Чому при дуговому зварюванні плавиться лише наконечник електрода?


16

Я бачив на youtube деяких людей, які виконували дугове зварювання "витратними електродами". З першого погляду я побачив, що струм протікає через весь електрод і заготовку, і моє запитання випливає з цього факту.

Я думаю, що заготовка не плавиться, тому що вона зазвичай набагато більша, ніж електрод, тому вона може розсіювати тепло набагато швидше. Однак електрод тонший, і я не розумію, чому весь електрод не плавиться, якщо струм, який протікає через нього, достатньо високий, щоб розплавити кінчик електрода.

Я подумав про це, і я здогадуюсь, що це має щось спільне з тим, що контактний опір на кінчику електрода відрізняється від матеріалу електрода. Причина полягає в тому, що потужність, яка якимось чином пропорційна виробленому тепла, повинна бути але я не думаю, що різниця між двома резисторами досить велика, щоб пояснити це явище, тому мені було цікаво, яку частину Я пропускаю!

P=I2R

Якщо покласти 10 Ампер через 2 резистори, а один - 0,01, а інший - 1 Ом, яка різниця у потужності? 1 Вт проти 100 Вт? Відповідь полягає в опорі дуги газового інтерфейсу.
Тоні Стюарт Сунніскігуй EE75

5
Заготовка, безумовно, плавиться, хоча тільки в найближчій частині дуги - інакше ви закінчитеся без належного зварювання. Зварний шво вимагає, щоб метал наповнювача і зварені шматки злилися. За визначенням, якщо заготовка також не плавиться, зварного шва немає.
БезумовноВстановітьMonica

Відповіді:


32

Опір електрода - це не те, що нагріває речі - це опір іонізованого повітря в дузі!

Отже, речі, що знаходяться поблизу дуги, нагріваються, а речі далекі - ні.


Чи не є іонізоване повітря малодоріжкою? То чому так сильно нагрівається?
Елія

13
@Elia У порівнянні з об'єднаним повітрям, так. У порівнянні з металом він має значно більшу стійкість.
g.rocket

24
@ g.rocket Знадобилося мені три читання, щоб зрозуміти, що "об'єднане повітря" означає "повітря, яке не є іонізованим", а не "повітря, яке належить до об'єднання".
Джефф Бауман підтримує Моніку

19
@JeffBowman, як сказати хіміку від електрика, попросити їх сказати "об'єднаний"
MikeTheLiar

3

Коли електрод наближається до деталі, повітряний зазор звужується до того, що створюється іскра, коли напруженість електричного поля (наприклад, у вольтах на метр) піднімається досить високо, щоб іонізувати молекули повітря, що втручаються.

Іонізоване повітря - це плазма, яка має дуже високу температуру - досить високу, щоб розплавити електрод і матеріал деталі.

Поки зварювальник підтримує зазор потрібної довжини, напруженість електричного поля буде достатньо високою, щоб іонізувати повітря всередині зазору та розплавити сусідній матеріал зварювального стрижня та робочої частини. Деякі метали також можуть газифікувати і перетворюватися на плазму, і таким чином сприяти розвитку дуги.

Якщо зазор стане занадто великим, тоді плазма припиниться разом з будь-яким зварюванням.

Кожен, хто працював зі зварювальним паливом (той, хто використовує зварювальні прути), може сказати вам, що якщо зазор стає занадто малим, ви можете доторкнутися до стрижня до деталі, ви можете створити достатньо плазми в момент контакту, щоб зварювати шви стрижень до деталі. У цей момент у вас є безперервний металевий контур без плазми. Він буде проводити стільки ж струму, як і під час правильного зварювання, але без дуги плазми нічого не розтане.

Жодне з цього пояснення не має нічого спільного з опором плазми. Це функція того, як плазма формується у відповідь на накладену напруженість електричного поля.


Електрод не плавиться, тому що струм, який протікає через нього, недостатньо високий, щоб розплавити кінчик електрода.
Мазура

Оскільки я ніколи не зварював, я не можу підтвердити це фактами, однак, фізично кажучи, це означає, що дуга не буде створена, якщо відстань 'd' електрода від заготовки не буде V / d> 3k ( де V - напруга зварника і 3кВ / мм електричний пробій повітря)? Наприклад, з напругою 20 В (я читав, що вони використовують високий струм і низьку напругу, тому 20 В має бути розумним), у вас було б d <0,0066 мм. Чи можна по-людськи дотримуватися цю відстань, не торкаючись заготовки?
Елія

Після встановлення плазми ви можете витягнути стрижень і продовжувати підтримувати плазму. Таким чином, техніка полягає в тому, щоб піднести стрижень досить близько до іскри, а потім витягнути назад на робочу відстань. Плазма провідна. Треба робити це, щоб зробити це вміло. Свідчення цього можна побачити, спостерігаючи за тим, як працює Сходи Якова.
Джим

2

Існує кілька зварювальних процесів, які виробляють тепло за допомогою різних засобів. Я думаю, що зварювання TIG концептуально простіше зрозуміти, ніж зварювання палицею або MIG. Пояснення допоможе зрозуміти інші процеси зварювання, тому я почну пояснювати зварювання TIG.

При зварюванні TIG (газова вольфрамова дугова зварювання або GTAW) зварювальний блок живлення підключається до ручного пальника з вольфрамовим наконечником. Негативний електрод підключається до пальника. Позитивний електрод підключається до деталі, яку потрібно зварювати.

Дуга створюється ланцюгом в блоці живлення, який називається дуговим стартером, який виробляє високу напругу, високочастотний імпульс між наконечником вольфраму та робочим елементом. Дуга має достатньо енергії, щоб позбавити електрони від екрануючого газу та створити шлях іонів, які проводять електроенергію від вольфрамового наконечника до деталі. Для зварювання тигу зазвичай використовується аргоновий газ, оскільки він дешевий, легко іонізується і важчий за повітря, тому він викидає кисень.

Коли шлях іона закінчений, джерело живлення відчуває падіння напруги між електродами. Якщо між електродом і робочим шматком немає іонізованого шляху, між вольфрамовим і робочим електродами може бути різниця 50 В і більше. Після запуску дуги напруга між електродами знизиться до приблизно 10 В залежно від розміру зазору. У цей момент джерело живлення включається зварювальний струм. Зварювання тигу проводиться з постійним живленням струму.

Дуга підтримується резистивним нагріванням екрануючого газу. Іонізований газ діє резистором, де тепло - це функція напруги через зазор і струму через нього. Високий струм через іонізований газ розсіює стільки тепла, що газ залишається досить гарячим, щоб залишатися плазмою і продовжує проводити.

Однак тепло не розподіляється рівномірно по дузі. У цій конфігурації, яку я щойно описав, електрони насправді вистрілюють із вольфрамового наконечника і вдаряють об робочий шматок. Це змушує зосереджувати тепло на деталі. Якби я перевернув полярність електродів і з'єднав негатив з робочим шматком, а позитивний - на факел, я мав би протилежний ефект. Я все одно отримав би дугу і багато тепла, але тепло було б зосереджене на кінчику, а не на шматку, який я намагався зварити. Це призвело б до того, щоб наконечник переплавився в кульку і відвалився. Вольфрам використовується для наконечника, оскільки він має найвищу температуру плавлення будь-якого металу. При зварюванні тигрів ви не хочете, щоб електрод плавився і став частиною зварного шва, але в інших видах зварювання.

У зварюванні MIG (зварювання металевим газом або GMAW) це те, що ви хочете. При зварюванні MIG електрод - це струмопровідний провід, який подається з котушки дроту з високою швидкістю. Дріт плавиться і стає частиною зварного шва. Полярність обернена таким чином, щоб дріт була позитивною, а деталь - негативною. Вам не потрібен дуговий пускач з MIG.

Коли ви натискаєте на спусковий механізм факела, провідник починає виштовхувати дріт. Коли провід контактує з роботою, дріт діє як резистор і нагрівається. Чим довше стик дроту, тим більший опір він матиме, і він спричинить різний перепад вольта по ньому.

Через високий струм через дріт, провід буде танути і згоріти назад. Це створює невеликий зазор між роботою та дротом, де є достатня напруга для іонізації. Це створює дугу. Не вникаючи в специфіку різних процесів MIG (коротке замикання, крапельне та перенесення спрею), цей процес по суті повторюється. Провід встановлює контакт. Нагрівається і тане назад. Вдаряє дугою, потім знову встановлює контакт. І т.д.


1

Заготовку зазвичай потрібно також розплавити (але не надто сильно, або ви отримаєте прорив матеріалу), інакше у вас не було б міцного механічного зв’язку. Ви враховуєте товщину, теплову масу та теплопровідність заготовки, регулюючи струм та швидкість подачі матеріалу. І як уже говорив Маркус Мюллер: справа не в опорі електродів.

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.