke weerstand p \u003d 1,5-1 O "4 Ohm cm), verandert in een zeer geconcentreerde, zeer stabiele bron van laswarmte

Hallo aan alle bezoekers van mijn blog. Het onderwerp van het artikel van vandaag is een elektrische boog en bescherming tegen een elektrische boog. Het onderwerp is niet toevallig, ik schrijf vanuit het Sklifosovsky-ziekenhuis. Raad waarom?

Wat is een elektrische boog?

Dit is een van de soorten elektrische ontlading in een gas (een natuurkundig fenomeen). Het wordt ook wel - boogontlading of voltaïsche boog genoemd. Bestaat uit geïoniseerd, elektrisch quasi-neutraal gas (plasma).

Het kan optreden tussen twee elektroden wanneer de spanning ertussen toeneemt of wanneer ze elkaar naderen.

kort over eigenschappen: vlamboogtemperatuur, van 2500 tot 7000 °C. Geen geringe temperatuur echter. De interactie van metalen met plasma leidt tot verhitting, oxidatie, smelten, verdamping en andere vormen van corrosie. Vergezeld van lichtstraling, ontploffing en schokgolf, ultrahoge temperatuur, vuur, ozon en kooldioxide-afgifte.

Er is veel informatie op internet over wat een elektrische boog is, wat de eigenschappen zijn, als je geïnteresseerd bent in meer details, kijk. Bijvoorbeeld in en.wikipedia.org.

Nu over mijn ongeluk. Het is moeilijk te geloven, maar 2 dagen geleden kwam ik dit fenomeen rechtstreeks tegen, en zonder succes. Het ging als volgt: op 21 november kreeg ik op het werk de opdracht om de bedrading van de lampen in de aansluitdoos te maken en ze vervolgens op het netwerk aan te sluiten. Er waren geen problemen met de bedrading, maar toen ik in het schild kwam, ontstonden er wat problemen. Het is jammer dat de androyd zijn huis is vergeten, geen foto heeft gemaakt van het elektrische paneel, anders zou het duidelijker zijn. Misschien doe ik meer als ik aan het werk ben. Het schild was dus erg oud - 3 fasen, nulbus (ook bekend als aarding), 6 automaten en een pakketschakelaar (het lijkt erop dat alles eenvoudig is), de toestand was aanvankelijk niet geloofwaardig. Ik heb lang met een nulband geworsteld, aangezien alle bouten roestig waren, waarna ik de fase gemakkelijk op de machine kon zetten. Alles is in orde, ik heb de lampen gecontroleerd, ze werken.

Daarna keerde hij terug naar het schild om de draden voorzichtig te leggen en te sluiten. Ik wil opmerken dat het elektrische paneel zich op een hoogte van ~ 2 meter bevond, in een smalle doorgang, en om er te komen, heb ik een ladder (ladder) gebruikt. Bij het leggen van de draden vond ik vonken op de contacten van andere machines, waardoor de lampen gingen knipperen. Dienovereenkomstig heb ik alle contacten verlengd en de resterende draden blijven inspecteren (om het een keer te doen en hier niet meer op terug te komen). Toen ik ontdekte dat één contact op de zak een hoge temperatuur heeft, besloot ik deze ook te verlengen. Ik nam een ​​schroevendraaier, leunde hem tegen de schroef, draaide hem, knal! Er was een explosie, een flits, ik werd teruggeworpen, raakte de muur, ik viel op de grond, niets was zichtbaar (verblind), het schild stopte niet met exploderen en zoemen. Waarom de beveiliging niet werkte, weet ik niet. Toen ik de vallende vonken op me voelde vallen, realiseerde ik me dat ik eruit moest. Ik kwam eruit door aanraking, kruipend. Toen hij uit deze nauwe doorgang was gekomen, begon hij zijn partner te roepen. Al op dat moment voelde ik dat er iets mis was met mijn rechterhand (ik hield er een schroevendraaier mee), er werd een vreselijke pijn gevoeld.

Samen met mijn partner besloten we dat we naar de EHBO-post moesten rennen. Wat er daarna gebeurde, ik denk dat het niet de moeite waard is om te vertellen, ze staken gewoon en gingen naar het ziekenhuis. Ik zal dat vreselijke geluid van een lange kortsluiting nooit vergeten - jeuk met gezoem.

Nu ik in het ziekenhuis ben, heb ik een schaafwond aan mijn knie, de dokters denken dat ik geschrokken was, dit is een uitweg, dus houden ze mijn hart in de gaten. Ik geloof dat de stroom me niet versloeg, maar de brandwond op mijn arm werd veroorzaakt door een elektrische boog die ontstond tijdens de kortsluiting.

Wat daar gebeurde, waarom de kortsluiting gebeurde, ik weet het nog niet, ik denk dat toen de schroef werd gedraaid, het contact zelf bewoog en een fase-naar-fase kortsluiting plaatsvond, of er was een blote draad achter het pakket schakelaar en toen de schroef naderde: elektrische boog. Ik hoor het later als ze erachter komen.

Verdomme, ik ging voor een dressing, ze wikkelden mijn hand zo veel dat ik er nu nog één over schrijf)))

Ik heb geen foto gemaakt zonder verband, het is geen prettig gezicht. Ik wil beginnende elektriciens niet bang maken ....

Wat zijn de maatregelen ter bescherming tegen elektrische vlambogen die mij kunnen beschermen? Na een analyse van internet, zag ik dat de meest populaire manier om mensen in elektrische installaties te beschermen tegen een elektrische boog een hittebestendig pak is. In Noord-Amerika zijn speciale automatische machines van Siemens erg populair, die zowel beschermen tegen een elektrische boog als tegen maximale stroom. In Rusland worden dergelijke machines momenteel alleen gebruikt op hoogspanningsstations. In mijn geval zou een diëlektrische handschoen voor mij voldoende zijn, maar bedenk zelf hoe je lampen erin kunt aansluiten? Het is erg ongemakkelijk. Ik raad ook aan om een ​​veiligheidsbril te gebruiken om je ogen te beschermen.

In elektrische installaties wordt de strijd tegen een elektrische boog uitgevoerd met behulp van vacuüm- en oliestroomonderbrekers, evenals met behulp van elektromagnetische spoelen in combinatie met boogkokers.

Het is alles? Niet! De meest betrouwbare manier om jezelf tegen een elektrische boog te beschermen, is naar mijn mening: stressverlichtend werk . Ik weet niet hoe het met jullie zit, maar ik zal niet meer onder stress werken...

Dit is mijn artikel elektrische boog en boogbescherming loopt af. Valt er iets toe te voegen? Laat een reactie achter.