Elektrisk lysbue (voltaisk bue, lysbueutladning) - et fysisk fenomen, en av typene elektrisk utladning i en gass.

Buestruktur

Elektrisk lysbue består av katode- og anodeområder, buesøyle, overgangsområder. Tykkelsen på anodeområdet er 0,001 mm, katodeområdet er omtrent 0,0001 mm.

Temperaturen i det anodiske området ved sveising med en forbrukselektrode er omtrent 2500 ... 4000 ° C, temperaturen i buesøylen er fra 7 000 til 18 000 ° C, i katodeområdet - 9 000 - 12 000 ° C.

Buesøylen er elektrisk nøytral. I noen av dens seksjoner er det samme antall ladede partikler med motsatte fortegn. Spenningsfallet i buesøylen er proporsjonalt med lengden.

Sveisebuer er klassifisert i henhold til:

• Elektrodematerialer - med forbrukbar og ikke-forbrukbar elektrode;
• Grader av kolonnekomprimering - fri og komprimert bue;
• I henhold til gjeldende brukt - DC-bue og AC-bue;
• I henhold til polariteten til likestrøm - direkte polaritet ("-" på elektroden, "+" - på produktet) og omvendt polaritet;
• Ved bruk av vekselstrøm - enfase- og trefasebuer.

Selvregulering av lysbuen under elektrisk sveising

Når ekstern kompensasjon skjer - endringer i nettspenning, trådmatingshastighet osv. - oppstår det en forstyrrelse i den etablerte likevekten mellom matehastigheten og smeltehastigheten. Når lengden på lysbuen i kretsen øker, reduseres sveisestrømmen og smeltehastigheten til elektrodetråden, og matehastigheten, mens den forblir konstant, blir større enn smeltehastigheten, noe som fører til gjenoppretting av buelengden. Når lysbuelengden minker, blir trådsmeltehastigheten større enn matehastigheten, dette fører til gjenvinning normal lengde buer

Effektiviteten til lysbue-selvreguleringsprosessen er betydelig påvirket av formen på strømspenningskarakteristikken til strømkilden. Den høye hastigheten til buelengdesoscillasjoner behandles automatisk med stive strømspenningsegenskaper til kretsen.

Bekjempe en elektrisk lysbue

I en rekke enheter er fenomenet en elektrisk lysbue skadelig. Dette er først og fremst kontaktbrytere som brukes i strømforsyning og elektriske stasjoner: høyspenningsbrytere, kretsbrytere, kontaktorer, seksjonsisolatorer på kontaktnettet til elektrifiserte jernbaner og elektrisk transport i byer. Når lastene er frakoblet av de ovennevnte enhetene, oppstår det en lysbue mellom åpningskontaktene.

Mekanismen for bueforekomst i dette tilfellet er som følger:

• Avta kontakttrykk- antall kontaktpunkter reduseres, motstanden i kontaktenheten øker;
• Begynnelsen av kontaktdivergens - dannelsen av "broer" fra det smeltede metallet til kontaktene (ved de siste kontaktpunktene);
• Brudd og fordampning av "broer" fra smeltet metall;
• Dannelse av en elektrisk lysbue i metalldamp (som bidrar til større ionisering av kontaktgapet og vanskeligheter med å slukke lysbuen);
• Stabil lysbuebrenning med rask utbrenning av kontakter.

For å minimere skade på kontaktene, er det nødvendig å slukke lysbuen på minimum tid, og gjøre alt for å forhindre at lysbuen forblir på ett sted (når lysbuen beveger seg, vil varmen som frigjøres i den bli jevnt fordelt over kontaktlegemet ).

For å oppfylle kravene ovenfor, søk følgende metoder lysbuekontroll:

• buekjøling med en strøm av kjølemedium - væske (oljebryter); gass ​​- (luftstrømbryter, autogassbryter, oljekretsbryter, SF6-gassbryter), og strømmen av kjølemediet kan passere både langs bueakselen (langsgående slukking) og på tvers (tverrslukking); noen ganger brukes langsgående-tverrgående demping;
• bruk av lysbueslukkingsevnen til vakuum - det er kjent at når trykket til gassene som omgir de svitsjede kontaktene reduseres til viss verdi, fører til effektiv slukking av lysbuen (på grunn av fravær av bærere for buedannelse) vakuumbryter.
• bruk av mer lysbuebestandig kontaktmateriale;
• bruk av kontaktmateriale med høyere ioniseringspotensial;
• bruk av lysbueslukkingsgitter (strømbryter, elektromagnetisk bryter). Prinsippet for å bruke lysbueslukking på gitter er basert på bruken av effekten av nær-katodefall i lysbuen (det meste av spenningsfallet i lysbuen er spenningsfallet ved katoden; lysbueslukkingsgitteret er faktisk en serie av serielle kontakter for lysbuen som kommer dit).
• bruk

I moderne industri er sveising av stor betydning, den har et veldig bredt spekter av bruksområder i alle bransjer. For å utføre sveiseprosessen er det nødvendig med en sveisebue.

Hva er en sveisebue, dens definisjon

En sveisebue anses å være en veldig stor elektrisk utladning når det gjelder kraft og varighet som eksisterer mellom elektrodene som spenning påføres i en blanding av gasser. Dens egenskaper er preget av høy temperatur og strømtetthet, takket være at den er i stand til å smelte metaller med et smeltepunkt over 3000 grader. Generelt kan vi si at en elektrisk lysbue er en leder laget av gass som transformerer elektrisk energi til termisk. Elektrisk ladning er passasje av elektrisk strøm gjennom et gassformig medium.

Det finnes flere typer elektrisk utladning:

• Glødeutslipp. Oppstår ved lavt trykk, brukes i fluorescerende lamper og plasmaskjermer;
• Gnistutslipp. Oppstår når trykket er lik atmosfærisk trykk og har en intermitterende form. Lyn tilsvarer en gnistutladning; det brukes også til å tenne forbrenningsmotorer;
• Bueutladning. Brukes til sveising og belysning. Det er preget av en kontinuerlig form og forekommer ved atmosfærisk trykk;
• Krone. Det oppstår når elektrodens kropp er grov og inhomogen, den andre elektroden kan mangle, det vil si at en stråle vises. Brukes til å rense gasser fra støv;

Natur og struktur

Naturen til sveisebuen er ikke så komplisert som det kan virke ved første øyekast. Den elektriske strømmen, som passerer gjennom katoden, trenger deretter inn i den ioniserte gassen, en utladning oppstår med en lys glød og en veldig høy temperatur, slik at temperaturen på den elektriske lysbuen kan nå 7000 - 10000 grader. Etter dette går strømmen til materialet som sveises. Siden temperaturen er så høy, avgir lysbuen ultrafiolett og infrarød stråling som er skadelig for menneskekroppen, den kan skade øynene eller forårsake lette forbrenninger på huden, så riktig beskyttelse er nødvendig når sveiseprosessen utføres.

Strukturen til sveisebuen består av tre hovedområder: anodisk, katodisk og buesøyle. Under lysbuebrenning dannes det aktive flekker på katoden og anoden - områder der temperaturen når de høyeste verdiene; det er gjennom disse områdene alle elektrisitet, de anodiske og katodiske områdene presenterer større spenningsfall. Og selve søylen ligger mellom disse områdene, spenningsfallet i søylen er veldig lite. Dermed er lengden på sveisebuen summen av de ovennevnte arealene, vanligvis er lengden flere millimeter, når anode- og katodeområdet er henholdsvis 10-4 og 10-5 cm.. Den mest gunstige lengden er omtrent 4-6 mm , med denne lengden en konstant og gunstig temperatur.

Varianter

Typer sveisebue er forskjellige i tilførselsmønsteret sveisestrøm og miljøet de forekommer i, er de vanligste alternativene:

• Direkte handling. Med denne metoden er sveisemaskinen plassert parallelt med metallstrukturen som sveises og buen oppstår i en vinkel på nitti grader i forhold til elektroden og metallet;
• Indirekte sveisebue. Oppstår når to elektroder brukes, som er plassert i en vinkel på 40-60 grader til overflaten av delen som sveises, oppstår en bue mellom elektrodene og sveiser metallet;

Det er også en klassifisering avhengig av atmosfæren de forekommer i:

• Åpen type. Bue av denne typen brenner i luft og en gassfase dannes rundt den, som inneholder damper av materialet som sveises, elektroder og deres belegg;
• Lukket type. Forbrenningen av en slik lysbue skjer under et lag av fluks, damper av metall, elektrode og fluks kommer inn i gassfasen som dannes rundt lysbuen;
• Bue med gasstilførsel. Komprimerte gasser - helium, argon, karbondioksid, hydrogen og andre forskjellige blandinger av gasser, de tilføres slik at det sveisede metallet ikke oksiderer; deres tilførsel bidrar til et reduserende eller nøytralt miljø. Gassfasen rundt lysbuen inkluderer den tilførte gassen, metallet og elektrodedampene;

De kjennetegnes også av virkningsvarigheten - stasjonær (for langvarig bruk) og pulset (for engangsbruk), av materialet til elektroden som brukes - karbon, wolfram - ikke-forbrukbare elektroder og metall - forbruksvarer. Den vanligste forbrukselektroden er stål. I dag brukes oftest sveising med en ikke-forbrukbar elektrode. Dermed er typene sveisebuer varierte.

Forbrenningsforhold

Under standardforhold, det vil si en temperatur på 25 grader og et trykk på 1 atmosfære, er ikke gasser i stand til å lede elektrisk strøm. For at det skal dannes en bue, er det nødvendig at gassene mellom elektrodene ioniseres, det vil si at de inneholder forskjellige ladede partikler - elektroner eller ioner (kationer eller anioner). Prosessen med dannelse av en ionisert gass vil bli kalt ionisering, og arbeidet som må brukes på å fjerne et elektron fra en atompartikkel for å danne et elektron og et ion vil kalles ioniseringsarbeidet, som måles i elektronvolt og er kalt ioniseringspotensialet. Nøyaktig hvilken energi som må brukes for å fjerne et elektron fra et atom avhenger av gassfasens natur; verdier kan være fra 3,5 til 25 eV. Metallene i alkali- og jordalkaligruppene - kalium, kalsium og følgelig deres kjemiske forbindelser - har det laveste ioniseringspotensialet. Elektroder er belagt med slike forbindelser slik at de bidrar til stabil eksistens og brenning av sveisebuen.

For at lysbuen skal oppstå og brenne, kreves det en konstant temperatur ved katoden, som avhenger av katodens natur, dens diameter, størrelse og omgivelsestemperatur. Temperaturen på den elektriske lysbuen må derfor være konstant og ikke svinge; takket være de enorme strømverdiene kan temperaturen nå 7 tusen grader, dermed kan absolutt alle materialer kobles sammen ved sveising. En konstant temperatur sikres ved hjelp av en fungerende strømkilde, så valget når du designer en sveisemaskin er veldig viktig, det påvirker egenskapene til buen.

Fremkomst

Det oppstår under en rask kortslutning, det vil si når elektroden kommer i kontakt med overflaten av materialet som sveises, på grunn av den kolossale temperaturen, smelter overflaten av materialet, og en liten stripe av smeltet materiale dannes mellom elektroden og overflaten. Når elektroden og materialet som sveises divergerer, dannes det en hals av materiale, som øyeblikkelig bryter og fordamper på grunn av den høye strømtettheten. Gassen blir ionisert og det oppstår en elektrisk lysbue. Du kan begeistre henne ved å berøre eller klø.

Egendommer

Hun har følgende funksjoner sammenlignet med andre elektriske ladninger:

• Høy strømtetthet, når flere tusen ampere pr kvadratcentimeter, på grunn av hvilken en veldig høy temperatur oppnås;
• Ujevn fordeling elektrisk felt i rommet mellom elektrodene. I nærheten av elektrodene er spenningsfallet veldig høyt, når det i kolonnen er motsatt;
• Enorme temperaturer som når det meste store verdier i kolonnen på grunn av den høye strømtettheten. Når lengden på søylen øker, synker temperaturen, og når den smalner, tvert imot, øker den;
• Ved å bruke sveisebuer kan du oppnå et bredt utvalg av strømspenningsegenskaper - avhengigheten av spenningsfallet på strømtettheten ved en konstant lengde, det vil si jevn forbrenning. På dette øyeblikket Det er tre strøm-spenningsegenskaper.

Den første faller når spenningen faller med en økning i styrke og følgelig strømtetthet. Den andre er vanskelig, når en endring i strømmen ikke påvirker spenningsverdien på noen måte, og den tredje øker, når spenningen øker når strømmen øker.

Dermed kan sveisebuen kalles den beste og mest pålitelige måten å feste på metallkonstruksjoner. Sveiseprosessen har stor innvirkning på dagens industri fordi bare den høye temperaturen i sveisebuen er i stand til å holde de fleste metaller sammen. For å oppnå høykvalitets og pålitelige sømmer, er det nødvendig å korrekt og nøyaktig ta hensyn til alle egenskapene til buen, overvåke alle verdier, takket være dette prosedyren vil passere raskt og mest effektivt. Det er også nødvendig å ta hensyn til buens egenskaper: strømtetthet, temperatur og spenning.

En elektrisk lysbue er lysbueutladning, som oppstår mellom to elektroder eller en elektrode og et arbeidsstykke og som tillater sammenkobling av to eller flere deler ved sveising.

Sveisebuen, avhengig av miljøet den oppstår i, er delt inn i flere grupper. Den kan være åpen, lukket eller i et beskyttende gassmiljø.

En åpen bue renner gjennom utendørs gjennom ionisering av partikler i forbrenningsområdet, samt på grunn av metalldamper av de sveisede delene og elektrodematerialet. Den lukkede buen brenner på sin side under et flukslag. Dette lar deg endre sammensetningen av gassmiljøet i forbrenningsområdet og beskytte metallarbeidsstykkene mot oksidasjon. I dette tilfellet strømmer den elektriske lysbuen gjennom metalldamp og fluksadditivioner. Buen, som brenner i et beskyttende gassmiljø, strømmer gjennom ionene til denne gassen og metalldamper. Dette lar deg også forhindre oksidasjon av deler, og følgelig øke påliteligheten til den dannede forbindelsen.

En elektrisk lysbue er forskjellig i typen strøm som tilføres - vekselvis eller direkte - og i varigheten av forbrenningen - pulsert eller stasjonær. I tillegg kan lysbuen ha direkte eller omvendt polaritet.

Basert på typen elektrode som brukes, skilles ikke-smelting og smelting. Bruken av en bestemt elektrode avhenger direkte av egenskapene den har sveisemaskin. Buen som oppstår ved bruk av en ikke-forbrukbar elektrode, som navnet tilsier, deformerer den ikke. Ved sveising med en forbrukselektrode smelter lysbuestrømmen materialet og det smeltes til det originale arbeidsstykket.

Buegapet kan betinget deles inn i tre karakteristiske seksjoner: nær-katode, nær-anode og også lysbueakselen. I dette tilfellet vil den siste delen, dvs. Bueakselen har størst lengde, men egenskapene til buen, så vel som muligheten for dens forekomst, bestemmes nøyaktig av områdene nær elektrode.

Generelt kan egenskapene som en lysbue har, kombineres i følgende liste:

1. Buelengde. Dette refererer til den totale avstanden til katode- og anoderegionene, samt lysbueakselen.

2. Lysbuespenning. Består av summen på hvert av områdene: fat, nær-katode og nær-anode. I dette tilfellet er endringen i spenning i nærelektrodeområdene betydelig større enn i den gjenværende regionen.

3. Temperatur. En elektrisk lysbue, avhengig av sammensetningen av det gassformige mediet og materialet til elektrodene, kan utvikle en temperatur på opptil 12 tusen grader Kelvin. Imidlertid er slike topper ikke plassert over hele planet til elektrodeenden. For selv med de fleste bedre behandling materialet til den ledende delen har forskjellige uregelmessigheter og tuberkler, på grunn av hvilke mange utladninger oppstår, som oppfattes som en. Selvfølgelig avhenger lysbuetemperaturen i stor grad av miljøet den brenner i, så vel som parametrene til den tilførte strømmen. For eksempel, hvis du øker gjeldende verdi, vil temperaturverdien følgelig øke.

Og til slutt, strømspenningskarakteristikk eller I-V-karakteristikk. Den representerer spenningens avhengighet av lengde og strømstyrke.

En elektrisk lysbue er en av typene elektrisk utladning i gasser. Enhver rettet bevegelse av ladede partikler mellom elektroder i gasser kalles en utladning. Buens plass blant andre typer utslipp i gasser:

Bueutladning er forskjellig fra andre:

1 - høy temperatur 4000 - 50 000 K

2 - høy styrke nåværende 50-10 000 A

3 - svakt elektrisk felt 10 - 60 V.

Det kalles en bue på grunn av den karakteristiske formen som oppstår fra samspillet mellom de ladede partiklene i buen med magnetfeltet til selve buen. Når strømmen øker, kan magnetfeltet bryte lysbueutladningen

Strømmen i lysbueprosessen flyter mellom elektrodene (buepolene) gjennom gassen i buerommet.

Den positive elektroden er anoden.

Negativ elektrode - katode

Det er frie buer (fritt ekspanderende) og komprimerte buer. Fri (fritt ekspanderende) er en bue hvis radius ikke er begrenset i noen av delene;

En komprimert bue er en bue hvis radius er begrenset i minst én seksjon.

Fordeling av spenningsfall i lysbuen. I interelektroderommet observeres en ujevn fordeling av det elektriske feltet (potensielle hopp i nærelektrodeområdene), og i samsvar med dette er spenningsfallet ujevnt langs buens lengde.

Frie elektroner som finnes i metaller under påvirkning av et elektrisk felt ved høy temperatur på katoden forlater det.. Potensialet til katodeområdet akselererer og ioniserer atomene i buekolonnen. Atomer i kolonnen kan også ioniseres på grunn av høy temperatur (kollisjon, fotoionisering) Elektroner beveger seg i buesøylen mot anoden.

Motstanden til gasslederen er ikke-lineær og derfor følger ikke lysbuen Ohms lov

Statisk strøm-spenning karakteristikk av lysbuen. Avhengig av strømtettheten kan strøm-spenningskarakteristikken være synkende, flat eller økende

Ved lave strømmer, når strømmen øker, øker antallet ladede partikler intensivt, hovedsakelig på grunn av oppvarming og en økning i emisjonen av elektroner fra katodeoverflaten, og derfor en tilsvarende økning i volumionisering i buesøylen.

Motstanden til lysbuesøylen avtar og spenningen som kreves for å støtte utladningen synker. Karakteristikken til buen faller.

Med en ytterligere økning i strøm og et begrenset tverrsnitt av elektrodene trekker lysbuesøylen seg litt sammen og volumet av gass som deltar i ladningsoverføringen avtar. Dette fører til lavere veksthastighet i antall ladede partikler.

Lysbuespenningen blir litt avhengig av strømmen. Karakteristikken er flat.

På de to første områdene elektrisk motstand buenegativ (negativ). Disse områdene er karakteristiske for lysbuer med relativt lav strømtetthet. En ytterligere økning i strøm fører til utarming av den termioniske kapasiteten til katoden. Antall ladede partikler øker ikke og lysbuemotstanden blir positiv og nesten konstant. Et høyt ionisert komprimert plasma vises, hvis egenskaper er nær metallledere. En slik bue følger Ohms lov.

Energikapasitet for ulike bueregioner

For de gitte figurene, spenningsfallet i områdene av buen (bue i jerndamp) og karakteristisk for manuell buesveising nåværende verdier:

I katodeområdet 14Vx100A = 1,4 kW ved en lengde * 10"5 cm

I en buesøyle 25 V/cm x 0,6 cm x 100 A = 1,5 kW ved en lengde ^0,6 cm

I anodeområdet 2,5 V x 100 A = 250 W i en lengde på 10"4 cm.

Hovedforbrukerne av energi er katoderegionen og buesøylen; det er åpenbart at hovedprosessene som karakteriserer fysiske fenomen, hvis resultat er en lysbueutladning.

Med konstante elektrodediametre og avstander mellom dem, vil de elektriske parametrene til lysbuen avhenge av materialet til elektrodene (utslipp, metallpar i kolonnen), sammensetningen av gassene i lysbuen, temperaturen til elektrodene, sammensetningen av gassen i buen (i buesøylen).

Det vil si at de elektriske parametrene til buen avhenger av fysiske og geometriske faktorer. Endring av størrelsen på elektrodene og avstanden mellom dem påvirker de elektriske egenskapene til lysbuen

Sveisebuer er delt inn (klassifisert):

I henhold til elektrodematerialer (Fe, W, Cu, etc.)

I henhold til sammensetningen av gasser (i luft, i metalldamper, i strømmen av beskyttende gasser;

Forbrukbar eller ikke-forbrukbar elektrode, etc.

Fysiske prosesser i katodeområdet

Elektroner forlater katodeoverflaten og beveger seg mot anoden. Veien de reiser før den første kollisjonen med atomer av lysbuegasser begrenser katodeområdet. Beregninger viser at dette er * Yu"cm for normalt trykk og buer i luften og i jerndamp.

Dette området av buen (1C) "5 cm) og overflaten av selve katoden blir vanligvis referert til som katodeområdet.

1) Den totale elektriske strømmen i katodeområdet består av elektron- og ionestrøm

Strømtetthet (A/cm2):

I = eo-rvWe’i© = e0n©W&

e0 - elektronladning;

l© - antall elektroner;

W© er bevegelseshastigheten (drift) av elektroner.

Hvis vi antar likhet mellom styrken til ion- og elektronstrømmene (ved I selv, > 1v), så

Ioner og elektroner som passerer gjennom katodeområdet akkumulerer kinetisk energi:

R _ P1fuf - _ tsLChe.

hvor de, m© er de tilsvarende massene.

Siden de akselereres av et elektrisk felt, vil energien de mottar være Eo-IL (produktet av ladninger og potensialforskjellen):

Eph = Her=Єo. IR

deretter bevegelseshastigheten til ladede partikler:

w* = ; vi = Nei, da

ne _ W9 _ y gpe _ I gp (

Elektronmasse mQ, = 9,106-10"28 g

Protonmasse mn = 1,66-10"24 g

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

For jernion AFe = 55,84; i dette tilfellet:

om katoden, gi den deres energi, varme den opp, fange opp et elektron og bli til nøytrale atomer. Elektroner fra katoden akselereres til energi eo U* og treffer atomene i buesøylen og ioniserer dem.

Katodeutslipp

Det er følgende typer elektronemisjon fra katodeoverflaten:

termionisk;

Autoelektronisk (elektrostatisk);

Fotoelektronisk (ekstern fotoelektrisk effekt);

Sekundær (bombardement av overflaten med atomer, ioner, tunge partikler, elektroner, etc.);

Ved sveising med buemetoder er termisk og feltemisjon mest vanlig.

Emisjonsintensiteten er estimert ved strømtetthet j [A/cm2] (for sveising 102 ... 105 A/mm2).

Termionisk utslipp.

De frie elektronene som finnes i et fast stoff hindres i å forlate det av dets elektriske felt - en overflatepotensialbarriere.

Mengden minimumsenergi som må gis til et elektron slik at det kan forlate overflaten av et legeme og bevege seg til en avstand hvor interaksjon mellom det og kroppen er umulig kalles arbeidsfunksjonen.

Det vil alltid være elektroner som ved et uhell plukker opp denne energien og forlater kroppen. Men under påvirkning av et elektrisk felt kommer de umiddelbart tilbake.

Når kroppstemperaturen øker, øker antallet elektroner som har tilstrekkelig energi til å forlate kroppen.

I elektrostatiske beregninger, arbeidsfunksjon A* = e0 f, hvor<р - потенциал выхода. Е0 = 1, А, = ф в эктрон-вольтах.

Strømtettheten for termionisk utslipp bestemmes av Richardson-Dashtman-ligningen:

jT=AT2e“kf; jT = AT2e"^

A - konstant, avhenger av katodematerialet

T - temperatur

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

Den termioniske emisjonsstrømmen viser seg å være flere størrelsesordener (100...10 000 ganger) mindre enn det som kreves for katoden ved sveising av for eksempel stål.

Men i katoderegionen er det en bulk positiv ionisk ladning, som skaper en feltstyrke på 1-106 V/cm eller mer. Et elektrisk felt med en slik intensitet endrer betingelsene for emisjon av elektroner fra katoden.

Arbeidsfunksjonen til elektroner avtar i samsvar med størrelsen på feltstyrken i nærelektrodeområdet (nær-katode). Dette fenomenet kalles Schottky-effekten. I nærvær av et elektrisk felt avtar arbeidsfunksjonen i katodens overflate nær overflaten med mengden: DAV=e"2E,/2 DAV=3.8-10"*E

E - elektrisk feltstyrke Den elektrostatiske hypotesen (feltemisjon) til Langmuir (1923) spiller en spesiell rolle i å forklare fenomenene katodeutslipp for unormalt høye strømtettheter som er karakteristiske for sveising med en forbrukselektrode. Strømmen av elektroner har bølgeegenskaper.En elektronbølge kan trenge inn fra katoden til anoden uten å stige til det potensialnivået som kreves for emisjon, men omgå det. Dette kalles en tunnelovergang, det skjer uten energiforbruk.

I dette tilfellet må størrelsen på potensialbarrieren være mindre enn bølgelengden til elektronet i strømmen. Elektronstrømningsbølgelengde:

Ft - Plancks konstant ft = 4,13-10"15 e-v s m - elektronmasse V - elektronstrømningshastighet.

y og b er konstanter som avhenger av katodematerialet.

Fotoemisjon (ekstern fotoelektrisk effekt, Einstein-effekt). Når lyskvanter absorberes av katoden, kan det oppstå elektroner som har en energi som er mye større enn arbeidsfunksjonen. Betingelse for forekomst av fotoemisjon (Einsteins lov)

Fi v £ f + Uz mv2

fi - Plancks konstant F> = 6,626176 (36) - 10 m J-sek; v er frekvensen til lysbølgen;

m - elektrisk masse. på

v er hastigheten til elektronet etter emisjon.

c - lyshastigheten i vakuum er 299792458,0 (1,2) m/sek;

vo, *o - den begrensende frekvensen og bølgelengden til lys som kan forårsake fotoemisjon.

En blanding av gasser ioniseres annerledes enn hver enkelt gass på grunn av at elektrongassen som dannes som følge av ionisering vil være felles for alle komponenter i gassblandingen. Grad av ionisering av blandingen:

■L-ts p-d R’

n er antall partikler;

S er partikkelinteraksjonsdiameteren (Ramsauer-diameter);

P - eksternt trykk.

Den gjennomsnittlige kvadrathastigheten bestemmes fra den gjennomsnittlige energien til termisk bevegelse.

k er Boltzmanns konstant.

Den frie banen til et ion er X* den frie banen til et nøytralt atom. Den frie banen til et elektron er L*o * 4Ilp (Ramsauer-effekt).

Beregninger viser at med massene til jernionet og elektronet: pір** = 56-1,66-1 O"2* g, me0 = 9,106 10'28 g,

forholdet mellom mobiliteten deres vil være:

Det er åpenbart at ionestrømmen er 1830 ganger mindre enn den elektroniske strømmen. Fra de gitte avhengighetene, tatt i betraktning trykk, vil elektronmobiliteten være:

b. =j-Ts-Ts - ■Jt ps

B = 3,62-10‘13 - dimensjonsløs verdi;

5 - partikkelinteraksjonsdiameter (Ramsauer).

Elektrondrifthastighet i buesøylen:

I beregninger antas buesøylen å være sylindrisk i form, homogen med en strømtetthetskonstant over tverrsnittet - kanalmodellen til K. K. Khrenov.

Lengden på buesøylen er nesten lik lengden på buen (innen 0,1 - 15 mm). Spenningsfallet i buesøylen er proporsjonalt med lengden på søylen:

Anodens elektriske felt kaster positive ioner inn i buesøylen, og tiltrekker seg elektroner i stedet. En negativ volumetrisk ladning skapes. Det er ingen utslipp av positive ioner fra overflateanoden (i tilfelle av individuelle arter karbonbue). I denne forbindelse er strømmen til anoderegionen en rent elektronisk strøm ha = /“<>.

Lengden på anodeområdet er omtrent lik den gjennomsnittlige frie banen til elektroner fra den siste kollisjonen med et atom. Den volumetriske negative ladningen til anodeområdet forårsaker et anodespenningsfall, som avhenger lite av anodematerialet, lysbuegasser, strøm gjennom lysbuen og er lik 2 ... 3 V. Elektronet som når anoden, gir den sin kinetisk energi, samt arbeidsfunksjonen som ble brukt på å fjerne et elektron fra katoden.

Strømspenningskarakteristikk for en lysbue som utvider seg fritt (gratis)

Bueutladning er et stabilt system. Med en konstant tilførsel av energi opprettholder den seg selv i et bredt spekter av moduser. Enhver ubalanse forårsaker en slik endring i parametrene til lysbuen at lysbueprosessen forblir (ikke avbrutt). Grenser. i hvilke lysbueprosesser er mulige og arten av endringer i bueparametere som svar på ubalanser bestemmer strøm-spenningskarakteristikkene.

Statisk -1 - os; dynamisk -1 - 0.

Vi vil vurdere de statiske egenskapene til buesøylen.

Forutsetninger (Kanalmodell av K. K. Khrenov):

Vi vurderer en stabil lysbueprosess. Energi tilføres lysbuen i ubegrensede mengder og på hvilken som helst måte lang tid. Ingen eksterne faktorer påvirker ikke diameteren på buen.

Termodynamisk likevekt opprettholdes strengt i alle buesoner. I dette tilfellet adlyder bueplasma Sahas lov.

Buesøylen er en sylinder, hvis overflate skarpt skiller bueplasmaet med temperatur Td fra miljøet T = 0.

Alle Tepp-tap av buesøylen er tap på grunn av stråling fra det ytre sylindriske skallet av buen og overholder Stefan-Boltzmann-loven.

Steinbecks minimumsprinsipp.

I en bue som utvider seg fritt, etableres fysiske prosesser på en slik måte at £-> min.

Med en stabil lysbueprosess varmetap buesøyler er minimum mulig for de gitte forholdene. For en gitt tilstand av gassfasen og konstantene 1R og P elektrisk felt vil bare avhenge av 1^.

1. Når kolonnetemperaturen øker fra T6, øker graden av ionisering, elektronmobilitet, strømtetthet og elektrisk feltstyrke, og samtidig øker også strålingstapene.

2. Med en reduksjon i temperaturen på kolonnen fra TB, reduseres graden av ionisering og strømtetthet, men feltstyrken øker. Energikostnadene øker.

Forutsatt at det ikke er noen begrensninger på diameteren til lysbuen, er lysbuen et selvregulerende system innenfor et bredt område. Minst mulig feltstyrke opprettholdes automatisk i buen. Det vil si at ved konstante verdier av de fysiske parameterne til mediet og Id i buen, etableres slike verdier av T^ og rst hvor feltstyrken i kolonnen vil være minimal.

Energibalanse i bueområder

Energibalansen i buesøylen f er brøkdelen av elektronstrømmen, |a er sveisestrømmen.

Kildeenergi (Joule-Lenz varme frigjort av plasmamotstanden til buesøylen til den passerende strømmen):

ist - spenningsfall over buesøylen.

Ionisering av nøytrale atomer:

C er ioniseringspotensialet til lysbuegapsgasser.

Strålende varmetap - RCT

Varmetap på grunn av konveksjon - R^*,

Varmetap på grunn av diffusjon av ladede partikler inn miljø- RAWt>

Varmetap til endotermisk kjemiske reaksjoner- RXMt

Balanseligning:

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

Q* + R* eller, i forenklet form:

Q* = lc*(Storbritannia -<р)

derav utgangen:

jo bedre emisjon av elektroner fra katodeoverflaten (jo lavere er arbeidsfunksjonen<р) - тем больше теплоты выделяется на катоде. Опытные данные показывают:

og: 2 - typisk for ikke-forbrukbare katoder;

10 - typisk for forbrukbare katoder.

3. Energibalanse ved anoden.

Balanseligning:

P + A ■ Rem - Qt + R*

eller i forenklet form:

Q« = l~(U, +<р)

Erfarne data viser:

Komprimert bue.

Radiusen til buesøylen er først og fremst en funksjon av strømmen i buen:

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

b3,!9L2 a0 Uj

Når strømmen øker, øker bueradiusen.

drCT „ P12 2.-13 . Р12 Дід

ID Std3i(912 3 OR 2a‘3i!9.2",C

Dgst - økningshastighet i bueradius.

Endringshastigheten i buesøylens radius (Dgst - rate) avhenger av strømmens absolutte verdi. Ved lave strømmer er radiusen følsom for endringer i strøm, ved høye strømmer er den litt følsom. Begrens når I» -*«, Dget = 0.

Når Dgst = const, bestemmes lysbuestrømmen av strømtettheten "i"

I = LGap "Urn-

En bue som har slike egenskaper kalles komprimert. Hvis radiusen i minst en seksjon er en konstant verdi, kalles den komprimert.

Overgangsgrensen fra en fri til en komprimert lysbue avhenger av ioniseringspotensialet U. Med en liten verdi på U, er det nødvendig med en stor strøm for å gå over i en komprimert bue. Radien kan begrenses av arealet til en av elektrodene, eller gjennom en økning i varmeoverføring fra sideoverflaten av kolonnen. Ved å blåse en strøm av kald gass på lysbuen, er det mulig å konvertere den til en komprimert lysbue ved lave strømverdier.

Under reelle forhold kan størrelsen på økningen i Dget påvirkes av:

1. Radien til elektrodene som lysbuen brenner mellom.

2. Ioniseringspotensial for gassen som lysbuen brenner i.

3. Varmeoverføring fra sideflaten til buesøylen.

Metoder for å oppnå en komprimert bue

Basert på dette er det følgende måter å oppnå en komprimert bue på:

Begrensning av diameteren til minst en av elektrodene;

Blåser lysbuen med en gass med høyt ioniseringspotensial og høy varmeledningsevne (Ag. He);

Eksternt langsgående magnetfelt (brukes ikke i teknologi).

En generell beskrivelse av strømspenningsegenskapene til lysbuen, basert på ovenstående, kan utføres som følger:

1) Fri bue (fritt ekspanderende). Radiusen til buesøylen gst øker med

økning i strøm^Id. Lysbuetemperaturen forblir konstant T = const, ioniseringsgraden x er veldig lav. Både buesøylen og katodeområdet har en fallkarakteristikk.

2) Komprimert svakt ionisert lysbue. Radiusen til buesøylen øker ikke med økende temperatur Ioniseringsgraden x og lysbuestopptemperaturen Ta begynner å øke merkbart. Buesøylen har fortsatt en fallende karakteristikk. Katoderegion - økende

3) Cu^t^ v^uok£ ionisert bue. Graden av ionisering x-*1 strøm-spenningskarakteristikk for buesøylen og katodeområdet øker. Prosesser i lysbuen slutter å avhenge av polaritet, elektrodematerialer og gassegenskaper til lysbuesøylen. Lysbuen blir en vanlig leder på nivå med metaller (ved 10 000 K, resistivitet p = 1,5-1 O "4 Ohm cm), og blir til en svært konsentrert, veldig stabil kilde for sveisevarme

Hei til alle besøkende på bloggen min. Temaet for dagens artikkel er lysbue og beskyttelse mot lysbue. Temaet er ikke tilfeldig, jeg skriver fra Sklifosovsky Hospital. Kan du gjette hvorfor?

Hva er en elektrisk lysbue

Dette er en av typene elektrisk utladning i gass (fysisk fenomen). Det kalles også - bueutladning eller voltaisk bue. Består av ionisert, elektrisk kvasinutral gass (plasma).

Det kan oppstå mellom to elektroder når spenningen mellom dem øker eller nærmer seg hverandre.

Kort om egenskaper: elektrisk lysbuetemperatur, fra 2500 til 7000 °C. Men ikke lav temperatur. Samspillet mellom metaller og plasma fører til oppvarming, oksidasjon, smelting, fordampning og andre typer korrosjon. Ledsaget av lysstråling, eksplosive og sjokkbølger, ultrahøy temperatur, brann, utslipp av ozon og karbondioksid.

Det er mye informasjon på Internett om hva en elektrisk lysbue er, hva dens egenskaper er, hvis du er interessert i flere detaljer, ta en titt. For eksempel i ru.wikipedia.org.

Nå om ulykken min. Det er vanskelig å tro, men for 2 dager siden møtte jeg dette fenomenet direkte, og uten hell. Det skjedde slik: 21. november, på jobb, fikk jeg i oppgave å koble lamper i en koblingsboks og deretter koble dem til nettverket. Det var ingen problemer med ledningene, men da jeg klatret inn i skjoldet, oppsto det noen vanskeligheter. Det er synd at jeg glemte Android-en min hjemme, jeg tok ikke bilde av det elektriske panelet, ellers hadde det vært tydeligere. Kanskje jeg gjør mer når jeg kommer tilbake på jobb. Så, skjoldet var veldig gammelt - 3 faser, en nullbuss (også kjent som jording), 6 strømbrytere og en pakkebryter (det virket enkelt), tilstanden inspirerte i utgangspunktet ikke tillit. Jeg slet lenge med nullbussen, siden alle boltene var rustne, hvoretter jeg enkelt monterte fasen på maskinen. Alt er bra, jeg sjekket lampene, de fungerer.

Etterpå gikk jeg tilbake til sentralbordet for å legge forsiktig ledningene og lukke den. Jeg vil merke meg at det elektriske panelet var plassert i en høyde av ~2 meter, i en smal passasje, og for å komme til det brukte jeg en trappestige (stige). Mens jeg la ut ledningene, oppdaget jeg gnister på kontaktene til andre maskiner, som fikk lampene til å blinke. Følgelig trakk jeg ut alle kontaktene og fortsatte å inspisere de gjenværende ledningene (for å gjøre det en gang og ikke gå tilbake til dette igjen). Etter å ha oppdaget at en kontakt på posen har høy temperatur, bestemte jeg meg for å utvide den også. Jeg tok en skrutrekker, lente den mot skruen, snudde den, pang! Det var en eksplosjon, et blink, jeg ble kastet tilbake, traff veggen, jeg falt i gulvet, ingenting var synlig (blindet), skjoldet sluttet ikke å eksplodere og surre. Jeg vet ikke hvorfor beskyttelsen ikke fungerte. Da jeg kjente at gnistene falt på meg, skjønte jeg at jeg måtte komme meg ut. Jeg kom meg ut ved berøring, krypende. Etter å ha kommet seg ut av denne trange passasjen begynte han å ringe partneren sin. Allerede i det øyeblikket følte jeg at noe var galt med høyre hånd (som jeg holdt en skrutrekker med), jeg kjente forferdelig smerte.

Sammen med partneren min bestemte vi oss for at vi måtte løpe til førstehjelpsstasjonen. Jeg tror ikke det er verdt å fortelle hva som skjedde videre, jeg ble bare injisert og dro til sykehuset. Jeg vil aldri glemme denne forferdelige lyden av en lang kortslutning - kløende med en summende lyd.

Nå er jeg på sykehuset, jeg har et skrubbsår på kneet, legene tror at jeg fikk elektrisk støt, dette er veien ut, så de overvåker hjertet mitt. Jeg tror at jeg ikke ble sjokkert, men forbrenningen på hånden min ble forårsaket av en elektrisk lysbue som oppsto under en kortslutning.

Jeg vet ennå ikke hva som skjedde der, hvorfor kortslutningen oppsto, jeg tror at når skruen ble skrudd, beveget selve kontakten seg og det oppsto en fase-til-fase kortslutning, eller det var en bar ledning bak pakkebryteren og når skruen nærmet seg, en elektrisk lysbue. Jeg finner ut senere om de finner ut av det.

Faen, jeg gikk for å hente en bandasje, de pakket hånden min så mye at jeg skriver med venstre hånd nå)))

Jeg tok ikke et bilde uten bandasjer; det var et veldig ubehagelig syn. Jeg vil ikke skremme nybegynnere elektrikere...

Hva er de elektriske lysbuebeskyttelsestiltakene som kan beskytte meg? Etter å ha analysert Internett så jeg at den mest populære måten å beskytte mennesker i elektriske installasjoner mot lysbuer er en varmebestandig drakt. I Nord-Amerika er spesialmaskiner fra Siemens svært populære, som beskytter mot både lysbue og maksimal strøm. I Russland brukes for øyeblikket slike maskiner bare på høyspentstasjoner. I mitt tilfelle ville en dielektrisk hanske vært nok for meg, men tenk på hvordan du kobler lamper i dem? Det er veldig ubehagelig. Jeg anbefaler også å bruke vernebriller for å beskytte øynene.

I elektriske installasjoner utføres bekjempelsen av en elektrisk lysbue ved hjelp av vakuum- og oljebrytere, samt ved bruk av elektromagnetiske spoler sammen med lysbueslukkingskamre.

Dette er alt? Nei! Den mest pålitelige måten å beskytte deg mot en elektrisk lysbue, etter min mening, er stressavlastende arbeid . Jeg vet ikke med deg, men jeg vil ikke jobbe under spenning lenger...

Det var det for artikkelen min elektrisk lysbue Og lysbuebeskyttelse slutter. Har du noe å tilføye? Legg igjen en kommentar.