ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1
ПО ДИСЦИПЛИНЕ: «ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ»
Тема: «ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ СВАРОЧНОЙ ДУГИ»
Цель работы:
Изучить строение и свойства мощного дугового разряда.
Методическое обеспечение:
Методические указания к лабораторной работе
Методические указания к лабораторной работе:
Сварочная дуга представляет собой длительный мощный электрический разряд, происходящий при давлении, близком к атмосферному в газовом промежутке между двумя электродами, находящимися под напряжением. Если одним из электродов является свариваемый металл, то такая дуга называется дугой прямого действия (рис. 25, а). Если дуга горит между двумя отдельными электродами (угольными или вольфрамовыми), то это дуга косвенного действия (рис. 25,6). В технике сварки наибольшее применение имеет дуга прямого действия, обеспечивающая более глубокое проплавление металла и лучшее использование тепла дуги.
В самостоятельном разряде, начиная с токов выше нескольких микроампер, наблюдается неравномерное распределение электрического поля в межэлектродном пространстве, состоящем из трех зон:
катодной,
анодной
столба дуги
На электродах часто наблюдаются пятна –
-анодное А
-катодное К.
Катодная зона – начинается с раскаленного элемента к которому подсоеденен отрицательный полюс источника питания, на котором расположено катодное пятно, отсюда вылетает поток свободных электронов. Плотность тока на катодном пятне достигает 60–70 А/мм2, к катоду устремляются потоки положительных ионов, которые его бомбардируют и отдают свою энергию, нагревая до 2500–3000 0 С.
Анодная зона – расположена у торца положительного электрода, на котором выделяется небольшой участок, называемый анодным пятном. К анодному пятну устремляются и отдают свою энергию потоки электронов, накаляя его до 2500–4000 0С.
Столб дуги – расположен между катодной и анодной зонами. Состоит из раскаленных и ионизированных частиц, температура в этой зоне достигает 6000–7000 0С в зависимости от плотности сварочного тока.
Рис. 1.1. Области дугового разряда: 1 – катодная; 2 – анодная; 3 – столб
дуги
Газы и пары при обычных физических условиях являются электрически нейтральными веществами и почти не проводят ток. Электрический ток начинает проходить через газ только при наличии в нем частиц, несущих электрические заряды: электронов, положительных ионов, отрицательных ионов. Такой газ называется ионизированным. Чем больше электронов и ионов движется в газе, тем выше ионизация газа и его электропроводность. Электрически заряженные частицы вещества являются переносчиками электрической энергии в среде ионизированного газа. Ионизируется дуговой промежуток в основном свободными электронами, выбрасываемыми катодом, которые при соударениях с атомами и молекулами газа выбивают из них электроны, превращая частицы в положительные или отрицательные ионы, способные проводить электрический ток.
Схематически процесс ионизации газа электронами показан на рис. 27. Представим, что с поверхности катода начинают вылетать свободные электроны (см. рис. 27). Это явление носит название эмиссии электронов. Под действием электрического поля в катодной области движение сильно ускоряется. При столкновении с нейтральными атомами газа электроны, обладая большой энергией движения, выбивают из оболочки более тяжелого и поэтому менее подвижного атома один или несколько электронов.
Эти электроны уже с меньшей скоростью движутся к положительно заряженному аноду под действием его электрического поля. Атом же с выбитыми из его оболочки электронами, потерявший часть отрицательного электричества, становится положительным ионом, который устремляется к отрицательно заряженному катоду. При ударе о поверхность катода положительный ион выбивает из него электроны: часть из них он захватывает, превращаясь снова в нейтральный атом, а часть электронов через столб дуги устремляется к аноду. Отрицательные ионы образуются из нейтральных атомов при захватывании ими свободных электронов. Так как отрицательные ионы способны образовывать не все химические элементы, то в ионизированных газах отрицательных ионов содержится меньше, чем положительных. Описанный процесс образования электрически заряженных частиц в среде газов и паров называется объемной ионизацией.
Ионизация возникает не только при соударении электронов с молекулами и атомами газа. Ее могут вызывать также энергия светового излучения, особенно ультрафиолетовые лучи (так называемая фотоионизация), или нагревание газов и паров столба дуги до температуры 2000° С, ускоряющее движение частиц и увеличивающее число их соударений (так называемая термическая ионизация).
В дуге также происходит образование и нейтральных атомов из положительных и отрицательных ионов или из положительных ионов и электронов. Это явление носит название рекомбинации.
Степенью ионизации называется отношение количества заряженных частиц в данном объеме газа к общему количеству частиц до ионизации.
Потенциалом ионизации называется количество энергии, которое необходимо затратить для полного удаления одного электрона из оболочки атома данного вещества.
выбрасывание (эмиссия) с поверхности электрода (катода) свободных электронов происходит в результате:
1) автоэлектронной эмиссии, вызываемой действием силового электрического поля, отрывающего электроны от поверхности катода;
2) эмиссии от ударов тяжелых положительных ионов о поверхность катода;
3) термоэлектронной эмиссии, вызываемой высокой температурой нагрева катода, при которой электроны способны отрываться от его поверхности;
4) фотоэлектронной эмиссии, вызываемой действием световых лучей дуги на поверхность катода.
Основными источниками мощного потока электронов, обеспечивающими устойчивое горение дуги, являются автоэлектронная эмиссия и эмиссия от ударов ионов о поверхность катода.
Содержание отчета:
1. Название работы.
2. Цель работы.
3. Описать зоны дуги, процессы протекающие в них.
4. Выводы.
Контрольные вопросы:
1. На какие области делится дуговой разряд?
2. Какие процессы протекают в отдельных участках сварочной дуги?