L'arc électrique et ses propriétés

Le plus répandu en génie mécanique est le soudage à l'arc électrique. Considérons plus en détail les caractéristiques du soudage à l'arc électrique.

Un arc électrique est une décharge continue de courant électrique entre deux électrodes qui se produit dans un environnement gazeux. L'arc électrique utilisé pour souder les métaux est appelé arc de soudage. Dans la plupart des cas, un tel arc brûle entre l'électrode et la pièce, c'est-à-dire est un arc action directe.

Arc direct courant continu la combustion entre l'électrode métallique (cathode) et le métal à souder (anode) présente plusieurs zones clairement identifiables (figure 2.3). Le canal de gaz électriquement conducteur reliant les électrodes a la forme d'un tronc de cône ou de cylindre. Ses propriétés ne sont pas les mêmes à différentes distances des électrodes. Les fines couches de gaz adjacentes aux électrodes ont un basse température... Selon la polarité de l'électrode à laquelle elles sont adjacentes, ces couches sont appelées cathodiques 2 et anode 4 zones de l'arc.

Longueur de la région cathodique lk est déterminé par le libre parcours moyen des atomes neutres et est

environ 10 -5 cm.La longueur de la région de l'anode l un est déterminé par le libre parcours des électrons et est d'environ 10 -3 cm Entre les régions proches des électrodes se trouve la région de décharge à haute température la plus étendue - la colonne d'arc lc 3.

À la surface de la cathode et de l'anode, des taches se forment, appelées, respectivement, la cathode 1 et anode 5 le spot, qui sont les bases de la colonne d'arc à travers lesquelles passe tout le courant de soudage. Les spots d'électrode se distinguent par la luminosité de la lueur à leur température relativement basse (2600 ... 3200 K). La température dans la colonne d'arc est atteinte 6000 ... 8000 K.

Longueur totale de l'arc l dégal à la somme des longueurs de ses trois régions (l d ​​= l a + l k) et pour des conditions réelles est de 2 ... 6 mm.

La tension totale de l'arc de soudage, respectivement, est la somme des chutes de tension dans les zones individuelles de l'arc et est dans la plage de 20 à 40 V. La dépendance de la tension dans l'arc de soudage sur sa longueur est décrite par l'équation , où une - la somme des chutes de tension dans les régions cathodique et anodique, V; l d- la longueur de la colonne d'arc, mm; b - chute de tension spécifique dans l'arc, c'est-à-dire lié à 1 mm de longueur de colonne d'arc, V / mm.

L'une des principales caractéristiques d'une décharge d'arc électrique est une caractéristique volt-ampère statique - la dépendance de la tension de l'arc à sa longueur constante sur le courant qu'elle contient (figure 2.4).

Avec une augmentation de la longueur de l'arc, la tension augmente et la courbe de la caractéristique courant-tension statique de l'arc monte plus haut, tout en conservant approximativement sa forme (courbes a, b, c). On y distingue trois zones : tombante I, rigide (presque horizontale) II et croissante III. Selon les conditions de combustion de l'arc, une des sections de la caractéristique lui correspond. Avec manuel soudage à l'arcélectrodes enrobées, soudage dans des gaz protégés avec une électrode non consommable et soudage à l'arc submergé à des densités de courant relativement faibles, la caractéristique de l'arc diminuera initialement et, avec une augmentation du courant, elle deviendra complètement rigide. Dans ce cas, avec une augmentation du courant de soudage, la section transversale de la colonne d'arc et la surface augmentent proportionnellement la Coupe transversale spots anodiques et cathodiques. La densité de courant et la tension d'arc restent constantes.

Dans le soudage à l'arc submergé et sous protection gazeuse avec un fil d'électrode mince à des densités de courant élevées, la caractéristique de l'arc augmente. Ceci s'explique par le fait que les diamètres des spots de cathode et d'anode deviennent égaux au diamètre de l'électrode et ne peuvent plus augmenter. Dans l'entrefer, une ionisation complète des molécules de gaz se produit et une nouvelle augmentation du courant de soudage ne peut se produire qu'en raison d'une augmentation de la vitesse de déplacement des électrons et des ions, c'est-à-dire en raison d'une augmentation de l'intensité champ électrique... Par conséquent, afin d'augmenter davantage le courant de soudage, une augmentation de la tension d'arc est nécessaire.

L'arc est une source de chaleur puissante et concentrée. Presque toute l'énergie électrique consommée par l'arc est convertie en chaleur. Complet Energie thermique arcs Q = I sv U d(J / s) dépend de la force du courant de soudage je sv(A) et tension d'arc U d(V).

Il convient de noter que toute la chaleur de l'arc n'est pas dépensée pour chauffer et faire fondre le métal. Une partie est inutilement dépensée pour chauffer l'air ambiant ou protéger le gaz, le rayonnement, etc. A cet égard, la puissance thermique effective de l'arc qeff(J / s) (cette partie de la chaleur de l'arc de soudage, qui est introduite directement dans le produit) est déterminée par le rapport suivant : où est le coefficient action utile(Efficacité) du processus de chauffage d'un produit avec un arc de soudage, déterminé empiriquement.

Le coefficient η dépend de la méthode de soudage, du matériau de l'électrode, du revêtement ou de la composition du flux et d'un certain nombre d'autres facteurs. Par exemple, lors du soudage à l'arc ouvert avec une électrode en carbone ou en tungstène, il est en moyenne de 0,6 ; lors du soudage avec des électrodes enrobées (de qualité) - environ 0,75; pour le soudage à l'arc submergé - 0,8 et plus.

L'arc électrique est un type de décharge caractérisé par une densité de courant élevée, une température élevée, hypertension artérielle gaz et chute de tension faible à travers l'espace d'arc. Dans ce cas, il se produit un chauffage intense des électrodes (contacts), sur lesquelles se forment les points dits cathodiques et anodiques. La lueur cathodique est concentrée dans un petit point lumineux, la partie incandescente de l'électrode opposée forme le point anodique.

Trois zones peuvent être notées dans l'arc, qui sont très différentes dans la nature des processus qui s'y déroulent. Directement à l'électrode négative (cathode) de l'arc se trouve la région de la chute de tension cathodique. Vient ensuite le canon à arc plasma. Directement à l'électrode positive (anode) se trouve la zone de chute de tension de l'anode. Ces zones sont représentées schématiquement sur la Fig. 1.

Riz. 1. La structure de l'arc électrique

Les dimensions des régions de chute de tension cathodique et anodique sur la figure sont fortement exagérées. En réalité, leur longueur est très faible.Par exemple, la longueur de la chute de tension cathodique est de l'ordre du trajet libre d'un électron (inférieur à 1 micron). La longueur de la région de la chute de tension de l'anode est généralement légèrement supérieure à cette valeur.

V conditions normales l'air est un bon isolant. Ainsi, la tension nécessaire à la rupture d'un entrefer de 1 cm est de 30 kV. Pour que l'entrefer devienne conducteur, il est nécessaire d'y créer une certaine concentration de particules chargées (électrons et ions).

Comment se produit un arc électrique

L'arc électrique, qui est un flux de particules chargées, au moment initial de la divergence de contact, résulte de la présence d'électrons libres dans le gaz de l'espace d'arc et d'électrons émis par la surface de la cathode. Les électrons libres dans l'espace entre les contacts se déplacent à grande vitesse dans la direction de la cathode à l'anode sous l'action des forces du champ électrique.

L'intensité du champ au début de la divergence de contact peut atteindre plusieurs milliers de kilovolts par centimètre. Sous l'action des forces de ce champ, des électrons sont extraits de la surface de la cathode et se déplacent vers l'anode, en expulsant des électrons qui forment un nuage d'électrons. Le flux initial d'électrons ainsi créé forme en outre une ionisation intensive de l'espace d'arc.

Parallèlement aux processus d'ionisation, les processus de déionisation se produisent en parallèle et en continu dans l'arc. Les processus de déionisation consistent dans le fait que lorsque deux ions de signes différents ou un ion positif et un électron se rapprochent, ils sont attirés et, en entrant en collision, sont neutralisés, de plus, les particules chargées se déplacent de la zone de combustion de âmes avec une concentration plus élevée de charges dans l'environnement avec une concentration plus faible de charges. Tous ces facteurs conduisent à une diminution de la température de l'arc, à son refroidissement et à son extinction.

Riz. 2. Arc électrique

Arc après allumage

Dans un mode de combustion en régime permanent, les processus d'ionisation et de déionisation y sont en équilibre. Canon à arc avec même montant les charges libres positives et négatives sont caractérisées par haut degré ionisation du gaz.

Une substance dont le degré d'ionisation est proche de l'unité, c'est-à-dire dans lequel il n'y a pas d'atomes et de molécules neutres est appelé plasma.

L'arc électrique se caractérise par les caractéristiques suivantes :

1. Une limite clairement délimitée entre l'arbre à arc et l'environnement.

2. Haute température à l'intérieur du canon de l'arc, atteignant 6000 - 25000K.

3. Haute densité de courant et arbre d'arc (100 - 1000 A / mm 2).

4. De petites valeurs de la chute de tension anodique et cathodique et ne dépendent pratiquement pas du courant (10 - 20 V).

Caractéristique courant-tension d'un arc électrique

La principale caractéristique d'un arc continu est la dépendance de la tension d'arc sur le courant, qui est appelé caractéristique courant-tension (VAC).

L'arc se forme entre les contacts à une certaine tension (Fig. 3), appelée tension d'allumage Uz et en fonction de la distance entre les contacts, de la température et de la pression du milieu, et de la vitesse de divergence des contacts. La tension d'extinction d'arc Ug est toujours inférieure à la tension U z.

Riz. 3. Caractéristique courant-tension d'un arc continu (a) et de son circuit équivalent (b)

La courbe 1 est la caractéristique statique de l'arc, c'est-à-dire obtenu avec une variation lente du courant. La caractéristique a un caractère descendant. Avec l'augmentation du courant, la tension aux bornes de l'arc diminue. Cela signifie que la résistance de l'arc entrefer diminue plus rapidement, dont le courant augmente.

Si le courant dans l'arc est réduit à un taux ou à un autre de I1 à zéro et en même temps la chute de tension aux bornes de l'arc est enregistrée, on obtiendra les courbes 2 et 3. Ces courbes sont appelées caractéristiques dynamiques.

Plus le courant est réduit rapidement, plus les caractéristiques dynamiques I - V seront faibles. Cela est dû au fait qu'avec une diminution du courant, des paramètres de l'arc tels que la section transversale du canon, la température, n'ont pas le temps de changer rapidement et d'acquérir des valeurs correspondant à une valeur inférieure du courant en régime permanent.

Chute de tension d'espace d'arc :

Ud = U s + EdId,

où U z = U à + U a - chute de tension près de l'électrode, Ed - gradient de tension longitudinal dans l'arc, Id - longueur de l'arc.

Il résulte de la formule qu'avec une augmentation de la longueur de l'arc, la chute de tension à travers l'arc augmentera et la caractéristique I - V sera située plus haut.

L'arc électrique est combattu dans la conception des appareils de commutation électrique. Les propriétés de l'arc électrique sont utilisées dans et dans.

Si nous parlons des caractéristiques d'un arc volt, il convient de mentionner qu'il a une tension inférieure à celle d'une décharge luminescente et repose sur le rayonnement thermoionique des électrons des électrodes supportant l'arc. Dans les pays anglophones, ce terme est considéré comme archaïque et dépassé.

Des techniques de suppression d'arc peuvent être utilisées pour réduire la durée ou la probabilité d'un arc.

À la fin des années 1800, l'arc voltaïque était largement utilisé pour l'éclairage public. Quelques arcs électriques basse pression sont utilisés dans de nombreuses applications. Par exemple, des lampes fluorescentes, des lampes au mercure, au sodium et aux halogénures métalliques sont utilisées pour l'éclairage. Xénon lampes à arc utilisé pour les projecteurs de cinéma.

Ouvrir un arc voltaïque

On pense que ce phénomène a été décrit pour la première fois par Sir Humphrey Davy dans un article de 1801 publié dans le Journal of Natural Philosophy, Chemistry and Arts par William Nicholson. Cependant, le phénomène décrit par Davy n'était pas un arc électrique, mais seulement une étincelle. Des chercheurs ultérieurs ont écrit : « Il s'agit évidemment d'une description non d'un arc, mais d'une étincelle. L'essence de la première est qu'elle doit être continue et que ses pôles ne doivent pas se toucher une fois qu'elle est apparue. L'étincelle, créée par Sir Humphrey Davy, n'était clairement pas continue, et bien qu'elle soit restée chargée pendant un certain temps après le contact avec les atomes de carbone, il n'y avait probablement pas de connexion à l'arc, ce qui est nécessaire pour sa classification en volt.

La même année, Davy a publiquement démontré l'effet devant la Royal Society en passant électricitéà travers deux tiges de carbone qui se touchent, puis en les tirant à une courte distance l'une de l'autre. La démonstration a montré un arc "faible", à peine distinguable d'une étincelle stable, entre les points charbon. Communauté scientifique lui a fourni plus batterie puissanteà partir de 1000 plaques, et en 1808 il démontra l'émergence d'un arc voltaïque à grande échelle. Il est également crédité de son nom sur langue Anglaise(arc électrique). Il l'a appelé un arc parce qu'il prend la forme d'un arc vers le haut lorsque la distance entre les électrodes se rapproche. Cela est dû aux propriétés conductrices du gaz chaud.

Comment est apparu l'arc voltaïque ? Le premier arc continu a été enregistré indépendamment en 1802 et décrit en 1803 comme « un fluide spécial avec propriétés électriques"Par le scientifique russe Vasily Petrov, expérimentant avec une batterie cuivre-zinc composée de 4 200 disques.

Une étude plus approfondie

A la fin du XIXe siècle, l'arc voltaïque était largement utilisé pour l'éclairage public. La tendance des arcs électriques à scintiller et à siffler était un problème majeur. En 1895, Hertha Marks Ayrton a écrit une série d'articles sur l'électricité, expliquant qu'un arc voltaïque était le résultat du contact de l'oxygène avec les tiges de carbone utilisées pour créer l'arc.

En 1899, elle fut la première femme à donner sa propre conférence à l'Institute of Electrical Engineers (IEE). Son discours s'intitulait "Le mécanisme de l'arc électrique". Peu de temps après, Ayrton a été élue la première femme membre de l'Institute of Electrical Engineers. La femme suivante a été admise à l'institut déjà en 1958. Ayrton a demandé à lire un article à la Royal Society of Science, mais n'a pas été autorisée à le faire en raison de son sexe, et Le mécanisme de l'arc électrique a été lu par John Perry à sa place en 1901.

La description

L'arc électrique est le type avec la densité de courant la plus élevée. La force maximale le courant conduit le long de l'arc n'est limité que par l'environnement extérieur, et non par l'arc lui-même.

Un arc entre deux électrodes peut être initié par ionisation et décharge luminescente lorsque le courant traversant les électrodes augmente. La tension de rupture de l'espacement des électrodes est une fonction combinée de la pression, de l'espacement des électrodes et du type de gaz entourant les électrodes. Lorsque l'arc démarre, sa tension aux bornes est bien inférieure à celle d'une décharge luminescente et le courant est plus élevé. L'arc dans les gaz près de la pression atmosphérique est caractérisé par la lumière visible, une densité de courant élevée et une température élevée. Elle diffère d'une décharge luminescente d'environ la même températures effectivesà la fois des électrons et des ions positifs, et dans une décharge luminescente, les ions ont un l'énérgie thermique que les électrons.

Lors du soudage

Un arc prolongé peut être initié par deux électrodes, initialement en contact et espacées pendant l'expérience. Cette action peut initier un arc sans décharge luminescente haute tension. C'est ainsi que le soudeur commence à souder le joint en touchant instantanément électrode de soudage au sujet.

Un autre exemple est la séparation des contacts électriques sur les interrupteurs, relais ou disjoncteurs... Dans les circuits à haute énergie, la suppression des arcs peut être nécessaire pour éviter d'endommager les contacts.

Arc voltaïque : caractéristiques

Résistance électrique le long d'un arc continu crée de la chaleur, qui ionise plus de molécules de gaz (où le degré d'ionisation est déterminé par la température), et conformément à cette séquence, le gaz se transforme progressivement en plasma thermique, qui est en équilibre thermique parce que la température est relativement uniformément répartie sur tous les atomes, molécules, ions et électrons. L'énergie transférée par les électrons est rapidement dispersée avec des particules plus lourdes en raison de collisions élastiques en raison de leur grande mobilité et grands nombres.

Le courant dans l'arc est soutenu par l'émission thermoionique et de champ d'électrons à la cathode. Le courant peut être concentré dans un très petit point chaudà la cathode - environ un million d'ampères par centimètre carré. Contrairement à une décharge luminescente, l'arc a une structure subtile car la colonne positive est suffisamment brillante et s'étend presque jusqu'aux électrodes aux deux extrémités. La chute de la cathode et la chute de l'anode de plusieurs volts se produisent à une fraction de millimètre de chaque électrode. La colonne positive a un gradient de tension plus faible et peut être absente dans des arcs très courts.

Arc basse fréquence

Arc basse fréquence (moins de 100 Hz) courant alternatif ressemble à un arc DC. A chaque cycle, l'arc est initié par un claquage et les électrodes changent de rôle au fur et à mesure que le courant change de direction. À mesure que la fréquence du courant augmente, il n'y a pas assez de temps pour l'ionisation avec un écart dans chaque demi-cycle, et une panne n'est plus nécessaire pour maintenir l'arc - les caractéristiques de tension et de courant deviennent plus ohmiques.

Place parmi d'autres phénomènes physiques

Différentes formes les arcs électriques sont des propriétés émergentes des modèles non linéaires de courant et de champ électrique. L'arc se produit dans un espace rempli de gaz entre deux électrodes conductrices (souvent en tungstène ou en carbone), ce qui entraîne des températures très élevées qui peuvent faire fondre ou vaporiser la plupart des matériaux. Un arc électrique est une décharge continue, tandis qu'une étincelle électrique similaire est instantanée. Un arc voltaïque peut se produire soit dans les circuits CC, soit dans les circuits CA. Dans ce dernier cas, il peut frapper à plusieurs reprises environ chaque demi-période de la génération en cours. Un arc électrique diffère d'une décharge luminescente en ce que la densité de courant est assez élevée et la chute de tension à l'intérieur de l'arc est faible. A la cathode, la densité de courant peut atteindre un mégaampère par centimètre carré.

Potentiel destructeur

Un arc électrique a une relation non linéaire entre le courant et la tension. Une fois l'arc créé (soit par progression à partir d'une décharge luminescente, soit en touchant momentanément les électrodes puis en les séparant), une augmentation du courant entraîne une baisse de la tension entre les bornes de l'arc. Cet effet d'impédance négative nécessite qu'une sorte de forme d'impédance positive (comme un ballast électrique) soit placée dans le circuit pour maintenir un arc stable. Cette propriété est la raison pour laquelle les arcs électriques incontrôlés dans l'appareil deviennent si destructeurs, car après son apparition, l'arc consommera de plus en plus de courant à partir d'une source de tension constante jusqu'à ce que l'appareil soit détruit.

Utilisation pratique

V échelle industrielle les arcs électriques sont utilisés pour le soudage, coupage plasma, traitement mécanique décharge électrique, comme lampe à arc dans les projecteurs de films et dans l'éclairage. Les fours électriques à arc sont utilisés pour la production d'acier et d'autres substances. Le carbure de calcium est obtenu de cette manière, puisque pour réaliser une réaction endothermique (à des températures de 2500°C), un grand nombre deénergie.

Les lampes à arc au carbone ont été les premières lampes électriques. Ils ont été utilisés pour les lampadaires au 19ème siècle et pour créer des dispositifs spécialisés tels que des projecteurs avant la Seconde Guerre mondiale. Les arcs électriques basse pression sont aujourd'hui utilisés dans de nombreuses applications. Par exemple, les lampes fluorescentes, au mercure, au sodium et aux halogénures métalliques sont utilisées pour l'éclairage, tandis que les lampes à arc au xénon sont utilisées pour les projecteurs de cinéma.

La formation d'un arc électrique intense, comme un arc électrique à petite échelle, est à la base des détonateurs explosifs. Lorsque les scientifiques ont appris ce qu'est un arc voltaïque et comment il peut être utilisé, la variété des armes mondiales a été reconstituée avec des explosifs efficaces.

La principale application restante est la haute tension Appareillage pour les réseaux de transport. Appareils modernes utiliser également de l'hexafluorure de soufre sous haute pression.

Conclusion

Malgré la fréquence des brûlures par arc voltaïque, il est considéré comme très utile. phénomène physique, encore largement utilisé dans l'industrie, la production et la création d'objets de décoration. Elle a sa propre esthétique et son image est souvent présentée dans les films de science-fiction. Les dommages causés par l'arc ne sont pas mortels.

Un arc électrique est une décharge d'arc qui se produit entre deux électrodes, ou une électrode et une pièce, et qui permet de connecter deux ou plusieurs pièces par soudage.

L'arc de soudage, selon l'environnement dans lequel il se produit, est divisé en plusieurs groupes. Il peut être ouvert, fermé et également dans un environnement de gaz protecteur.

Un arc ouvert s'écoule sur en plein air par ionisation des particules dans la zone de combustion, ainsi que par les vapeurs du métal des pièces à souder et du matériau des électrodes. L'arc fermé, à son tour, brûle sous la couche de flux. Cela vous permet de changer la composition environnement gazeux dans le domaine de la combustion et pour protéger le métal des pièces de l'oxydation. L'arc électrique traverse ensuite les vapeurs métalliques et les ions additifs de flux. L'arc, qui brûle dans un environnement de gaz protecteurs, traverse les ions de ce gaz et les vapeurs métalliques. Cela permet également d'éviter l'oxydation des pièces, et, par conséquent, d'augmenter la fiabilité du joint formé.

Un arc électrique diffère par le type de courant fourni - alternatif ou constant - et par la durée de combustion - pulsée ou stationnaire. De plus, l'arc peut être de polarité directe ou inversée.

Par le type d'électrode utilisé, une distinction est faite entre non fondante et fondante. L'utilisation de l'une ou l'autre électrode dépend directement des caractéristiques que possède la machine à souder. L'arc qui se produit lors de l'utilisation d'une électrode non consommable, comme son nom l'indique, ne la déforme pas. Dans le soudage à l'électrode consommable, le courant d'arc fait fondre le matériau et est fondu sur la pièce d'origine.

L'espace d'arc peut être divisé de manière conditionnelle en trois sections caractéristiques: près de la cathode, près de l'anode et également le tronc d'arc. Dans ce cas, la dernière section, c'est-à-dire le tronc d'arc a la plus grande longueur, cependant, les caractéristiques de l'arc, ainsi que la possibilité de son apparition, sont déterminées avec précision par les régions proches de l'électrode.

De manière générale, les caractéristiques que possède un arc électrique peuvent être résumées dans la liste suivante :

1. La longueur de l'arc. Il s'agit de la distance totale des régions proches de la cathode et proche de l'anode, ainsi que de l'arbre d'arc.

2. Tension d'arc. Se compose de la somme sur chacune des zones : le tronc, près de la cathode et près de l'anode. Dans ce cas, le changement de tension dans les régions proches de l'électrode est beaucoup plus important que dans la région restante.

3. Température. L'arc électrique, en fonction de la composition du milieu gazeux, le matériau des électrodes, peut développer des températures allant jusqu'à 12 000 Kelvin. Cependant, de tels pics ne sont pas localisés sur tout le plan de la face d'extrémité de l'électrode. Puisque même avec le plus meilleure prise en main il existe diverses irrégularités et bosses sur le matériau de la partie conductrice, à cause desquelles de nombreuses décharges apparaissent, qui sont perçues comme une seule. Bien entendu, la température de l'arc dépend largement de l'environnement dans lequel il brûle, ainsi que des paramètres du courant fourni. Par exemple, si vous augmentez la valeur du courant, la valeur de la température augmentera également en conséquence.

Et, enfin, la caractéristique courant-tension ou CVC. Représente la dépendance de la tension sur la longueur et l'amplitude du courant.

Dans l'industrie moderne, le soudage a grande importance, il a une très large gamme d'applications dans toutes les industries. Pour effectuer le processus de soudage, un arc de soudage est nécessaire.

Qu'est-ce qu'un arc de soudage, sa définition

Un arc de soudage est considéré comme une décharge électrique très importante en termes de puissance et de durée, qui existe entre les électrodes auxquelles une tension est appliquée dans un mélange de gaz. Ses propriétés se distinguent par une température et une densité de courant élevées, grâce auxquelles il est capable de fondre des métaux avec un point de fusion supérieur à 3000 degrés. En général, on peut dire qu'un arc électrique est un conducteur de gaz qui convertit énergie électrique dans la chaleur. La charge électrique est le passage d'un courant électrique dans un milieu gazeux.

Il existe plusieurs types de décharges électriques :

• Décharge luminescente. Se produit à basse pression, est utilisé dans lampes fluorescentes et écrans plasma ;
• Décharge d'étincelles. Il se produit lorsque la pression est égale à l'atmosphérique, il se distingue par une forme intermittente. La foudre correspond à la décharge d'étincelles, également utilisée pour l'allumage des moteurs à combustion interne ;
• Décharge d'arc. Utilisé pour le soudage et l'éclairage. Diffère dans une forme continue, se produit à la pression atmosphérique;
• Couronner. Cela se produit lorsque le corps de l'électrode est rugueux et inhomogène, la deuxième électrode peut être absente, c'est-à-dire qu'un jet se produit. Il est utilisé pour nettoyer les gaz de la poussière;

Nature et structure

La nature de l'arc de soudage n'est pas aussi compliquée qu'il n'y paraît à première vue. Le courant électrique, traversant la cathode, pénètre ensuite dans le gaz ionisé, une décharge se produit avec une lueur brillante et une température très élevée, de sorte que la température de l'arc électrique peut atteindre 7000 - 10000 degrés. Après cela, le courant circule vers le matériau traité à souder. Étant donné que la température est si élevée, l'arc émet des émissions nocives corps humain rayonnement ultraviolet et infrarouge, il peut endommager les yeux ou laisser de légères brûlures sur la peau, une protection appropriée est donc nécessaire pendant le processus de soudage.

La structure de l'arc de soudage se compose de trois zones principales : anode, cathodique et colonne d'arc. Pendant la combustion de l'arc, des taches actives se forment sur la cathode et l'anode - zones dans lesquelles la température atteint les valeurs les plus élevées, c'est à travers ces zones que passe tout le courant électrique, les zones anodiques et cathodiques représentent des chutes de tension plus importantes. Et le pôle lui-même est situé entre ces zones, la chute de tension dans le pôle est très insignifiante. Ainsi, la longueur de l'arc de soudage est la somme des régions ci-dessus, généralement la longueur est égale à plusieurs millimètres, lorsque les régions d'anode et de cathode sont respectivement égales à 10-4 et 10-5 cm. est approximativement égale à 4-6 mm, avec cette longueur une température constante et favorable.

Variétés

Les types d'arc de soudage diffèrent par le schéma d'alimentation en courant de soudage et l'environnement dans lequel ils surviennent, les options les plus courantes sont :

• Action directe. Avec cette méthode, la soudure est située parallèlement à la structure métallique soudée et l'arc se forme à un angle de quatre-vingt-dix degrés par rapport à l'électrode et au métal ;
• Arc de soudage indirect. Cela se produit lorsque deux électrodes sont utilisées, situées à un angle de 40 à 60 degrés par rapport à la surface de la pièce à souder, un arc se forme entre les électrodes et soude le métal;

Il existe également une classification en fonction de l'atmosphère dans laquelle ils se présentent :

• Type ouvert. Un arc de ce type brûle dans l'air et une phase gazeuse se forme autour de lui, contenant des vapeurs du matériau à souder, des électrodes et leurs revêtements ;
• Type fermé. La combustion d'un tel arc se produit sous une couche de flux, les vapeurs de métal, d'électrode et de flux pénètrent dans la phase gazeuse formée autour de l'arc ;
• Arc avec alimentation en gaz. Des gaz comprimés sont fournis à l'arc brûlant - hélium, argon, dioxyde de carbone, hydrogène et autres mélanges de gaz divers, ils sont fournis de manière à ce que le métal soudé ne s'oxyde pas, leur alimentation contribue à un environnement réducteur ou neutre. La phase gazeuse autour de l'arc comprend - l'alimentation en gaz, vapeurs de métaux et d'électrodes ;

Ils se distinguent également par la durée d'action - stationnaire (pour une utilisation à long terme) et pulsée (à usage unique), selon le matériau de l'électrode utilisé - carbone, tungstène - électrodes non consommables et métal - fusion. L'électrode consommable la plus courante est l'acier. Aujourd'hui, le soudage le plus couramment utilisé est avec une électrode non consommable. Ainsi, les types d'arcs de soudage sont variés.

Conditions de combustion

Dans des conditions standard, c'est-à-dire une température de 25 degrés et une pression de 1 atmosphère, les gaz ne sont pas capables de conduire le courant électrique. Pour qu'un arc se forme, il est nécessaire que les gaz entre les électrodes soient ionisés, c'est-à-dire qu'ils contiennent diverses particules chargées - électrons ou ions (cations ou anions). Le processus de formation d'un gaz ionisé sera appelé ionisation, et le travail qui doit être consacré à détacher un électron d'une particule atomique pour former un électron et un ion - le travail d'ionisation, qui est mesuré en électron-volt et est appelé potentiel d'ionisation. Le type d'énergie à dépenser pour détacher un électron d'un atome dépend de la nature de la phase gazeuse, les valeurs peuvent aller de 3,5 à 25 eV. Les métaux des groupes alcalins et alcalino-terreux ont le plus petit potentiel d'ionisation - potassium, calcium et, par conséquent, leur composé chimique... Les électrodes sont recouvertes de tels composés afin qu'ils contribuent à l'existence et à la combustion stables de l'arc de soudage.

Aussi, pour l'amorçage et la combustion de l'arc, une température constante est requise à la cathode, qui dépend de la nature de la cathode, de son diamètre, de sa taille et de sa température. environnement... La température de l'arc électrique doit donc être constante et ne pas fluctuer en raison de des valeurs énormes force du courant, la température peut atteindre 7 000 degrés, donc absolument tous les matériaux peuvent être connectés par soudage. Température constante est fourni à l'aide d'une source d'alimentation en bon état, donc son choix lors de la conception Machine de soudage très important, il affecte les propriétés de l'arc.

Émergence

Il se produit lors d'un circuit rapide, c'est-à-dire lorsque l'électrode entre en contact avec la surface du matériau à souder, en raison de la température colossale, la surface du matériau fond et une petite bande de matériau fondu se forme entre les l'électrode et la surface. Au moment de la divergence de l'électrode et du matériau à souder, un col du matériau se forme, qui se brise et s'évapore instantanément en raison de valeurs élevées la densité actuelle. Le gaz est ionisé et un arc électrique est généré. Il peut être excité en touchant ou en frappant.

Particularités

Il présente les caractéristiques suivantes par rapport aux autres charges électriques :

• Densité de courant élevée, qui atteint plusieurs milliers d'ampères par centimètre carré, en raison de laquelle très Chauffer;
• Répartition inégale du champ électrique dans l'espace entre les électrodes. Près des électrodes, la chute de tension est très importante, tandis que dans la colonne c'est l'inverse ;
• Température énorme, qui atteint les valeurs les plus élevées dans la colonne en raison de la densité de courant élevée. Avec une augmentation de la longueur de la colonne, la température diminue, et avec un rétrécissement, au contraire, elle augmente ;
• À l'aide d'arcs de soudage, une grande variété de caractéristiques courant-tension peut être obtenue - la dépendance de la chute de tension à la densité de courant à une longueur constante, c'est-à-dire une combustion en régime permanent. Au ce moment il y a trois caractéristiques de volt-ampère.

Le premier est en baisse, lorsque la tension chute avec une augmentation de la force et, par conséquent, de la densité de courant. Le second est difficile, lorsque le changement de l'intensité du courant n'affecte pas la valeur de la valeur de la tension, et le troisième augmente, lorsque la tension augmente également avec l'augmentation de l'intensité du courant.

Ainsi, l'arc de soudage peut être qualifié de méthode de liaison la meilleure et la plus fiable. structures métalliques. Processus de soudage a un grand impact sur l'industrie d'aujourd'hui, car seule la température élevée de l'arc de soudage est capable de coller la plupart des métaux. Pour obtenir des coutures de haute qualité et fiables, il est nécessaire de prendre en compte correctement et correctement toutes les caractéristiques de l'arc, de surveiller toutes les valeurs, grâce à cela, la procédure sera effectuée rapidement et de la manière la plus efficace. Il faut également prendre en compte les propriétés de l'arc : densité de courant, température et tension.