Изучение дуги постоянного тока

Отчет

по лабораторной работе №3

с неплавящимся электродом»

 

Выполнил: ст. группы СП-41б

Юшков.А.А.

 

Проверил: доцент

Артеменко Ю.А.

 

Курск 2016

Цель работы: Ознакомление со строением дугового разряда постоянного тока, опреде­ление коэффициентов уравнения дуги, построение вольтамперных характери­стик (ВАХ), изучение влияния полярности дуги на стабильность ее горения и стойкость неплавящегося электрода.

 

Теоретическое введение

Дуга – устойчивый электрический разряд в сильно ионизированной смеси газов и паров металлов, отличающийся высокой температурой и высокой плот­ностью тока. Дуговой разряд находит широкое применение в сварочном произ­водстве благодаря простоте оборудования и высокой стабильности и управляе­мости процесса.

В дуговом разряде выделяются три области: анодная протяженностью , катодная и столб дуги (рис. 6).

+

U_a U_c U_k

катодная область

столб дуги

анодная область

 

Рис.3. Схема дугового разряда

В анодной и катодной области наблюдаются значительные падения на­пряжения, вызванные концентрацией заряженных частиц. На поверхности ано­да и катода образуются соответствующие пятна дуги, характеризуемые ярким свечением вследствие высокой концентрации энергии. Они являются основа­ниями столба дуги.

Общая длина дуги

(3)

Но т.к. мм, а мм, т.е. ничтожно малы по сравнению с протяженностью столба дуги, то практически .

Общее напряжение на дуге равно сумме падений напряжений соответст­вующих областей:

U_д = U_а + U_к + U_с. (4)

U_д линейно зависит от :

, (5)

где а = U_а + U_к, зависит от материала электродов и атмосферы дуги;

b – градиент потенциала в столбе дуги, зависит от материала электродов и атмосферы дуги.

Для определения коэффициентов а и b уравнения (5) на основании дан­ных эксперимента рассчитывается линейное уравнение регрессии .

При сварке неплавящимся электродом (уголь, вольфрам) конструкционных металлов и сплавов (стали, алюминий, титан и т.д.) дуга горит между электродами с резко различающимися теплофизическими свойствами, что обуславливает различие в температуре их нагрева, которая не превышает температуру их кипения. Температура нагрева катода является важнейшим фактором, влияющим на плотность тока термоэлектронной эмиссии и, следовательно, устойчивость дугового разряда. Согласно уравнению Ричардсона - Дешмена плотность тока термоэлектронной эмиссии j_Т равна

, (6)

где А – эмиссионная постоянная, равная 120 А/(см²·^оК);

φ – работа выхода электрона из эмиттера;

Т – абсолютная температура;

k – постоянная Больцмана, равная 1,38·10^-23 Дж/^оК.

Полярность подключения (положение катода и анода на неплавящемся электроде и изделии), определяющая теплофизические условия на катодном пятне, прямо влияет на устойчивость дугового разряда и скорость эрозии неплавящегося электрода. За показатель устойчивости дуги в работе принята разрывная длина дуги, а степени стойкости угольного электрода – изменение твердости наплавленного металла за счет насыщения его углеродом угольного электрода.