ĐẾN loại:
Lắp ráp kết cấu kim loại
hồ quang điện và tính chất của nó
Hồ quang điện là sự phóng điện lâu dài xảy ra trong khe hở khí giữa hai dây dẫn - điện cực và kim loại được hàn ở một dòng điện đáng kể. Sự ion hóa của lớp không khí liên tục xảy ra dưới tác động của dòng chuyển động nhanh chóng của các ion dương và âm và điện tử trong hồ quang, tạo ra những điều kiện cần thiếtđể đốt cháy lâu dài hồ quang hàn.
Cơm. 1. Hồ quang điện giữa điện cực kim loại và kim loại được hàn: a - sơ đồ hồ quang, b - đồ thị điện áp hồ quang dài 4 mm; 1 - điện cực, 2 - quầng lửa, 3 - cột hồ quang, 4 - kim loại được hàn, 5 - điểm cực dương, 6 - vũng nóng chảy, 7 - miệng núi lửa, 8 - điểm cực âm; h - độ sâu thâm nhập của hồ quang, A - khoảnh khắc đánh lửa hồ quang, B - khoảnh khắc đốt cháy ổn định
Vòng cung bao gồm một cột, đế của nó nằm trong một vùng trũng (miệng núi lửa) được hình thành trên bề mặt của bể nóng chảy. Vòng cung được bao quanh bởi một quầng lửa được hình thành bởi hơi và khí thoát ra từ cột hồ quang. Cột có hình nón và là phần chính của hồ quang, vì lượng năng lượng chính tập trung vào đó, tương ứng với mật độ dòng điện cao nhất đi qua hồ quang. Phần trên của cột, nằm trên điện cực 1 (cực âm), có đường kính nhỏ và tạo thành điểm cực âm 8. Số lượng điện cực lớn nhất phát ra qua điểm cực âm. Đế của nón cột hồ quang nằm trên kim loại được hàn (cực dương) và tạo thành điểm cực dương. Đường kính điểm anode ở giá trị trung bình dòng hàn đường kính lớn hơn vết cực âm khoảng 1,5…2 lần.
Dòng điện một chiều và xoay chiều được sử dụng để hàn. Khi sử dụng dòng điện một chiều, cực âm của nguồn dòng được nối với điện cực (cực thẳng) hoặc với phôi được hàn “” (cực ngược). Phân cực ngược được sử dụng trong các trường hợp cần thiết để giảm sự tỏa nhiệt trên sản phẩm được hàn: khi hàn kim loại mỏng hoặc nóng chảy thấp, hợp kim, thép không gỉ và thép cacbon cao nhạy cảm với quá nhiệt, cũng như khi sử dụng một số loại điện cực.
Tạo ra lượng nhiệt lớn và có nhiệt độ cao. Đồng thời, hồ quang điện tạo ra nhiệt độ rất tập trung cho kim loại. Do đó, trong quá trình hàn, kim loại vẫn bị nóng lên tương đối nhẹ ngay cả khi ở khoảng cách vài cm so với hồ quang hàn.
Tác động của hồ quang làm nóng chảy kim loại đến một độ sâu h nhất định, gọi là độ sâu xuyên thấu hay độ xuyên thấu.
Hồ quang được kích thích khi điện cực tiếp cận kim loại được hàn và làm đoản mạch mạch hàn. Do điện trở cao tại điểm tiếp xúc của điện cực với kim loại nên đầu điện cực nóng lên nhanh chóng và bắt đầu phát ra dòng electron. Khi nhanh chóng di chuyển đầu điện cực ra xa kim loại một khoảng 2...4 mm thì sẽ xuất hiện hồ quang điện.
Điện áp trong hồ quang, tức là điện áp giữa điện cực và kim loại cơ bản, phụ thuộc chủ yếu vào chiều dài của nó. Ở cùng một dòng điện, điện áp trong hồ quang ngắn thấp hơn trong hồ quang dài. Điều này là do thực tế là với một vòng cung dài, điện trở của khe hở khí của nó lớn hơn. Sự gia tăng sức đề kháng ở mạch điệnở dòng điện không đổi, nó đòi hỏi phải tăng điện áp trong mạch. Điện trở càng cao thì điện áp phải càng cao để đảm bảo cùng một dòng điện đi qua mạch.
Hồ quang giữa điện cực kim loại và kim loại cháy ở điện áp 18 ... 28 V. Để bắt đầu hồ quang, cần có điện áp cao hơn mức cần thiết để duy trì quá trình cháy bình thường. Điều này được giải thích là do tại thời điểm ban đầu khe hở không khí chưa đủ nóng và cần phải cung cấp cho các electron tốc độ cao để tách rời các phân tử và nguyên tử của không khí. Điều này chỉ có thể đạt được với điện áp cao hơn tại thời điểm đánh lửa hồ quang.
Đồ thị thay đổi dòng điện I trong hồ quang trong quá trình đánh lửa và cháy ổn định (Hình 1, b) được gọi là đặc tính tĩnh của hồ quang và tương ứng với quá trình cháy hồ quang ổn định. Điểm A đặc trưng cho thời điểm đánh lửa hồ quang. Điện áp hồ quang V nhanh chóng giảm dọc theo đường AB về giá trị bình thường, tương ứng với hồ quang ổn định tại điểm B. Dòng điện tăng thêm (ở bên phải điểm B) làm tăng nhiệt độ của điện cực và tốc độ nóng chảy của nó, nhưng không ảnh hưởng đến độ ổn định của hồ quang.
Hồ quang ổn định là hồ quang cháy đều, không bị đứt tùy ý cần phải đánh lửa lại. Nếu hồ quang cháy không đều, thường xuyên bị đứt và tắt thì hồ quang như vậy gọi là hồ quang không ổn định. Độ ổn định của hồ quang phụ thuộc vào nhiều lý do, trong đó chủ yếu là loại dòng điện, thành phần lớp phủ điện cực, loại điện cực, cực tính và chiều dài của hồ quang.
Với dòng điện xoay chiều, hồ quang cháy chậm hơn so với dòng điện một chiều. Điều này được giải thích là do tại thời điểm dòng điện n đạt tới 0, độ ion hóa của khe hồ quang giảm và hồ quang có thể tắt. Để tăng độ ổn định của dòng điện xoay chiều, cần phủ lớp phủ lên điện cực kim loại. Các cặp phần tử có trong lớp phủ làm tăng khả năng ion hóa khe hở hồ quang và do đó góp phần đốt cháy hồ quang ổn định ở dòng điện xoay chiều.
Chiều dài hồ quang được xác định bằng khoảng cách giữa đầu điện cực và bề mặt kim loại nóng chảy của sản phẩm hàn. Thông thường, chiều dài hồ quang thông thường không được vượt quá 3...4 mm đối với điện cực thép. Một vòng cung như vậy được gọi là ngắn. Hồ quang ngắn cháy đều và đảm bảo quá trình hàn diễn ra bình thường. Một vòng cung dài hơn 6 mm được gọi là dài. Với nó, quá trình nấu chảy kim loại của điện cực diễn ra không đồng đều. Trong trường hợp này, những giọt kim loại chảy ra từ đầu điện cực có thể bị oxy hóa ở mức độ lớn hơn bởi oxy và được làm giàu bằng nitơ không khí. Kim loại lắng đọng trở nên xốp, đường may có bề mặt không bằng phẳng và hồ quang cháy không ổn định. Với hồ quang dài, năng suất hàn giảm, bắn tung tóe kim loại tăng lên và số chỗ thiếu ngấu hoặc sự kết hợp không hoàn toàn của kim loại lắng đọng với kim loại cơ bản tăng lên.
Việc chuyển kim loại điện cực sang sản phẩm trong quá trình hàn hồ quang bằng điện cực tiêu hao là một quá trình phức tạp. Sau khi đốt cháy hồ quang (vị trí /), một lớp kim loại nóng chảy được hình thành trên bề mặt đầu điện cực, dưới tác dụng của trọng lực và sức căng bề mặt, sẽ tụ lại thành giọt (vị trí //). Các giọt có thể đạt kích thước lớn và đè lên cột hồ quang (vị trí III), tạo ra đoản mạch trong mạch hàn trong thời gian ngắn, sau đó cầu kim loại lỏng bị gãy, hồ quang xuất hiện trở lại và quá trình hình thành giọt được lặp lại.
Kích thước và số lượng giọt đi qua hồ quang trong một đơn vị thời gian phụ thuộc vào độ phân cực và cường độ dòng điện, thành phần hóa học và trạng thái vật lý của kim loại điện cực, thành phần lớp phủ và một số điều kiện khác. Những giọt lớn, đạt 3...4 mm, thường được hình thành khi hàn với điện cực không phủ, những giọt nhỏ (lên đến 0,1 mm) - khi hàn với điện cực được phủ và dòng điện cao. Quá trình giọt mịn đảm bảo quá trình đốt cháy hồ quang ổn định và tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển kim loại điện cực nóng chảy trong hồ quang.
Cơm. 2. Sơ đồ chuyển kim loại từ điện cực sang kim loại được hàn
Cơm. 3. Độ lệch của hồ quang điện bởi từ trường (a-g)
Trọng lực có thể thúc đẩy hoặc cản trở sự di chuyển của các giọt trong hồ quang. Trong quá trình hàn trần và hàn một phần theo chiều dọc, trọng lực của giọt nước sẽ cản trở sự truyền của nó sang sản phẩm. Nhưng nhờ lực căng bề mặt nên vũng kim loại lỏng được giữ không bị chảy ra ngoài khi hàn trên trần nhà và ở các vị trí thẳng đứng.
Dòng điện đi qua các phần tử của mạch hàn, bao gồm cả sản phẩm được hàn, tạo ra một từ trường, cường độ của từ trường này phụ thuộc vào cường độ của dòng hàn. Cột khí của hồ quang điện là một vật dẫn dòng điện linh hoạt nên chịu tác dụng của từ trường sinh ra trong mạch hàn. TRONG điều kiện bình thường Cột khí hồ quang cháy lộ thiên trong khí quyển nằm đối xứng với trục của điện cực. Dưới tác dụng của lực điện từ, hồ quang lệch khỏi trục của điện cực theo hướng ngang hoặc dọc, bề ngoài tương tự như sự dịch chuyển của ngọn lửa dưới dòng không khí mạnh. Hiện tượng này được gọi là vụ nổ từ tính.
Gia nhập Dây hànở gần hồ quang, nó làm giảm đáng kể độ lệch của nó, vì từ trường tròn của dòng điện có tác dụng đồng đều lên cột hồ quang. Việc cung cấp dòng điện cho sản phẩm ở khoảng cách xa Hồ quang sẽ dẫn đến sự lệch của sản phẩm do sự ngưng tụ của các đường dây điện của từ trường tròn từ phía của dây dẫn dòng điện.
Khi nói đến các đặc tính của hồ quang điện, điều đáng nói là nó có điện áp thấp hơn sự phóng điện phát sáng và phụ thuộc vào bức xạ nhiệt của các electron từ các điện cực hỗ trợ hồ quang. Ở các nước nói tiếng Anh, thuật ngữ này được coi là cổ xưa và lỗi thời.
Kỹ thuật triệt tiêu hồ quang có thể được sử dụng để giảm thời gian hoặc khả năng hình thành hồ quang.
Vào cuối những năm 1800, hồ quang điện được sử dụng rộng rãi để chiếu sáng công cộng. Một số hồ quang điện áp lực thấpđược sử dụng trong nhiều ứng dụng. Ví dụ, để chiếu sáng họ sử dụng đèn huỳnh quang, đèn thủy ngân, natri và halogen kim loại. Xenon đèn hồ quang dùng cho máy chiếu phim.
Mở một hồ quang điện
Hiện tượng này được cho là lần đầu tiên được Sir Humphry Davy mô tả trong một bài báo năm 1801 đăng trên Tạp chí Triết học Tự nhiên, Hóa học và Nghệ thuật của William Nicholson. Tuy nhiên, hiện tượng được Davy mô tả không phải là hồ quang điện mà chỉ là một tia lửa điện. Các nhà nghiên cứu sau này đã viết: “Đây rõ ràng là sự mô tả không phải về một vòng cung mà là về một tia lửa. Bản chất của điều đầu tiên là nó phải liên tục và các cực của nó không được chạm vào nhau sau khi nó phát sinh. Tia lửa do Sir Humphry Davy tạo ra rõ ràng là không liên tục, và mặc dù nó vẫn tích điện một thời gian sau khi tiếp xúc với các nguyên tử carbon, nhưng có lẽ không cần có kết nối hồ quang để phân loại nó là điện năng.”
Cùng năm đó, Davy đã công khai chứng minh hiệu ứng này trước Hiệp hội Hoàng gia bằng cách cho một dòng điện chạy qua hai thanh carbon chạm nhau rồi kéo chúng ra xa nhau một khoảng ngắn. Cuộc biểu tình cho thấy một vòng cung "yếu", hầu như không thể phân biệt được với một tia lửa duy trì, giữa các điểm than. Cộng đồng khoa học đã cung cấp cho ông nhiều pin mạnh mẽ gồm 1000 tấm, và vào năm 1808, ông đã chứng minh được sự xuất hiện của hồ quang điện trên quy mô lớn. Ông cũng có công trong việc đặt tên cho nó tiếng anh(hồ quang điện). Ông gọi nó là vòng cung vì nó có hình cánh cung hướng lên khi khoảng cách giữa các điện cực trở nên gần nhau. Điều này là do tính chất dẫn điện của khí nóng.
Hồ quang điện xuất hiện như thế nào? Vòng cung liên tục đầu tiên được quan sát độc lập vào năm 1802 và được mô tả vào năm 1803 như một "chất lỏng đặc biệt có tính chất điện" bởi nhà khoa học người Nga Vasily Petrov, khi thử nghiệm với một cục pin đồng-kẽm gồm 4.200 đĩa.
Học cao hơn
Vào cuối thế kỷ 19, hồ quang điện được sử dụng rộng rãi để chiếu sáng công cộng. Xu hướng hồ quang điện nhấp nháy và phát ra tiếng rít là một vấn đề nghiêm trọng. Năm 1895, Hertha Marx Ayrton viết một loạt bài về điện, giải thích rằng hồ quang điện là kết quả của việc oxy tiếp xúc với các thanh carbon dùng để tạo ra hồ quang.
Năm 1899, bà là người phụ nữ đầu tiên đọc bài báo của chính mình trước Viện Kỹ sư Điện (IEE). Báo cáo của cô có tựa đề "Cơ chế của hồ quang điện". Ngay sau đó, Ayrton được bầu làm thành viên nữ đầu tiên của Viện Kỹ sư Điện. Người phụ nữ tiếp theo được nhận vào học viện vào năm 1958. Ayrton nộp đơn xin đọc một bài báo trước Hiệp hội Hoàng gia, nhưng cô không được phép làm như vậy vì giới tính của mình, và Cơ chế của hồ quang điện đã được John Perry đọc thay cô vào năm 1901.
Sự miêu tả
Hồ quang điện là loại có mật độ dòng điện cao nhất. Lượng dòng điện tối đa mà hồ quang mang theo chỉ bị giới hạn bởi môi trường bên ngoài chứ không phải bởi chính hồ quang.
Một hồ quang giữa hai điện cực có thể được bắt đầu bằng quá trình ion hóa và phóng điện phát sáng khi dòng điện qua các điện cực tăng lên. Điện áp đánh thủng khe hở điện cực là hàm tổng hợp của áp suất, khoảng cách giữa các điện cực và loại khí bao quanh các điện cực. Khi hồ quang bắt đầu, điện áp đầu cuối của nó thấp hơn nhiều so với điện áp phóng điện phát sáng và dòng điện cao hơn. Hồ quang trong chất khí gần áp suất khí quyển được đặc trưng bởi ánh sáng khả kiến, mật độ cao dòng điện và nhiệt độ cao. Nó khác với sự phóng điện phát sáng ở cùng nhiệt độ hiệu dụng của cả electron và ion dương, và trong sự phóng điện phát sáng, các ion có nhiệt độ hiệu dụng thấp hơn nhiều. năng lượng nhiệt hơn các electron.
Khi hàn
Một hồ quang mở rộng có thể được bắt đầu bởi hai điện cực ban đầu tiếp xúc và tách ra trong quá trình thí nghiệm. Hành động này có thể bắt đầu tạo ra hồ quang mà không cần phóng điện phát sáng ở điện áp cao. Đây là cách mà thợ hàn bắt đầu hàn mối nối bằng cách chạm ngay điện cực hàn vào vật thể.
Một ví dụ khác là việc tách các tiếp điểm điện trên công tắc, rơle hoặc cầu dao. Các mạch năng lượng cao có thể yêu cầu triệt tiêu hồ quang để ngăn ngừa hư hỏng tiếp điểm.
Hồ quang điện: đặc điểm
Điện trở dọc theo một vòng cung liên tục tạo ra nhiệt làm ion hóa nhiều phân tử khí hơn (trong đó mức độ ion hóa được xác định bởi nhiệt độ), và theo trình tự này, khí dần dần biến thành plasma nhiệt, ở trạng thái cân bằng nhiệt, do nhiệt độ được phân bố tương đối đồng đều trên toàn bộ không gian. tất cả các nguyên tử, phân tử, ion và electron. Năng lượng do các electron truyền đi bị phân tán nhanh chóng theo các hạt nặng hơn do va chạm đàn hồi do chúng có tính linh động cao và số lượng lớn.
Dòng điện trong hồ quang được duy trì nhờ sự phát xạ nhiệt và trường của các electron ở cực âm. Dòng điện có thể tập trung vào một điểm nóng rất nhỏ trên cực âm - khoảng một triệu ampe trên mỗi cm vuông. Không giống như sự phóng điện phát sáng, hồ quang có cấu trúc tinh tế, vì cột dương khá sáng và kéo dài gần như đến các điện cực ở cả hai đầu. Sự sụt giảm cực âm và cực dương vài volt xảy ra trong phạm vi một phần milimet của mỗi điện cực. Cột dương có gradient điện áp thấp hơn và có thể không có trong các cung rất ngắn.
Hồ quang tần số thấp
Hồ quang AC tần số thấp (dưới 100 Hz) giống hồ quang DC. Ở mỗi chu kỳ, hồ quang được bắt đầu bằng sự đánh thủng và các điện cực chuyển đổi vai trò khi dòng điện thay đổi hướng. Khi tần số của dòng điện tăng lên, không có đủ thời gian để ion hóa ở độ phân kỳ của mỗi nửa chu kỳ và không cần đánh thủng để duy trì hồ quang - đặc tính điện áp và dòng điện trở nên ohmic hơn.
Vị trí giữa các hiện tượng vật lý khác
Hình dạng khác nhau hồ quang điện là đặc tính nổi bật của dòng điện phi tuyến và điện trường. Hồ quang xảy ra trong không gian chứa đầy khí giữa hai điện cực dẫn điện (thường là vonfram hoặc carbon), dẫn đến nhiệt độ rất cao có khả năng làm nóng chảy hoặc làm bay hơi hầu hết các vật liệu. Hồ quang điện là sự phóng điện liên tục, trong khi sự phóng tia lửa điện tương tự là tức thời. Hồ quang điện có thể xảy ra trong mạch điện một chiều hoặc trong mạch điện xoay chiều. Trong trường hợp sau, nó có thể tấn công lại sau mỗi nửa chu kỳ của thế hệ hiện tại. Hồ quang điện khác với phóng điện phát sáng ở chỗ mật độ dòng điện khá cao và điện áp rơi bên trong hồ quang thấp. Ở cực âm, mật độ dòng điện có thể đạt tới một megaampe trên mỗi cm vuông.
Tiềm năng hủy diệt
Hồ quang điện có mối quan hệ phi tuyến giữa dòng điện và điện áp. Khi hồ quang đã được tạo ra (bằng cách phóng điện phát sáng hoặc bằng cách chạm vào các điện cực trong giây lát rồi tách chúng ra), dòng điện tăng sẽ dẫn đến điện áp thấp hơn giữa các đầu hồ quang. Hiệu ứng điện trở âm này đòi hỏi phải đặt một số dạng trở kháng dương (như chấn lưu điện) vào mạch để duy trì hồ quang ổn định. Đặc tính này là nguyên nhân khiến hồ quang điện không được kiểm soát trong thiết bị có sức tàn phá lớn như vậy, vì sau khi xuất hiện hồ quang sẽ tiêu thụ ngày càng nhiều dòng điện từ nguồn. điện áp DC cho đến khi thiết bị bị phá hủy.
Công dụng thực tế
TRONG quy mô công nghiệp hồ quang điện được sử dụng để hàn, cắt bằng tia plasma, Gia công cơ khí bằng phóng điện, dùng làm đèn hồ quang trong máy chiếu phim và trong chiếu sáng. Lò hồ quang điện được sử dụng để sản xuất thép và các chất khác. Canxi cacbua thu được theo cách này vì cần một lượng lớn năng lượng để đạt được phản ứng thu nhiệt (ở nhiệt độ 2500 ° C).
Đèn hồ quang carbon là đèn điện đầu tiên. Chúng được sử dụng làm đèn đường vào thế kỷ 19 và cho các thiết bị chuyên dụng như đèn pha cho đến Thế chiến thứ hai. Ngày nay, hồ quang điện áp suất thấp được sử dụng ở nhiều nơi. Ví dụ, đèn huỳnh quang, đèn hơi thủy ngân, đèn hơi natri và đèn halogen kim loại được sử dụng để chiếu sáng, trong khi đèn hồ quang xenon được sử dụng cho máy chiếu phim.
Sự hình thành hồ quang điện cường độ cao, tương tự như tia chớp hồ quang quy mô nhỏ, là cơ sở của ngòi nổ. Khi các nhà khoa học biết được hồ quang điện là gì và cách sử dụng nó, thì sự đa dạng của vũ khí trên thế giới đã được bổ sung chất nổ hiệu quả.
Ứng dụng chính còn lại là điện áp cao Thiết bị đóng cắt cho các mạng truyền tải. Thiết bị hiện đại Lưu huỳnh hexafluoride dưới áp suất cao cũng được sử dụng.
Phần kết luận
Bất chấp tần suất cháy hồ quang điện, nó được coi là một hiện tượng vật lý rất hữu ích, vẫn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, sản xuất và chế tạo các đồ vật trang trí. Cô có gu thẩm mỹ riêng và hình tượng của cô thường xuất hiện trong các bộ phim khoa học viễn tưởng. Chấn thương hồ quang volta không gây tử vong.
hồ quang điện (hồ quang điện, phóng hồ quang) - một hiện tượng vật lý, một trong những loại phóng điện trong chất khí.
Cấu trúc vòng cung
Hồ quang điện bao gồm các vùng cực âm và cực dương, cột hồ quang và các vùng chuyển tiếp. Độ dày của vùng cực dương là 0,001 mm, vùng cực âm khoảng 0,0001 mm.
Nhiệt độ ở vùng anốt khi hàn bằng điện cực tiêu hao là khoảng 2500 ... 4000 ° C, nhiệt độ ở cột hồ quang từ 7.000 đến 18.000 ° C, ở vùng catốt - 9.000 - 12.000 ° C.
Cột hồ quang trung hòa về điện. Trong bất kỳ phần nào của nó đều có cùng số lượng hạt tích điện trái dấu. Điện áp rơi trong cột hồ quang tỷ lệ thuận với chiều dài của nó.
Hồ quang hàn được phân loại theo:
- Vật liệu điện cực - có điện cực tiêu hao và không tiêu hao;
- Mức độ nén cột - hồ quang tự do và hồ quang nén;
- Theo dòng điện sử dụng - hồ quang DC và hồ quang AC;
- Theo cực tính của dòng điện trực tiếp - cực tính trực tiếp ("-" trên điện cực, "+" - trên sản phẩm) và cực tính ngược;
- Khi sử dụng dòng điện xoay chiều - hồ quang một pha và ba pha.
Tự điều chỉnh hồ quang trong quá trình hàn điện
Khi xảy ra bù trừ bên ngoài - thay đổi điện áp mạng, tốc độ nạp dây, v.v. - xảy ra sự xáo trộn ở trạng thái cân bằng đã thiết lập giữa tốc độ nạp và tốc độ nóng chảy. Khi chiều dài hồ quang trong mạch tăng lên, dòng điện hàn và tốc độ nóng chảy của dây điện cực giảm, đồng thời tốc độ cấp liệu không đổi sẽ lớn hơn tốc độ nóng chảy, dẫn đến sự phục hồi chiều dài hồ quang. Khi chiều dài hồ quang giảm, tốc độ nóng chảy dây sẽ lớn hơn tốc độ cấp liệu, điều này dẫn đến việc phục hồi chiều dài hồ quang bình thường.
Hiệu suất của quá trình tự điều chỉnh hồ quang bị ảnh hưởng đáng kể bởi hình dạng đặc tính dòng điện-điện áp của nguồn điện. Tốc độ dao động chiều dài hồ quang cao được xử lý tự động với các đặc tính I-V cứng nhắc của mạch.
Chống lại hồ quang điện
Ở một số thiết bị, hiện tượng hồ quang điện có hại. Đây chủ yếu là các thiết bị chuyển mạch tiếp xúc được sử dụng trong nguồn điện và truyền động điện: công tắc cao áp, cầu dao, công tắc tơ, chất cách điện cắt trên mạng tiếp xúc của điện khí hóa. đường sắt và giao thông điện đô thị. Khi các thiết bị trên ngắt kết nối tải, một hồ quang sẽ xuất hiện giữa các tiếp điểm mở.
Cơ chế xuất hiện hồ quang trong trong trường hợp này Kế tiếp:
- Giảm áp lực tiếp xúc - số lượng điểm tiếp xúc giảm, điện trở trong bộ phận tiếp xúc tăng lên;
- Sự bắt đầu của sự phân kỳ tiếp xúc - sự hình thành các “cầu nối” từ kim loại nóng chảy của các tiếp điểm (tại các điểm tiếp xúc cuối cùng);
- Vỡ và bốc hơi các “cầu nối” từ kim loại nóng chảy;
- Sự hình thành hồ quang điện trong hơi kim loại (góp phần làm ion hóa khe hở tiếp xúc nhiều hơn và khó dập tắt hồ quang);
- Đốt hồ quang ổn định với khả năng đốt cháy nhanh các tiếp điểm.
Để giảm thiểu hư hỏng các tiếp điểm, cần dập tắt hồ quang trong thời gian tối thiểu, cố gắng hết sức để hồ quang không còn đọng lại một chỗ (khi hồ quang di chuyển, nhiệt tỏa ra trong đó sẽ được phân bố đều trên thân tiếp điểm). ).
Để đáp ứng các yêu cầu trên, người ta sử dụng các phương pháp điều khiển hồ quang sau:
- làm mát hồ quang bằng dòng môi chất làm mát - chất lỏng (công tắc dầu); khí - (bộ ngắt mạch không khí, bộ ngắt mạch khí tự động, bộ ngắt mạch dầu, bộ ngắt mạch khí SF6) và dòng chất làm mát có thể đi dọc theo trục hồ quang (dập tắt theo chiều dọc) và xuyên qua (dập tắt ngang); đôi khi sử dụng giảm xóc dọc-ngang;
- sử dụng khả năng dập hồ quang của chân không - người ta biết rằng khi áp suất của khí xung quanh các tiếp điểm chuyển mạch giảm xuống một giá trị nhất định, bộ ngắt mạch chân không sẽ dẫn đến việc dập tắt hồ quang hiệu quả (do không có chất mang cho sự hình thành vòng cung).
- sử dụng nhiều vật liệu tiếp xúc chống hồ quang hơn;
- sử dụng vật liệu tiếp xúc có khả năng ion hóa cao hơn;
- sử dụng lưới dập hồ quang (cầu dao, công tắc điện từ). Nguyên lý sử dụng cách tử dập hồ quang dựa trên việc sử dụng tác dụng của sự sụt giảm điện áp gần cực âm trong hồ quang (hầu hết điện áp rơi trong hồ quang là điện áp rơi ở cực âm; cách tử dập hồ quang thực chất là một dãy các tiếp điểm nối tiếp cho vòng cung ở đó).
- cách sử dụng
1. Điều kiện để xuất hiện và đốt cháy hồ quang
Việc mở mạch điện khi có dòng điện chạy qua kèm theo hiện tượng phóng điện giữa các tiếp điểm. Nếu trong mạch bị ngắt, dòng điện và điện áp giữa các tiếp điểm lớn hơn mức tới hạn đối với các điều kiện đã cho thì vòng cung, thời gian cháy phụ thuộc vào các thông số của mạch điện và điều kiện khử ion của khe hở hồ quang. Có thể hình thành hồ quang khi mở các tiếp điểm đồng ở dòng điện 0,4-0,5 A và điện áp 15 V.
Cơm. 1. Vị trí điện áp U(a) và điện áp trong hồ quang một chiều đứng yênE(b).
Trong hồ quang, có sự phân biệt giữa không gian gần cực âm, trục hồ quang và không gian gần cực dương (Hình 1). Tất cả căng thẳng được phân bổ giữa các khu vực này bạnĐẾN, bạn sd, bạn MỘT. Sự sụt giảm điện áp ở cực âm trong hồ quang một chiều là 10-20 V và chiều dài của đoạn này là 10-4-10-5 cm, do đó, cường độ điện trường cao được quan sát gần cực âm (105-106 V/cm) . Ở điện áp cao như vậy, quá trình ion hóa do va chạm xảy ra. Bản chất của nó nằm ở chỗ các electron bị xé ra khỏi cực âm bởi lực điện trường (phát xạ trường) hoặc do sự đốt nóng của cực âm (phát nhiệt) được gia tốc thành điện trường và khi chúng chạm vào một nguyên tử trung hòa, chúng truyền cho nó động năng. Nếu năng lượng này đủ để loại bỏ một electron khỏi vỏ nguyên tử trung tính thì quá trình ion hóa sẽ xảy ra. Các electron và ion tự do thu được tạo thành plasma của thùng hồ quang.
Cơm. 2. .
Độ dẫn của plasma gần bằng độ dẫn của kim loại [ Tại= 2500 1/(Ohm×cm)]/ Một dòng điện lớn chạy qua thùng hồ quang và tạo ra nhiệt độ cao. Mật độ dòng điện có thể đạt tới 10.000 A/cm2 trở lên và nhiệt độ có thể dao động từ 6.000 K ở áp suất khí quyển đến 18.000 K trở lên ở áp suất cao.
Nhiệt độ cao trong thùng hồ quang dẫn đến sự ion hóa nhiệt mạnh, duy trì độ dẫn điện plasma cao.
Ion hóa nhiệt là quá trình hình thành các ion do sự va chạm của các phân tử, nguyên tử có động năng cao ở tốc độ cao chuyển động của họ.
Dòng điện trong hồ quang càng lớn thì điện trở của nó càng thấp và do đó cần ít điện áp hơn để đốt cháy hồ quang, tức là khó dập tắt hồ quang bằng dòng điện cao.
Với điện áp nguồn AC bạn cd thay đổi hình sin thì dòng điện trong mạch cũng thay đổi Tôi(Hình 2), và dòng điện chậm hơn điện áp khoảng 90°. Điện áp hồ quang bạn d, cháy giữa các tiếp điểm của công tắc, không liên tục. Ở dòng điện thấp, điện áp tăng đến giá trị bạn h (điện áp đánh lửa), khi đó khi dòng điện trong hồ quang tăng và sự ion hóa nhiệt tăng thì điện áp giảm xuống. Vào cuối nửa chu kỳ, khi dòng điện tiến tới 0 thì hồ quang sẽ tắt ở điện áp dập tắt. bạn d. Trong nửa chu kỳ tiếp theo, hiện tượng này lặp lại nếu không thực hiện các biện pháp khử ion.
Nếu hồ quang bị dập tắt bằng cách này hay cách khác, thì điện áp giữa các tiếp điểm của công tắc phải được khôi phục về điện áp nguồn - bạn vz (Hình 2, điểm A). Tuy nhiên, do mạch chứa điện trở cảm ứng, điện trở hoạt động và điện dung, nên xảy ra một quá trình nhất thời, xuất hiện dao động điện áp (Hình 2), biên độ của nó bạn in,max có thể vượt quá đáng kể điện áp bình thường. Đối với thiết bị chuyển mạch, điều quan trọng là điện áp ở đoạn AB được phục hồi nhanh như thế nào. Tóm lại, sự phóng điện hồ quang được bắt đầu bằng quá trình ion hóa va chạm và phát xạ điện tử từ cực âm, và sau khi đánh lửa, hồ quang được duy trì bằng quá trình ion hóa nhiệt trong thùng hồ quang.
Trong các thiết bị chuyển mạch, không chỉ cần mở các tiếp điểm mà còn phải dập tắt hồ quang phát sinh giữa chúng.
Trong các mạch điện xoay chiều, dòng điện trong hồ quang cứ sau nửa chu kỳ lại đi qua 0 (Hình 2), tại những thời điểm này hồ quang sẽ tắt một cách tự nhiên, nhưng trong nửa chu kỳ tiếp theo, nó có thể xuất hiện trở lại. Như biểu đồ dao động cho thấy, dòng điện trong hồ quang trở nên gần bằng 0 sớm hơn một chút so với quá trình chuyển đổi tự nhiên về 0 (Hình 3, MỘT). Điều này được giải thích là do khi dòng điện giảm, năng lượng cung cấp cho hồ quang giảm, do đó nhiệt độ hồ quang giảm và quá trình ion hóa nhiệt dừng lại. Khoảng thời gian chết t n rất nhỏ (từ hàng chục đến vài trăm micro giây) nhưng lại đóng vai trò quan trọng trong việc dập tắt hồ quang. Nếu bạn mở các tiếp điểm trong thời gian chết và di chuyển chúng ra xa nhau với tốc độ vừa đủ đến một khoảng cách mà không xảy ra sự cố điện thì mạch sẽ bị tắt rất nhanh.
Trong thời gian tạm dừng, cường độ ion hóa giảm đáng kể do quá trình ion hóa nhiệt không xảy ra. Ngoài ra, trong các thiết bị chuyển mạch, các biện pháp nhân tạo được thực hiện để làm mát không gian hồ quang và giảm số lượng hạt tích điện. Các quá trình khử ion này làm tăng dần cường độ điện của khe hở bạn pr (Hình 3, b).
Cường độ điện của khe hở tăng mạnh sau khi dòng điện đi qua điểm 0 xảy ra chủ yếu do cường độ của không gian gần cực âm tăng lên (trong mạch điện xoay chiều 150-250V). Đồng thời, điện áp phục hồi tăng bạn V. Nếu bất cứ lúc nào bạn pr > bạn khe hở sẽ không bị xuyên thủng, hồ quang sẽ không sáng trở lại sau khi dòng điện đi qua điểm 0. Nếu vào một thời điểm nào đó bạn pr = bạn c, khi đó hồ quang lại bốc cháy trong khe hở.
Cơm. 3. :
MỘT- dập tắt hồ quang khi dòng điện tự nhiên đi qua điểm 0; b- tăng cường độ điện của khe hở hồ quang khi dòng điện đi qua điểm 0
Vì vậy, nhiệm vụ dập tắt hồ quang là tạo ra các điều kiện sao cho cường độ điện của khe hở giữa các tiếp điểm bạn giữa họ còn căng thẳng hơn bạn V.
Quá trình tăng điện áp giữa các tiếp điểm của thiết bị ngắt mạch có thể có tính chất khác nhau tùy thuộc vào các thông số của mạch chuyển mạch. Nếu mạch điện có điện trở chủ yếu bị tắt thì điện áp sẽ được phục hồi theo quy luật không tuần hoàn; nếu điện kháng cảm ứng chiếm ưu thế trong mạch thì xảy ra dao động, tần số dao động phụ thuộc vào tỷ số giữa điện dung và độ tự cảm của mạch. Quá trình dao động dẫn đến tốc độ phục hồi điện áp đáng kể và tốc độ bạn V/ dt, thì càng có nhiều khả năng khe hở sẽ bị phá vỡ và hồ quang sẽ bùng cháy trở lại. Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang, các điện trở tác dụng được đưa vào mạch dòng điện cách ly, khi đó bản chất của việc phục hồi điện áp sẽ là không tuần hoàn (Hình 3, b).
3. Phương pháp dập tắt hồ quang trong thiết bị chuyển mạch lên đến 1000TRONG
Trong các thiết bị chuyển mạch có điện áp lên đến 1 kV, các phương pháp dập hồ quang sau đây được sử dụng rộng rãi:
Kéo dài vòng cung với sự phân kỳ nhanh chóng của các tiếp điểm.
Hồ quang càng dài thì điện áp cần thiết cho sự tồn tại của nó càng lớn. Nếu điện áp nguồn điện thấp hơn, hồ quang sẽ tắt.
Chia một cung dài thành nhiều cung ngắn (Hình 4, MỘT).
Như thể hiện trong hình. 1, điện áp hồ quang là tổng điện áp catốt bạn k và cực dương bạn và sụt áp và điện áp trục hồ quang bạn sd:
bạn d= bạn k+ bạn một+ bạn sd= bạn e+ bạn sd.
Nếu hồ quang dài xảy ra khi các tiếp điểm mở bị kéo vào lưới dập hồ quang làm bằng các tấm kim loại thì nó sẽ tách thành N các cung ngắn. Mỗi hồ quang ngắn sẽ có điện áp ở cực âm và cực dương giảm bạnđ. Vòng cung sẽ tắt nếu:
bạn N bạnừ,
Ở đâu bạn- điện áp; bạn e - tổng điện áp giảm ở cực âm và cực dương (20-25 V trong hồ quang DC).
Cung AC cũng có thể được chia thành N các cung ngắn. Tại thời điểm dòng điện đi qua điểm 0, không gian gần cực âm ngay lập tức thu được cường độ điện 150-250 V.
Vòng cung sẽ tắt nếu
Sự dập tắt hồ quang trong các khe hẹp.
Nếu hồ quang cháy trong một khe hẹp được tạo thành bởi vật liệu chống hồ quang thì do tiếp xúc với bề mặt lạnh, các hạt tích điện sẽ nguội đi và khuếch tán mạnh. môi trường. Điều này dẫn đến sự khử ion và dập tắt hồ quang nhanh chóng.
Cơm. 4.
MỘT– chia cung dài thành cung ngắn; b- kéo hồ quang vào một khe hẹp trong buồng dập hồ quang; V.- vòng quay của hồ quang trong từ trường; G– dập hồ quang trong dầu: 1 – tiếp điểm cố định; 2 – thân hình vòng cung; 3 – vỏ hydro; 4 – vùng khí; 5 – vùng hơi dầu; 6 – tiếp điểm di chuyển
Chuyển động của hồ quang trong từ trường.
Có thể coi hồ quang điện là vật dẫn mang dòng điện. Nếu hồ quang nằm trong từ trường thì nó chịu tác dụng của một lực xác định theo quy tắc bàn tay trái. Nếu tạo ra một từ trường vuông góc với trục của hồ quang thì nó sẽ nhận chuyển động tịnh tiến và bị hút vào trong khe của buồng dập hồ quang (Hình 4, b).
Trong từ trường hướng tâm, hồ quang sẽ nhận được chuyển động quay(Hình 4, V.). Một từ trường có thể được tạo ra nam châm vĩnh cửu, cuộn dây đặc biệt hoặc mạch điện của chính các bộ phận mang điện. Vòng quay và chuyển động nhanh chóng của hồ quang góp phần làm mát và khử ion.
Hai phương pháp dập hồ quang cuối cùng (trong khe hẹp và trong từ trường) cũng được sử dụng trong các thiết bị ngắt kết nối có điện áp trên 1 kV.
4. Các phương pháp dập tắt hồ quang chính trong các thiết bị trên 1kV.
Trong các thiết bị chuyển mạch trên 1 kV, sử dụng phương pháp 2 và 3 được mô tả trong đoạn văn. 1.3. và các phương pháp dập tắt hồ quang sau đây cũng được sử dụng rộng rãi:
1. Sự tuyệt chủng hồ quang trong dầu .
Nếu các tiếp điểm của thiết bị ngắt kết nối được đặt trong dầu, thì hồ quang xảy ra trong quá trình mở sẽ dẫn đến sự hình thành khí mạnh và bay hơi dầu (Hình 4, G). Xung quanh hồ quang hình thành bọt khí, bao gồm chủ yếu là hydro (70-80%); sự phân hủy nhanh chóng của dầu dẫn đến sự gia tăng áp suất trong bong bóng, góp phần làm mát và khử ion tốt hơn. Hydro có đặc tính làm nguội hồ quang cao. Tiếp xúc trực tiếp với trục hồ quang, nó góp phần khử ion. Bên trong bong bóng khí có sự chuyển động liên tục của hơi khí và dầu. Làm nguội hồ quang trong dầu được sử dụng rộng rãi trong các máy cắt.
2. Khí-khí thổi .
Việc làm mát hồ quang được cải thiện nếu tạo ra chuyển động có hướng của khí - nổ mìn. Thổi dọc hoặc ngang hồ quang (Hình 5) thúc đẩy sự xâm nhập của các hạt khí vào thùng của nó, khuếch tán mạnh và làm mát hồ quang. Khí được tạo ra trong quá trình phân hủy dầu bằng hồ quang (công tắc dầu) hoặc vật liệu tạo khí rắn (vụ nổ khí tự động). Sẽ hiệu quả hơn khi thổi bằng không khí lạnh, không bị ion hóa đến từ các bình khí nén đặc biệt (công tắc khí).
3. Ngắt mạch nhiều dòng .
Việc tắt dòng điện lớn ở điện áp cao là khó khăn. Điều này được giải thích là do khi giá trị lớn Với năng lượng bổ sung và điện áp phục hồi, quá trình khử ion của khe hồ quang trở nên phức tạp hơn. Do đó, trong các máy cắt điện áp cao, nhiều bộ ngắt hồ quang được sử dụng trong mỗi pha (Hình 6). Những công tắc như vậy có một số thiết bị chữa cháy được thiết kế cho một phần giá trị danh định. 
sợi. Số lần ngắt trên mỗi pha phụ thuộc vào loại công tắc và điện áp của nó. Ở máy cắt 500-750 kV có thể có 12 lần ngắt hoặc nhiều hơn. Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang, điện áp phục hồi phải được phân bổ đều giữa các lần ngắt. Trong bộ lễ phục. Hình 6 thể hiện sơ đồ một công tắc dầu có hai ngắt mỗi pha.
Khi ngắt mạch một pha, điện áp phục hồi sẽ được phân bổ giữa các lần cắt như sau:
bạn 1/bạn 2 = (C 1+C 2)/C 1
Ở đâu bạn 1 ,bạn 2 - ứng suất tác dụng lên vết đứt thứ nhất và thứ hai; VỚI 1 – điện dung giữa các tiếp điểm của các khe hở này; C 2 – công suất của hệ thống tiếp xúc so với mặt đất.
Cơm. 6. Phân bố điện áp trên các điểm ngắt trong thiết bị đóng cắt: a – phân bố điện áp trên các điểm đứt trong thiết bị đóng cắt dầu; b - bộ chia điện áp kiểu điện dung; c - bộ chia điện áp hoạt động.
Bởi vì VỚI 2 là nhiều hơn nữa C 1 thì điện áp bạn 1 > bạn 2 và do đó, các thiết bị chữa cháy sẽ hoạt động trong các điều kiện khác nhau. Để cân bằng điện áp, các điện dung hoặc điện trở tác dụng được mắc song song với các tiếp điểm chính của cầu dao (MC) (Hình 16, b, V.). Các giá trị điện dung và điện trở shunt tác dụng được lựa chọn sao cho điện áp tại các điểm đứt được phân bố đều. Trong các thiết bị chuyển mạch có điện trở shunt, sau khi dập tắt hồ quang giữa các mạch chính, dòng điện đi kèm, bị giới hạn về giá trị bởi các điện trở, sẽ bị ngắt bởi các tiếp điểm phụ (AC).
Điện trở shunt làm giảm tốc độ tăng của điện áp phục hồi, giúp dập tắt hồ quang dễ dàng hơn.
4. Sự tuyệt chủng hồ quang trong chân không .
Khí có độ hiếm cao (10-6-10-8 N/cm2) có cường độ điện lớn gấp hàng chục lần khí ở áp suất khí quyển. Nếu các tiếp điểm mở trong chân không, thì ngay sau khi dòng điện đầu tiên trong hồ quang đi qua điểm 0, cường độ khe hở được phục hồi và hồ quang không sáng nữa.
5. Sự dập tắt hồ quang trong chất khí áp suất cao .
Không khí ở áp suất từ 2 MPa trở lên có độ bền điện cao. Điều này cho phép tạo ra các thiết bị khá nhỏ gọn để dập tắt hồ quang trong môi trường khí nén. Việc sử dụng các loại khí có độ bền cao, chẳng hạn như sulfur hexafluoride SF6 (khí SF6), thậm chí còn hiệu quả hơn. Khí SF6 không chỉ có cường độ điện lớn hơn không khí và hydro mà còn có đặc tính dập hồ quang tốt hơn ngay cả ở áp suất khí quyển.
Nguyên lý hàn hồ quang điện dựa trên việc sử dụng nhiệt độ phóng điện xảy ra giữa điện cực hàn và phôi kim loại.
Sự phóng điện hồ quang được hình thành do sự cố điện của khe hở không khí. Khi hiện tượng này xảy ra, các phân tử khí bị ion hóa, nhiệt độ và độ dẫn điện của nó tăng lên và chuyển sang trạng thái plasma.
Sự cháy của hồ quang hàn đi kèm với sự giải phóng số lượng lớnánh sáng và đặc biệt là năng lượng nhiệt, do đó nhiệt độ tăng mạnh và xảy ra hiện tượng nóng chảy cục bộ của kim loại phôi. Đây là hàn.
Trong quá trình vận hành, để bắt đầu phóng hồ quang, phôi được chạm nhanh vào điện cực, nghĩa là tạo ra ngắn mạch tiếp theo là phá vỡ phần tiếp xúc kim loại và thiết lập khe hở không khí cần thiết. Bằng cách này, chiều dài hồ quang hàn tối ưu được chọn.
Với thời gian phóng điện rất ngắn, điện cực có thể dính vào phôi, hiện tượng nóng chảy xảy ra quá mạnh, có thể dẫn đến hình thành độ võng. Vòng cung dài được đặc trưng bởi quá trình đốt cháy không ổn định và nhiệt độ không đủ cao trong vùng hàn.
Sự không ổn định và sự uốn cong có thể nhìn thấy của hình dạng hồ quang hàn thường có thể được quan sát thấy trong quá trình vận hành các thiết bị hàn công nghiệp có các bộ phận khá lớn. Hiện tượng này được gọi là thổi từ.
Bản chất của nó nằm ở chỗ dòng hồ quang hàn tạo ra một từ trường nhất định tương tác với từ trường, được tạo ra bởi dòng điện chạy qua một phôi lớn.
Nghĩa là sự lệch của hồ quang là do lực từ gây ra. Quá trình này được gọi là thổi vì hồ quang bị lệch, như thể dưới tác động của gió.
Không có cách nào triệt để để chống lại hiện tượng này. Để giảm ảnh hưởng của vụ nổ từ, người ta sử dụng phương pháp hàn có hồ quang ngắn và điện cực cũng được đặt ở một góc nhất định.
Môi trường đốt
Có một số công nghệ hàn khác nhau sử dụng phóng điện hồ quang, khác nhau về tính chất và thông số. Hồ quang hàn điện có các loại sau:
- mở. Sự phóng điện xảy ra trực tiếp trong khí quyển;
- đóng cửa. Nhiệt độ cao sinh ra trong quá trình đốt cháy gây ra sự giải phóng nhiều khí từ dòng cháy. Chất trợ dung có trong lớp phủ của điện cực hàn;
- trong môi trường khí bảo vệ. Trong tùy chọn này, khí được cung cấp cho vùng hàn, thường là helium, argon hoặc carbon dioxide.
Bảo vệ vùng hàn là cần thiết để ngăn chặn quá trình oxy hóa tích cực của kim loại nóng chảy dưới tác động của oxy trong khí quyển.
Lớp oxit ngăn chặn sự hình thành liên tục mối hàn, kim loại tại mối nối trở nên xốp dẫn đến độ bền và độ kín của mối nối giảm.
Ở một mức độ nào đó, bản thân hồ quang có khả năng tạo ra vi khí hậu trong vùng cháy do hình thành một khu vực huyết áp cao, cản trở luồng không khí trong khí quyển.
Việc sử dụng chất trợ dung cho phép ép không khí tích cực hơn từ vùng hàn. Việc sử dụng khí bảo vệ được cung cấp dưới áp suất gần như giải quyết được hoàn toàn vấn đề này.
Thời gian xả
Ngoài các tiêu chí bảo vệ, việc phóng điện hồ quang còn được phân loại theo thời gian. Có những quá trình trong đó quá trình đốt hồ quang xảy ra ở chế độ xung.
Trong các thiết bị như vậy, quá trình hàn được thực hiện theo từng đợt ngắn. Trong thời gian bùng phát, nhiệt độ có thể tăng lên đến mức đủ để làm tan chảy cục bộ vùng nhỏ, trong đó một kết nối điểm được hình thành.
Hầu hết các công nghệ hàn được sử dụng đều sử dụng thời gian đốt hồ quang tương đối dài. Trong quá trình hàn, điện cực liên tục di chuyển dọc theo các cạnh được nối.
Vùng đất nhiệt độ tăng cao, tạo ra, di chuyển theo điện cực. Sau khi di chuyển Hàn điện Do đó, sự phóng điện hồ quang, nhiệt độ của vùng đi qua giảm, xảy ra sự kết tinh của vũng hàn và hình thành mối hàn chắc chắn.
Cấu trúc phóng hồ quang
Khu vực phóng điện hồ quang thường được chia thành ba phần. Các khu vực liền kề với các cực (cực dương và cực âm) lần lượt được gọi là cực dương và cực âm.
Phần trung tâm của sự phóng điện hồ quang, nằm giữa vùng cực dương và cực âm, được gọi là cột hồ quang. Nhiệt độ trong vùng hồ quang hàn có thể lên tới vài nghìn độ (lên tới 7000°C).
Mặc dù nhiệt không được truyền hoàn toàn vào kim loại nhưng nó cũng đủ để làm nóng chảy kim loại. Do đó, điểm nóng chảy của thép để so sánh là 1300-1500 ° C.
Để đảm bảo quá trình đốt cháy ổn định của quá trình phóng điện hồ quang cần phải điều kiện sau: sự hiện diện của dòng điện cỡ 10 Ampe (đây là giá trị tối thiểu, giá trị tối đa có thể đạt tới 1000 Ampe), trong khi duy trì điện áp hồ quang từ 15 đến 40 Volts.
Sự sụt giảm điện áp này xảy ra khi phóng điện hồ quang. Sự phân bố điện áp trên các vùng hồ quang không đồng đều. Hầu hết sự sụt giảm điện áp áp dụng xảy ra ở vùng anốt và catốt.
Người ta đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng ở mức , điện áp rơi lớn nhất được quan sát thấy ở vùng cực âm. Độ dốc nhiệt độ cao nhất được quan sát thấy ở phần này của hồ quang.
Do đó, khi chọn cực của quá trình hàn, cực âm được kết nối với điện cực khi chúng muốn đạt được độ nóng chảy lớn nhất, làm tăng nhiệt độ của nó. Ngược lại, để phôi thâm nhập sâu hơn, người ta gắn cực âm vào phôi. Phần nhỏ nhất của điện áp giảm trong cột hồ quang.
Khi hàn bằng điện cực không tiêu hao, độ sụt điện áp ở cực âm nhỏ hơn cực dương, nghĩa là vùng nhiệt độ cao được dịch chuyển về phía cực dương.
Do đó, với công nghệ này, phôi được kết nối với cực dương, đảm bảo gia nhiệt tốt và bảo vệ điện cực không tiêu hao khỏi nhiệt độ quá cao.
Vùng nhiệt độ
Cần lưu ý rằng với bất kỳ loại hàn nào, cả với điện cực tiêu hao và không tiêu hao, cột hồ quang (trung tâm của nó) có nhiều nhiệt độ cao- khoảng 5000-7000°C, và đôi khi cao hơn.
Vùng có nhiệt độ thấp nhất nằm ở một trong khu vực hoạt động, catôt hoặc anod. Ở những vùng này, 60-70% nhiệt hồ quang có thể được giải phóng.
Ngoài việc làm tăng mạnh nhiệt độ của phôi và điện cực hàn, sự phóng điện còn phát ra sóng hồng ngoại và tia cực tím có thể gây hại cho cơ thể thợ hàn. Điều này đòi hỏi phải sử dụng các biện pháp bảo vệ.
Đối với hàn AC, khái niệm phân cực không tồn tại ở đó, vì vị trí của cực dương và cực âm thay đổi ở tần số công nghiệp là 50 rung động mỗi giây.
Hồ quang trong quá trình này kém ổn định hơn so với dòng điện một chiều, nhiệt độ của nó dao động. Ưu điểm của quy trình hàn sử dụng dòng điện xoay chiều bao gồm thiết bị đơn giản hơn và rẻ hơn, thậm chí gần như hoàn toàn không có hiện tượng nổ từ tính đã đề cập ở trên.
Đặc tính volt-ampe
Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của điện áp nguồn điện vào dòng điện hàn, gọi là đặc tính dòng điện-điện áp của quá trình hàn.
Các đường cong màu đỏ thể hiện sự thay đổi điện áp giữa điện cực và phôi trong các pha kích thích của hồ quang hàn và quá trình đốt cháy ổn định của nó. Điểm bắt đầu của đường cong tương ứng với điện áp di chuyển nhàn rỗi Nguồn cấp.
Tại thời điểm thợ hàn bắt đầu phóng hồ quang, điện áp giảm mạnh cho đến thời điểm các thông số hồ quang ổn định và giá trị dòng điện hàn được xác lập, tùy thuộc vào đường kính điện cực sử dụng, công suất nguồn điện và bộ điều chỉnh. chiều dài cung.
Khi bắt đầu giai đoạn này, điện áp và nhiệt độ hồ quang ổn định và toàn bộ quá trình trở nên ổn định.