Creeaza.com - informatii profesionale despre


Evidentiem nevoile sociale din educatie - Referate profesionale unice



Acasa » tehnologie » tehnica mecanica
ARCUL ELECTRIC

ARCUL ELECTRIC



ARCUL ELECTRIC

 

Descarcarea electrica intre doi electrozi aflati intr-un mediu gazos se poate produce sub diferite forme, in functie de distanta dintre electrozi, starea de ionizare, presiunea si natura gazelor, tensiunea aplicata electrozilor, intensitatea curentului, pierderile de energie in spatiul inconjurator, etc.

Astfel in cazul intensitatilor reduse de curent, descarcarile electrice pot fi neluminoase sau luminoase, dar cu emisie termica redusa. In cazul intensitatilor mari de curent, datorita degajarilor intense de energie termica, au loc emisii termoelectronice ale electrozilor si autoionizari ale mediului gazos. Astfel chiar in cazul unor tensiuni reduse de ordinul zecilor de volti, descarcarile electrice devin autonome, sub forma de arc electric.

Arcul electric este forma de manifestare a fenomenelor produse in timpul descarcarii electrice stabile, la densitati mari de curent, dintre electrozi aflati intr-un mediu gazos.

1. Emisia de electroni a metalelor

Se cunoaste ca la suprafata limita dintre un metal si spatiul vid se formeaza bariera de potential, datorita electronilor liberi care pot parasi metalul si se situeaza intr-un echilibru cvasistationar la o anumita distanta d fata de suprafata. Echilibrul este cvasistationar, intrucat unii electroni se intorc in metal, iar altii parasesc metalul, dar pe ansamblu, pentru o anumita temperatura a metalului, situatia poate fi admisa dupa cum este reprezentata in fig.  


Fig. 3.1 Bariera de potential la un metal

Se poate deci admite ca orice metal este inconjurat de un strat de electroni, deci pe distanta d actioneaza un camp electric E. Pentru ca un alt electron sa poata strabate spatiul d, este necesara o energie care sa invinga forta de atractie F dintre electron si campul E. F = e0 . E;

 e0 = 1,59 . 10-19 Cb                                                                                                                             (3.1)

Lucrul mecanic consumat pentru ca electronul sa poata strabate spatiul d si sa paraseasca zona in care actioneaza campul electric E, se numeste lucru mecanic de iesire Lie.

Lie = F . d = e0 . E . d = e0 . Uie                                                                                                             (3.2)

in care produsul E . d care este o tensiune, s-a notat cu simbolul Uie (tensiune de iesire).

Au fost determinate experimental tensiunile de iesire pentru diferite elemente, avand suprafata curata sau acoperita cu straturi absorbante. In tabelul 3.1 sunt prezentate [51] aceste valori.

Tabelul 3.1 Tensiunile de iesire Uie [V] pentru unele elemente

Starea suprafetei

Elementul

K

Na

Ca

Mg

Al

Fe

Cu

C

W

Curata

2,02

2,12

3,34

3,74

3,95

4,79

4,82

4,81

5,36

Acoperita cu substante absorbante

0,46

1,80

1,70

1,77

1,77

3,92

3,85

4,30

4,31

Se observa ca pentru suprafetele acoperite cu substante absorbante, tensiunea de iesire este mai redusa, intrucat aceste straturi micsoreaza efectul barierei de potential, prin micsorarea campului electric E.

Energia cinetica a electronului necesara pentru a strabate bariera de potential se poate mari prin incalzirea metalului, prin accelerarea electronilor in campuri electrice inverse campului E si prin bombardarea metalului cu particule avand energii mari.

Prin incalzirea metalului se produce o emisie de termoelectroni, a carei densitate de curent poate fi calculata cu ajutorul urmatoarei relatii:

                                                                                                                               (3.3)

in care T este temperatura absoluta a metalului; k este constanta lui Boltzmann k = 1,38 . 10-16 erg/K; iar A este o constanta care pentru metale pure are valori cuprinse intre 15 – 350 A/cm2 . k2 (in cazul in care electronii se indeparteaza de metal fara sa sufere reflexii, se iau in consideratie valorile superioare, iar atunci cand se imprastie se iau valorile inferioare).

Prin aplicarea unui camp electric exterior Eex invers campului E, emisia de electroni se intensifica, iar densitatea de curent devine:

                                                                                                      (3.4)

Dupa cum s-a mai aratat este posibila emisia de electroni si prin bombardarea catodului cu ioni a caror energie cedata electronilor (W+), trebuie sa depaseasca valoarea lucrului mecanic de iesire (Lie), insumata cu energia (W-) pe care trebuie sa o mai pastreze electronul dupa ce a parasit bariera de potential. Deci:

W+ ³ Lie + W-

S-a constatat insa ca numai aproximativ 30% din ionii care bombardeaza electronul provoaca emisia unor electroni, care pot parasi metalul si depasesc bariera de potential. Rezulta ca rolul preponderent la emisia de electroni din metal il constituie temperatura si campul electric exterior.

2. Excitarea si ionizarea atomilor

Electronii care au reusit sa depaseasca bariera de potential caracteristica fiecarui element, daca sunt accelerati intr-un camp electric avand tensiunea U, obtin o energie cinetica:  in care

me = 9,106 . 10-28 [g] este masa electronului. Se observa ca viteza electronilor ve este cu atat mai mare cu cat tensiunea de accelerare U are valori mai mari.

Acesti electroni accelerati intalnesc in drumul lor atomi ai gazelor pe care ii pot lovi. Impactul dintre electroni si atomi, ( care depinde de energia cinetica a electronilor) poate fi elastic (in cazul energiilor mici), sau poate avea alte consecinte (in cazul energiilor mai mari).

Astfel in cazul unor energii suficiente ale electronului accelerat, in urma impactului cu un atom, pot avea loc salturi ale electronilor din edificiul atomic. Considerand modelul atomic al lui Bohr, impactul are ca efect trecerea unui electron pe o orbita cu raza mai mare decat raza pe care e situat in mod obisnuit electronul respectiv. Acest atom se numeste atom excitat si revenirea lui la starea initiala se manifesta printr-o emisie de cuante luminoase, avand anumite frecvente.

Daca energia electronului de impact este si mai mare, se poate intampla ca atomului sa-i fie smuls un electron si sa se obtina ionizarea atomului. Ionizarea unui atom este cu atat mai usoara cu cat acesta poseda electroni mai slab legat de nucleul atomic, respectiv mai indepartati de nucleu.

Analizand repartitia electronilor pe nivelele energetice la metalele alcaline, se observa ca la periferia fiecarui atom exista cate un electron slab legat de nucelu, pe nivelul (n s)1, unde n variaza de la 1 la 6, de la hidrogen la cesiu. Rezulta ca ionizarea cea mai usoara o prezinta metalele alcaline.

Pornind spre dreapta tabloului periodic al elementelor, se observa ca nivelul (n s) se satureaza si ajung la gazele inerte, sa obtina octetul electronic stabil (n s)2 . (n p)6. Rezulta ca atomii se ionizeaza tot mai greu atingand un maxim la gazele inerte.

Notiunile prezentate se refera la ionizarea prin smulgerea unui singur electron din edificiul atomic, ceea ce se intampla in cazul arcului electric pentru sudare. In cazul plasmei, ionizarile sunt mai intense, atomii pierzand mai multi electroni, ceea ce insa necesita energii tot mai mari. Spre exemplu la beriliu: U¢¢1 = 9,29 V pentru smulgerea unui electron, U¢¢2 = 18,12 V pentru smulgerea celui de al II-lea electron si U¢¢3 = 153,10 V pentru extragerea celui de al III-lea electron [45].

Tensiunea acceleratoare la care energia electronului de impact este suficienta pentru a excita sau ioniza atomii, se numeste tensiune de excitare U¢, respectiv tensiune de ionizare U¢¢.

In tabelul 3.2 sunt prezentate tensiunile de ionizare U¢¢[51] pentru unele elemente a caror atomi pot fi intalniti in spatiul arcului electric.

Tabelul 3.2 Tensiunile de ionizare a unor elemente

Element

H

Li

Na

K

Rb

Cs

Be

Mg

Ca

Ba

Ti

Zr

V

Nb

13,60

5,40

5,18

4,35

4,17

3,91

9,29

7,64

6,13

5,22

6,87

6,96

6,78

6,78

Element

Cr

Mo

W

Mn

Fe

Co

Ir

Ni

Pt

Cu

Ag

Zn

Cd

Al

6,78

7,23

8,00

7,43

7,91

7,87

9,22

7,65



9,00

7,74

7,61

9,38

9,00

6,00

Element

C

Si

N

O

F

Cl

He

Ne

Ar

Kr

Xe

11,30

8,17

14,60

13,65

17,50

13,05

24,60

21,58

15,80

14,06

12,17

Intotdeauna tensiunile de excitare U¢ au valori infrioare tensiunilor de ionizare U¢¢.

Atomii ionizati sau excitati, au energii suplimentare fata de atomii initiali. Din acest motiv exista o tendinta a lor de a reveni la starea initiala prin degajare de energie. Tinand seama de constanta lui Plank

h = 6,62 . 10-27 erg . s, se poate calcula frecventa f a cuantelor de energie emisa care se situeaza in domeniul vizibil. Practic, in spatiul arcului electric au loc in mod continuu procese deexcitare, dezexcitare, ionizare si recombinare, ajungandu-se la o stare cvasistationara, caracterizata printr-un anumit grad de ionizare x, pentru presiunea p si temperatura T. Acesta stare produsa in urma accelerarii electronilor initiali de impact, cat si a accelerarii electronilor rezultati din ionizarile succesive, este starea de plasma a carei grad de ionizare x este dat de ecuatia lui Saha:

                                                                                          (3.6)

Gradul de ionizare x este raportul dintre numarul de atomi ionizati si numarul de atomi ai gazului sau amestecului de gaze si vapori la care ne referim si depinde de temperatura, dupa cum se observa din fig. 3.2.

Figura 3.2 Gradul de ionizare in functie de temperatura pentru diferite elemente [7]

Presiunea p se exprima in mm col. Hg, iar temperatura absoluta T in K. Raportul e0/k este constant si are valoarea

                                                                                                                            (3.7)

Constanta a din ecuatia lui Saha depinde de greutatile statistice ale electronului, ionului pozitiv si atomului, fiind date pe grupe de elemente din sistemul periodic, in tabelul 3.3.

Tabelul 3.3 Valorile constantei a din ecuatia lui Saha pentru diferite elemente

Elementul

a

Elementul

a

H, Na, K

1

N, P, V, Nb

3/2

Mg, Ca, B

4

O, S, Cr, Mo, W

8/3

Al

1

F, Cl, Mn

3

C, Si, Ti, Sn, Pb

4/3

Fe, Co, Ni

4

Dupa cum s-a mai aratat, gradul de ionizare din plasma arcului electric pentru sudare, nu depaseste 30%,adica x = 0,3. In ecuatia lui Saha se poate deci neglija x2 fata de unitate si se obtine astfel o ecuatie mai simpla.

x = 1,55 . 10-2 . a . p-0,5 . T1,25 . e-5800 U¢¢/T                                                                                            (3.8)

Din aceasta relatie se poate calcula si tensiunea de ionizare U¢¢ pentru un gaz in functie de x

                                                                                                 (3.9)

Aceasta relatie este adevarata pentru plasma formata intr-un singur gaz.

In realitate in spatiul arcului electric se gaseste un amestec de gaze si vapori. Considerand ca presiunea partiala a gazului I, care are ni molecule este Pi, iar presiunea amestecului de gaze, care are un numar total de n molecule este p, se cunoaste ca:

                                                                                                                                              (3.10)

Daca gazul i are un grad de ionizare partial xi, iar amestecul de gaze are un grad de ioniazare global x, se poate scrie relatia:

                                                                                                                                (3.11)

Stiind ca relatia (3.8) este adevarata pentru un singur gaz, prin generalizarea data de relatia (3.11), adoptata la mai multe gaze se obtine:

                                                           (3.12)

Analog se poate calcula tensiunea de ionizare a amestecului de gaze U¢¢

                                                                                             (3.13)

Din acesta relatie se observa ca gazul cu tensiunea de ionizare minima are influenta cea mai mare asupra tensiunii de ionizare a amestecului de gaze din care face parte. Acest lucru este evident deoarece gazele cu tensiune de ionizare U¢¢i mare, dau pentru exponentialele lor valori relativ mici, care in suma respectiva au pondere mica.

Deci la un amestec de gaze poate fi coborat potentialul de ionizare, prin introducerea unei cantitati de gaz cu potential redus de ionizare. Spre exemplu la un amestec de vapori de fier (U¢¢Fe = 7,91 V) si vapori de potasiu (U¢¢K = 4,35 V) pentru o cantitate de numai 5% potasiu, tensiunea de ionizare a amestecului scade cu aproximativ 30% [51] fata de tensiunea de ionizare a vaporilor de fier.

Cu cat tensiunea de ionizare a gazelor dintre electrozi este mai coborata, cu atat amorsarea arcului electric este mai usoara, iar stabilitatea sa este mai buna.

3. Amorsarea arcului electric

In conditiile normale de temperatura si presiune, spatiul gazos dintre catod si anod contine un numar redus de ioni, iar emisia de electroni a catodului este de asemenea redusa. In aceste conditii, amorsarea arcului electric ar fi posibila numai la valori ale tensiunii relativ ridicate, care nu ar corespunde sub aspectul productivitatii muncii. In practica au fost construite dispozitive care sa creeze tensiuni ridicate pentru amorsarea arcului electric. Spre exemplu, instalatiile de sudare WIG sunt echipate cu oscilatoare de ionizare, care amorseaza arcul electric pe distante de cativa milimetrii. Acest lucru este posibil datorita curentilor de inalta frecventa si de tensiune inalta pe care ii produc. Frecventa acestor curenti trebuie sa fie inalta, pentru a nu expune personalul care deserveste instalatia, pericolului de electrocutare.

Amorsarea arcului electric se poate produce si in cazul unor tensiuni reduse avand valori de cativa zeci de volti, dar in acest caz este necesara incalzirea locala a spatiului dintre catod si anod.

Acesta situatie este intalnita la toate procedeele de sudare cu arc electric, la care instaltiile aferente nu au un echipament suplimentar pentru amorsare.

Astfel prin atingerea electrodului cu piesa ( prin scurcircuitare), are loc o incalzire intensa a partilor in contact si a gazelor din jur.

Prin aceasta este favorizata aparitia electronilor primari, datorita emisiei termoelectronice, precum si datorita ionizarii unor atomi de gaz. Prin indepartarea electrodului fata de piesa, se formeaza un camp electric in care electronii primari incep sa fie accelerati. In drumul lor ei pot suferi ciocniri elastice cu atomii intalniti, dar pot provoca si excitarea sau chiar ionizarea acestor atomi cu eliberarea unor electroni (electroni secundari). La randul lor acesti electroni sunt si ei accelerati luand parte la acelasi proces. O alta parte din electronii primari si secundari, intalnind ionii pozitivi de gaz, se recombina, formand atomii neutrii. Cu cat au loc mai multe ionizari si mai putine recombinari, numarul purtatorilor de sarcina este mai mare, ionizarile ulterioare sunt favorizate, creste intensitatea curentului de sudare Is, care strabate spatiul gazos ionizat si creste temperatura plasmei formate. In acelasi timp are loc o scadere a rezistentei electrice a gazului ionizat si ca urmare scade diferenta de potential dintre catod si anod, care se mai numeste tensiunea arcului Ua.

Rezulta ca vaporii metalelor alcaline in spatiul arcului electric favorizeaza amorsarea si stabilitatea acestuia, pe cand elementele care capteaza electroni (spre exemplu fluorul) sunt defavorabile sub acest aspect.

Procesele prezentate schematic la acest punct sunt mult mai complexe in realitate si ating o stare cvasistationara dupa un anumit timp de la amorsarea arcului.

Deci tensiunea arcului Ua si intesitatea curentului de sudare Is raman practic constante dupa acesta perioada de tranzitie, ceea ce se poate observa din figura 3.3.

Fig. 3.3 Variatia intensitatii curentului de sudare si a tensiunii arcului in timpul regimului tranzitoriu de la amorsare [49]

4. Zonele arcului electric

Arcul electric care se gaseste intr-o stare cvasistationara este caracterizat prin mai multi parametrii care pot fi considerati constanti. Printre acestia pot fi amintiti T, x, p, Ua, Is si lungimea arcului La.

Pe lungimea arcului electric se disting trei zone notate in fig. 3.4 cu urmatorii indici:

—    indicele k pentru zona catodica

—    indicele an pentru zona anodica

—    indicele C pentru zona coloanei arcului.

Dupa cum se observa din figura 3.4. tensiunea arcului Ua nu este uniform repartizata pe lungimea sa, ci pe trei zone distincte, in concordanta cu cerintele energetice ale acestor zone.

Fig. 3.4 Repartizarea diferentelor de potential pe lungimea arcului electric

Zona catodica se intinde pe o lungime mica (10-4 – 10-6 cm), avand ordinul de marire a drumului liber al electronilor in conditii normale de presiune. In aceasta zona se poate aprecia ca electronii nu sufera ciocniri. Zona catodica poate fi imaginata ca fiind limitata intr-o parte de suprafata metalica din care sunt emisi termoelectronii si in partea opusa, de suprafata coloanei arcului din care sunt atrasi ionii pozitivi. Tinand seama ca aceasta zona, in care particulele accelerate nu sufera ciocniri, are o lungime mica LK, rezulta ca intensitatea campului electric EK din zona catodului are valori mari (106 – 107 V/cm)

Densitatea curentului nu este uniforma pe sectiunea arcului electric si se constata densitati mai mari de curent in partea lui centrala, unde datorita temperaturii mai mari, numarul purtatorilor de sarcina este mai mare.

Corespunzator acestei zone de densitate maxima de curent, pe suprafata catodului apare o portiune cu temperatura superioara fata de portiunile invecinate, care se numeste pata catodica. Emisia de electroni ai petei catodice este mult mai intensa decat a zonelor invecinate, datorita temperaturii ei mai ridicate, cat si datorita impactului la care este supusa sub actiunea ionilor grei pozitivi.

Temperatura petei catodice TpK are valori sub temperatura de fierbere Tf a metalului catodului, atunci cand temperatura de topire Tox a oxidului metalic, este apropiata de temperatura de topire a metalului. In caz contrar TpK are valori peste temperatura de fierbere a metalului, ceea ce se observa din tabelul 3.4. [49] in cazul aluminiului si magneziului.

Tabelul 3.4 Temperatura petei catodice Tpk fata de temperatura de fierbere Tf a unor elemente

Temperatura

Ni

Fe

C

W

Mg

Al

Tpk   K

2365

2430

3400

3640

3000

3400

Tf    K

3173

3271

------

6200



1380

2330

Acest lucru se poate explica prin faptul ca oxizii metalici greu fuzibili au un punct ridicat de fierbere, deci ridica si temperatura petei catodice. Odata cu cresterea curentului de sudare, suprafata petei catodice Apk creste, iar densitatea curentului jpk scade dupa cum se observa in fig. 3.5.

Fig. 3.5. Variatia suprafetei petei catodice Apk si a densitatii curentului jpk in functie de curentul prin arc in cazul electrozilor de Wolfram [49]

Pata catodica are o miscare dezordonata pe suprafata catodului, ceea ce poate fi explicata prin doua ipoteze:

a)     Impuritatile suprafetei catodului creeaza varfuri microscopice in care campul electric creste si faciliteaza emisia de electroni si favorizeaza formarea petei catodice in aceste locuri. Datorita volatilizarii continue a suprafetei catodului, apar impuritati in alte locuri spre care se orienteaza intr-o miscare permanenta si dezordonata pata catodica.

b)     A doua ipoteza presupune ca in pata catodica au loc evaporari instantanee sub forma de explozii a materialului catodului, care faramiteaza pata catodica si o impinge spre alte regiuni de pe suprafata catodului. Este posibil ca ambele procese sa aibe loc simultan.

Tensiunea catodica UK poate fi calculata daca se tine seama ca intensitatea curentului de sudare Is are doua componente, intrucat exista doua categorii de purtatori de sarcina (electronii si ionii pozitivi).

Notand cu e partea curentului corespunzatoare deplasarii electronilor, rezulta ca (1 - e) este partea curentului corespunzatoare deplasarii ionilor. Deci componenta curentului produsa de deplasarea electronilor a caror numar emis in unitate de timp este ns, va fi:

e . Is = ne . eo                                                                                                                                        (3.14)

Pentru a emite acesti electroni este consumata o putere de emisie Pem, care contine lucrul mecanic de iesire al electronilor Lie in unitate de timp, plus energia termica 2kT a electronilor la temperatura respectiva, in care k este constanta lui Boltzmann, adica:

                                                                               (3.15)

In acelasi timp componenta curentului (1 - e) Is produs de deplasarea ionilor pozitivi, bombardeaza materialul catodului.

Presupunand ca in valoare absoluta, sarcina ionilor este egala cu sarcina electronilor eo, vor avea loc in unitate de timp un numar de nimp, ciocniri ale catodului de catre ioni.

                                                                                                                               (3.16)

Presupunand ca la un impact este cedata catodului energia de ionizare eoU¢¢ si energia termica 2kT, corespunzatoare ionului la temperatura T, rezulta puterea transmisa prin impact:

                                                               (3.17)

In cazul electronilor de wolfram topirea este neglijabila, deci se poate neglija si energia necesara topirii lor. In aceasta situatie bilantul energetic al zonei catodice la nivelul petei catodice va fi:

Is . UK = Pem – Pimp                                                                                                                              (3.18)

Prin inlocuirea puterilor din relatiile (3.15) si (3.17) si prin simplificarea cu Is rezulta:

                                                                            (3.19)

                                                                                            (3.20)

Prin inlocuirea valorilor eo si k se obtine

                                                                                           (3.21)

In relatia 3.21 factorul e are intotdeauna valoarea mai mica decat 1. Cu cat masa ionilor pozitivi este mai mare, mobilitatea lor pe lungimea zonei catodice scade, iar ponderea curentului datorat ionilor scade de asemenea. In acesta situatie valoarea factorului e creste fara a ajunge la valoarea 1. Valoarea e = 1 poate fi atinsa doar in vid absolut.

Prin particularizarea relatiei 3.21 la sudarea in argon (U¢¢argon = 15,80 V) cu electrod de Wolfram

(Uie = 5,36 V TK = 3640 K) rezulta: UK = 22,42e - 16,43

Admitand [51] ca e este circa 0,9 se obtine UK = 3,77 V

Cu ajutorul relatiei 3.21 se poate afla si cota parte eIs a curentului datorita miscarii electronilor, precum si cota parte (1 - e)Is a curentului datorita miscarii ionilor pozitivi, daca este determinata experimental tensiunea UK.

Pentru calcularea tensiunii UK in cazul catodului fuzibil, in ecuatia bilantului energetic pentru zona catodica, dat de relatia /3.18), se mai introduce si consumul energetic Pt necesar pentru topirea catodului in unitate de timp.

Is . UK = Pem – Pimp + Pt                                                                                                                       (3.22)

in care: Pt = Ut . Is, iar caderea de potential Ut este necesara topirii electrodului si se poate afla din relatia (2.129) a coeficientului de topire aT [g/A . h]. Pentru otel [49] valorile caderii de potential sunt Ut = 0,642aT, iar relatia 3.21 devine:

                                                                      (3.23)

Se observa ca tensiunea corespunzatoare zonei catodice UK in cazul electronilor fuzibili, mai contine in plus un termen care indica aportul energetic suplimentar, pentru topirea capatului electrodului.

Coloana arcului are o extindere relativ mare, care poate ajunge la cativa zeci de mm si este practic egala cu lungimea arcului (Practic pot fi neglijate lungimile corespunzatoare zonei catodice si anodice in raport cu lungimea coloanei).

Coloana arcului este sediul unor procese rapide de excitare-dezexcitare, ionizare-combinare si de transport a purtatorilor de sarcina, avand viteza medie vps. Notand cu Lc @ La lungimea coloanei arcului, cu rc raza coloanei arcului in care se admite o temperatura Tc, iar cu Uc caderea de potential pe lungimea coloanei, a carei rezistenta este Rc.

Uc = Rc . Is                                                                                                                                           (3.24)

Intensitatea curentului de sudare Is este dependenta de sectiunea coloanei arcului numarul de purtatori de sarcina (gradul de ionizare) si viteza acestora vps

                                                                                                                       (3.25)

in care constanta de proportionalitate D se numeste mobilitate si are expresia:

                                                                                                                                (3.26)

l fiind drumul liber mijlociu al purtatorilor de sarcina, iar

                                                                                                                                          (3.27)

este viteza medie de agitatie termica.

Particularizand aceste relatii pentru viteza electronului v- si a ionilor pozitivi v+, rezulta  ca viteza ionilor este extrem de scazuta fata de viteza electronilor

v+ = 4,25 . 10-3 v-                                                                                                                                 (3.28)

Rezulta ca in plasma coloanei arcului, electronii sunt cei care determina trecerea curentului la fel ca si in metale.

Numarul total de electroni proveniti din ionizarea atomilor din amestecul de gaze este dat de relatia 3.11

Prin sectiunea pr2 a coloanei arcului vor trece cu o viteza v- un numar N- de electroni care vor produce curent de intensitate Is = eo . N- deci:

                                                                                                               (3.29)

iar

                                                                          (3.30)

Din relatia 3.30 se poate obtine rezistenta electrica Rc a coloanei arcului

                                                                                                        (3.31)

Prin analogie cu relatia rezistentei unui conductor, din relatia 3.31 se observa ca factorul D . eo . n . x reprezinta conductivitatea electrica a coloanei arcului.

Pentru o anumita tensiune constanta, data de sursa electrica de sudare, arcul are o stabilitate cu atat mai mare cu cat rezistenta sa electrica are valori mai mici.

Din relatia 3.31 rezulta ca, pentru a mentine rezistenta la valori cat mai reduse, atunci cand creste La, este necesar sa creasca si numitorul expresiei. Acest lucru este posibil prin marirea numarului nx de ioni si de electroni din coloana arcului electric, care ii maresc stabilitatea.

In practica marirea stabilitatii arcului electric se realizeaza prin introducerea substantelor cu potential redus de ionizare U¢¢ in spatiul arcului electric sau cu dispozitivele de ionizare (oscilatoare de ionizare, excitatoare de impulsuri) care au rolul de a mari numarul purtatorilor de sarcina.

In cazul tensiunilor de ionizare U¢¢ cu valori mici, scade mult rezistenta electrica a arcului si prin urmare si energia degajata de acesta.

In cazul arcului de plasma, care este un arc constrans, sectiunea  a coloanei este redusa datorita ajutajului prin care e silita sa treaca, iar lungimea coloanei La este mare. In aceste conditii rezistenta coloanei creste si pentru a putea fi strabatuta de curentul necesar mentinerii temperaturii inalte, se impune o crestere corespunzatoare a tensiunii de alimentare.

Prin aceasta creste si energia degajata de arcul de plasma.

Rezistenta coloanei arcului de plasma, respectiv energia degajata, poate sa creasca, daca substantele din arc au potentiale de ionizare ridicate.

In concluzie concentrarea energiei in plasma termica este posibila prin reducerea sectiunii coloanei, prin folosirea unor lungimi mari ale arcului si prin utilizarea unor gaze plasmogene cu tensiune de ionizare mare.

Asigurarea stabilitatii arcului in aceste conditii este posibila numai prin alimentarea electrozilor cu tensiuni mai mari decat la arcul normal.

Temperatura coloanei arcului Tc se poate calcula pornind de la relatiile (3.30) si (3.12), in care D se inlocuieste cu valoarea corespunzatoare electronului

                                                                                                            (3.32)

La acest calcul se mai tine seama ca n, numarul atomilor de gaz in unitate de volum la temperatura T k, este dat de legea lui Avogadro.

nT =n0T0                                                                                                                                             (3.33)

Se stie [51] ca la T0 = 273 K si P0 = 760 mm col Hg, in unitate de volum exista n0 = 269 . 1019 particule.                                                                                      (3.34)

Inlocuind valorile cunoscute se obtine:

Is = 2,6 . 103 .  . Ec . T0,75 . e-5800 U¢¢/T                                                                                             (3.35)

Pentru a se asigura stabilitatea arcului, este necesar ca energia furnizata de curentul electric sa fie egala cu energia radiata de arc, caracterizata de coeficientul de cedare a caldurii prin radiatia eC0.

Is . Uc = e . C0 . Sc . T4                                                                                                                          (3.36)

Is . Ec . La = e . C0 . p . La . T4                                                                                                          (3.37)

Echilibrul cvasistationar se stabileste atunci cand raza coloanei are o anumita valoare rc care asigura o anumita suprafata care radiaza energia.

                                                                                                                           (3.38)

Inlocuind rc in relatia (3.35) si separand factorii Is . Ec se obtine:

                                                                                                  (3.39)

Sub aspect energetic stabilitatea arcului este asigurata pentru energia libera minima. Conditia de minim este data de relatia.

                                                                                                                                   (3.40)

Prin efectuarea calculelor rezulta

T = 810 U¢¢0                                                                                                                                        (3.41)

adica temperatura medie a coloanei arcului nu depinde de parametrii de sudare, ci depinde numai de tensiunea de ionizare U¢¢ a substantelor din spatiul arcului. Experimental aceste date au fost confirmate [51] si anume:

La sudarea in aer cu electrozi de otel s-a masurat Tc = 6100 ± 200 K se observa ca este mai redusa. Prin introducerea vaporilor de K2CO3 cu tensiuni de ionizare si mai scazute s-a masurat Tc = 4300 ± 200 K [51].

Relatia 3.41 este adevarata numai pentru calcularea temperaturii arcului electric normal de sudare.

In cazul arcului electric constrans prin mijloace mecanice sau magnetice, energia repartizata pe unitatea de volum a coloanei este cu mult mai mare decat la arcul normal. In aceste conditii temperatura coloanei arcului este net superioara valorii de 6000 K, atingand in cele mai multe cazuri 15000 – 20000 K si uneori chiar 50000 K [51] .

Zona anodica are o extindere redusa de acelasi ordin de marime cu zona catodica. In aceasta zona electronii care vin din coloana arcului sunt accelerati de caderea de tensiune anodica Uan si izbesc anodul, cedandu-I energia acumulata.

Intrucat anodul nu emite electroni nu se consuma nici o energie suplimentara pentru aceasta si temperatura sa Tan este de obicei mai mare decat temperatura catodului.

Masurarea experimentala a valorilor temperaturilor la unele elemente confirma acest lucru. Astfel:

Tan = 2450 K in cazul nichelului

Tan = 2600 K in cazul fierului

Tan = 4000 K in cazul grafitului

Tan = 4250 K in cazul Wolframului

Si la anod se formeaza o suprafata denumita pata anodica a carei extindere depinde de curentul de sudare. Densitatea curentului ramane practic constanta la nivelul petei anodice, astfel incat la marirea curentului de sudare suprafata acesteia se mareste practic liniar odata cu curentul.

In urma masuratorilor facute in cazul electrozilor de otel, densitatea curentului la nivelul petei anodice s-a mentinut practic in jurul valorii jan = 8,78 A/mm2 pentru o variatie a curentului de sudare intre 80 si 200 A, iar suprafata petei anodice a crescut practic liniar odata cu curentul de la 5 la 12 mm2. In general tensiunea anodica este constanta in majoritatea cazurilor si este de

Uan = 2,5 ± 0,5 V                                                                                                                                (3.42)

In spatiul arcului electric se mai gasesc si elemente care au tendinta de a se ioniza prin captare de electroni. Ionii negativi ai acestor elemente au acelasi sens de deplasare ca si electronii, dar avand o masa mai mare, viteza lor este mult mai mica decat a electronilor. Ei pot lovi anodul, datorita accelerarii pe care o primesc sub actiunea campului electric din zona anodului si ii cedeaza anodului energia. Sub aspect energetic rolul acestor ioni este destul de redus, in schimb inrautatesc puternic stabilitatea arcului, datorita captarii purtatorilor de sarcina. Spre exemplu, se poate aminti cazul ionilor de fluor care, daca se gasesc in cantitate mare, manifesta o accentuata tendinta de stingere a arcului.

Astfel, la cuptoarele electrice bazice cu arc electric pentru elaborarea otelurilor, in momentul cand se arunca pe suprafata zgurei CaF2, pentru a-i mari fluiditatea, se observa intreruperi periodice temporare ale arcurilor electrice, care se datoresc ionilor negativi de fluor captatori de electroni.

Acest efect negativ se poate observa si in cazul utilizarii la sudare a fluxurilor care contin fluor. Instabilitatea arcului electric in acest caz poate fi micsorata, prin utilizarea unor tensiuni de alimentare mai mari si prin compensarea efectului nedorit al fluorului, cu cantitati mai mari de substante acaline, avand tensiunea de ionizare U¢¢ mai joasa.

5. Caracteristica statica a arcului electric

Daca tensiunea de alimentare primita de la sursa de curent isi mentine tot timpul aceeasi polaritate, in arcul electric format intre electrdul negativ denumit catod si electrodul pozitiv denumit anod semnul purtatorilor de sarcina va fi mereu acelasi, atat timp cat arcul este stabil. In cazul in care sursa de curent alimenteaza arcul cu o tensiune alternativa, sensul purtatorilor de sarcina din arc se schimba la fiecare semiperioada, iar rolul de catod si de anod se succede alternativ pentru fiecare electrod, cu aceeasi frecventa. Plasma din coloana arcului electric se comporta in mod asemanator unui conductor care are o anumita rezistenta, iar pe lungimea ei are loc o cadere de tensiune Ua, care se numeste tensiunea arcului si dupa cum se observa din fig. 3.4 este data de relatia:

Ua = UK + Uc + Uan                                                                                                                             (3.43)

Parametrii caracteristici ai arcului electric care pot fi usor masurati si intre care exista intotdeauna o corelatie sunt: tensiunea arcului Ua, lungimea arcului La si intensitatea curentului Is. Legatura dintre aceste marimi poarta numele de caracteristica statica a arcului electric si in mod obisnuit se reprezinta grafic sub forma unor familii de curbe Ua = f(Is), pentru diferite lungimi La.

Dupa cum se observa din figura 3.6 se pot delimita mai multe zone ale caracteristicii statice a arcului electric in functie de valorile Is.

Astfel in zona I-a se observa o coborare a tensiunii pe masura ce creste curentul de sudare. Aceasta se poate explica prin faptul ca la intensitati mici de curent, tensiunile UK + Uan raman practic constante si scade numai tensiunea Uc, atunci cand creste Is. Scaderea tensiunii Uc se produce datorita cresterii gradului de ionizare a atomilor din coloana arcului, odata cu cresterea intensitatii de curent Is.

In zona a II-a, corespunzatoare curentilor cuprinsi intre 100 – 1000 A, se observa ca tensiunea arcului este practic independenta de curent, deoarece pe masura ce creste curentul, creste si diametrul coloanei arcului. Prin aceasta densitatea de curent ramane practic constanta, iar campul electric corespunzator lungimii arcului, respectiv tensiunea arcului Ua = ct.



Fig. 3.6 Caracteristicile statice ale arcului electric pentru diferite lungimi La

In zona a III-a corespunzatoare curentilor mai, peste 1000 A, se observa ca tensiunea arcului Ua creste pe masura ce creste intensitatea curentului Is. In aceasta situatie pata catodica a ajuns egala in marime cu suprafata anodului si nu mai are posibilitatea de a se mari. Rezulta ca densitatea de curent prin arc creste in aceasta zona odata cu cresterea curentului. Deoarece conductivitatea electrica a coloanei ramane practic constanta, tensiunea arcului va creste aproximativ liniar, odata cu cresterea curentului Is.

Aceste observatii sunt adevarate atat pentru arcul electric de curent continuu, cat si pentru arcul electric de curent alternativ, in cazul caruia tensiunea arcului Ua si intensitatea curentului Is sunt considerate la valorile efective.

Pentru exprimarea matematica a caracteristicii statice a arcului electric, exista mai multe relatii, printre care se pot aminti:

a)     relatia lui K.K. Hrenov Ua = a + b . La in care a = UK + Uan, iar b este gradientul campului in coloana arcului. Relatia este adevarata pentru curentii de sudare mai mari decat 150 – 200 A la care tensiunea arcului ramane practic constanta

b)     relatia lui M. Ia. Broun

In aceasta relatie T este temperatura arcului in K iar lungimea arcului La este exprimata in [cm]. Relatia este importanta teoretic.

c)     relatia lui Ayrton  in care constantele a, b, c, d, sunt caracteristicile pentru fiecare gaz, dupa cum se observa din tabelul 3.5.

Tabelul 3.5 Valorile constantelor din relatia lui Ayrton

Constanta

Aer linistit

Aer suflat

Ar

CO2

N2

a [V]

35,7

44,1

24,2

44,5

48,2

b [v/cm]

3,0

2,6

0,9

1,7

2,6

c [VA]

114,0

17,8

10,2

10,2

23,3

d [VA/cm]

1,8

1,8

0

8,6

5,3

6. Efectul de redresare al arcului electric de curent alternativ

Dupa cum s-a mai aratat, in cazul arcului electric de curent alternativ, rolul de catod si anod se inverseaza in mod periodic, in functie de frecventa tensiunii de alimentare us, care variaza sinusoidal dupa cum se observa in fig. 3.7.

Daca se considera ca nu exista nici un defazaj intre tensiune si curent, trecerea curentului prin arc se poate explica pe baza datelor reprezentate in fig. 3.7.

Fig. 3.7. Variatia in timp a tensiunii arcului μa, a curentului prin arc is  si a tensiunii de alimentare μs

Inainte de amorsarea arcului electric, curentul este nul (is = 0 ), intrucat prin arc nu trece curent. In aceasta situatie, intre electrozii conectati la sursa de curent, tensiunea este egala cu tensiunea sursei si variaza dupa sinusoida us.

Daca sunt create conditiile de aprindere a arcului electric (ionizare locala, incalzire, etc.), tensiunea sursei us continua sa varieze sinusoidal pe portiunea 0 – 1. In punctul 1, tensiunea sursei ajunge la valoarea de aprindere Uap, care este suficient de mare ca sa accelereze purtatorii de sarcina, iar acestia la randul lor sa produca prin ciocnire noi ioni. Prin aceasta, spatiul dintre electrozi devine conducator si diferenta de potential dintre cei doi electrozi scade la valoarea Uar (tensiune de ardere).

Intrucat intre punctele 1 si 2 sursa este capabila sa furnizeze o tensiune Us > Uar, arcul arde stabil pe aceasta portiune.

Pe portiunea 2 - 0¢ sursa produce o tensiune us cu valori mai mici decat tensiunea Uar necesara arderii arcului si arcul se intrerupe. Fenomene similare au loc si pe semiperioada negativa, incepand cu punctul 0¢. Rezulta ca arcul arde numai intre punctele 1 – 2, respectiv 1¢ - 2¢, intre care curentul variaza dupa curba is.

Se observa deci ca arcul de curent alternativ arde intermitent, avand pauze de ardere (t2 + t1), in care is ® 0.

In cazul in care electrozii sunt din acelasi material, iar dimensiunile, respectiv conditiile lor de racire sunt egale, tensiunea de aprindere pe semiperioada pozitiva Uap este egala cu tensiunea de aprindere pe semiperioada negativa U¢ap. Rezulta ca tensiunile de ardere Uar si U¢ar vor fi egale, iar curbele de variatie ale curentului is si i¢s vor fi simetrice, deci .

In realitate materialele electrozilor difera fata de materialul de baza, iar dimensiunile si conditiile de racire sunt complet diferite.

Cel mai elocvent caz poate fi prezentat la sudarea aluminiului prin procedeul WIG, la care electrodul de Wolfram pur are tensiunea de iesire de aproximativ 2,5 ori mai mare decat tensiunea aluminiului acoperit cu Al2O3.

Daca se tinea seama si de conditiile de racire diferite ale electrodului de wolfram fata de conditiile de racire ale piesei de aluminiu rezulta ca Uar ¹U¢ar;  adica tensiunea arcului si curentul vor fi asimetrice cu toate ca alimentarea arcului se face cu o tensiune sinusoidala (simetrica).

In acesta situatie arcul electric conduce mai bine curentul intr-un sens, fata de sensul opus, deci are un efect partial de redresare (fig. 3.8). Efectul de redresare al arcului electric are o influenta negativa asupra stabilitatii arcului, intrucat in semiperioada in care curentul are valoarea redusa, ionizarile sunt mai reduse si creste tendinta de stingere. Efectul de redresare al arcului electric determina si o functionare necorespunzatoare a surselor de curent. Echiparea acestor surse cu anumite dispozitive (baterii de condensatoare, acumulatoare, excitatoare de impulsuri, oscilatoare de ionizare, etc.) permit eliminarea efectului de redresare a arcului electric.

Fig. 3.8 Efectul de redresare al arcului electric

7. Interactiunea magnetica a arcului electric

Sub denumirea de interactiunea magnetica a arcului electric se intelege suma efectelor magnetice ale curentilor din circuitul de sudare asupra coloanei de plasma din arc.

Se poate considera ca plasma coloanei arcului este formata dintr-o suma de conductoare strabatute in acelasi sens de curenti electric. Interactiunea campurilor magnetice produse de acesti curenti are un efect mecanic de constrangere a purtatorilor de sarcina. Datorita campului electric format intre particulele de acelasi semn, coloana arcului are si o tendinta de dispersie. In urma echilibrarii partiale a celor doua tendinte, coloana arcului nu este un cilindru, ci are forma unui trunchi de con. In cazul sudarii cu electrozi fuzibili, picaturile metalice care traverseaza coloana arcului, perturba campul electric de respingere a purtatorilor de sarcina si conicitatea coloanei este simtitor redusa (fig. 3.9)

Fig. 3.9 Forma coloanei arcului in cazul sudarii cu electrod fuzibil (a) si in cazul sudarii cu electrod nefuzibil (b)

In cazul sudarii cu electrod nefuzibil, prin spatiul arcului electric nu apar picaturi finite de metal lichid, deci efectul mecanic de respingere din colonaa datorita campului electric nu este perturbat. Din acest motiv coloana arcului la procedeul de sudare cu electrod nefuzibil are o forma de trunchi de con cu o inclinatie mare a generatoarei (fig. 3.9.b.)

Prin aceasta scade densitatea curentului pe anod si ca urmare scade patrunderea sudurii. Rezulta ca participarea metalului de baza in baia metalica este redusa, ceea ce prezinta avantaje la sudarea de incarcare si dezavantaje la sudarea tablelor groase.

Un caz deosebit il reprezinta suflul arcului la sudare cu arce multiple, prezentata in fig. 3.10

Se observa ca in cazul sudarii cu arce gemene (fig. 3.10.a.), la care ambii electrozi sunt alimentati de la aceeasi sursa de curent, are loc o atragere intre arce, datorita intersectarii campurilor magnetice ale curentilor paraleli de acelasi sens, care strabat coloanele de arc.

Fig. 3.10 Interactiunea dintre arcurile electrice multiple

In cazul arcelor independente (fig. 3.10.b.) alimentate individual de la surse de curent separate, daca curentii sunt de sens invers, are loc o interactiune a campurilor magnetice ale acestor curenti, cu efectul de respingere a coloanelor de arc. Efectul de atragere sau respingere din aceste cazuri este produs de interactiunea campurilor magnetice continue.

Suflul arcului este intens la sudarea cu curent continuu, pe cand la sudarea cu curent alternativ, datorita modificarii polaritatii de doua ori intr-o perioada, au loc modificari corespunzatoare ale fortelor de atractie – respingere si efectul este mai mic.

Suflul arcului este mai redus si in cazul sudartii cu curent continuu provenit de la redresoarele de sudare, intrucat acest curent nu este perfect continuu, ci are pulsatii. De asemenea suflul arcului se reduce in cazul sudarii cu arc pulsat.

Suflul arcului de la sudarea cu curent continuu apare si in cazul procedeelor de sudare cu un singur arc si mai cu seama in cazul sudarii pieselor feromagnetice.

La trecerea curentului electric prin electrod, prin arc si prin piesa, se creaza in apropierea arcului trei campuri magnetice, care interactioneaza reciproc si a caror rezultanta deviaza arcul electric fata de axa electrodului.

Daca in vecinatatea arcului se gasesc parti masive feromagnetice ale piesei, chiar daca acestea nu sunt parcurse de curent, pot concentra liniile de camp magnetic, iar arcul poate fi de asemenea deviat. In fig. 3.11 sunt prezentate cateva cazuri din care se observa modul de deviere a arcului electric, sub actiunea campurilor magnetice.

Suflul magnetic are un efect nedorit asupra conducerii procesului tehnologic de sudare si trebuie diminuat sau chiar eliminat daca este posibil.

In practica sunt utilizate mai multe metode de reducere sau eliminare a suflului arcului electric de sudare:

—    utilizarea curentului alternativ sau a curentului redresat la sudare.

—    sudarea cu arc electric cat mai scurt.

—    agrafarea cu puncte cat mai dese a partilor componente care se vor imbina.

—    sudarea in directia partilor masive ale pieselor, cu cordoane cat mai scurte, in pas de pelerin.

—    inclinarea corespunzatoare a electrodului, pentru corectarea devierii cauzate de suflul arcului.

—    aplicarea contactului la piesa, intr-o pozitie cat mai apropiata de locul in care se sudeaza, eventual, deplasarea acestui contact pe masura ce se sudeaza.

—    aplicarea a doua contacte la piesa, pentru bifurcarea curentului din piesa.

—    preincalzirea metalului de baza a carui permeabilitate magnetica scade odata cu cresterea temperaturii.

—    utilizarea unor bobine de deviere a arcului electric, aplicate pe piesa sau in vecinatatea arcului sau pe pistoletul de sudare, etc.

Fig. 3.11 Suflul arcului electric de curent continuu

a) interactiunea campurilor magnetice ale electrodului, arcului si a piesei parcurse de curent

b) interactiunea campului magnetic al arcului, cu peretii grosi feromagnetici ai piesei

c) interactiunea campului magnetic al arcului, cu peretii grosi ai rostului

d) interactiunea campului magnetic al arcului de la marginea piesei, cu masa metalica feromagnetica a piesei

Stabilitatea arcului electric nu are de suferit daca liniile de forta ale campurilor magnetice sunt paralele sau tangente in partea lor convexa la coloana arcului. In aceste situatii particulele din arc, in drumul lor, sunt deviate spre interiorul coloanei al carei diamtrul tinde sa scada si a carei temperatura poate sa creasca in acest mod.

Un astfel de arc este constrans magnetic si caracteristicile sale statice nu mai corespund cu cele prezentate in fig. 3.5, intrucat temperatura, respectiv conductivitatea sa electrica, creste odata cu reducerea fortata a sectiunii.

8. Arcul constrans

In practica sunt des intalnite metodele de constrangerea arcului electric normal (fig. 3.12.a.), cu ajutorul campurilor magnetice (fig. 3.12.d.) sau cu ajutorul mijloacelor mecanice. Spre exemplu, se poate aminti metoda de trecere fortata a arcului electric printr-un orificiu cu sectiune redusa, practicat intr-o piesa intens racita cu apa (fig. 3.12.b,c.) sau metoda de constrangere a arcului electric cu ajutorul jeturilor de fluide (fig. 3.12.e.).

In majoritatea cazurilor de utilizare a electrozilor de wolfram, acestia se conecteaza la polul ( - ) dupa cum rezulta din fig. 3.12, intrucat incalzirea si uzura lor este in acest caz mai redusa.

Cu cat emisia termoelectronica este mai mare, cu atat incalzirea catodului este mai redusa si creste durabilitatea lui in exploatare. Astfel se explica de ce electrozii de wolfram thoriot (W + THO2) sunt mult mai durabili decat electrozii de wolfram pur. De asemenea se constata o uzura mult mai pronuntata a electrozilor noi, la inceputul intrebuintarii, fata de uzura care apare dupa intrebuintarea mai indelungata a acestora.

Fig. 3.12 Metode de constrangere a coloanei arcului electric

Dupa cum mai rezulta din fig. 3.12 pentru aceiasi curenti de sudare Is si pentru aceiasi electrozi de wolfram, diametrul coloanei arcului poate fi redus in mod fortat. Chiar si in cazul maririi curentului Is, colana arcului nu are posibilitatea de a creste. Acest lucru este evident, mai cu seama la constrangerea mecanica a coloanei prin trecerea fortata printr-un ajutaj (fig. 3.12.b,c.). In aceasta situatie ajutajul fiind racit intens cu apa, se formeaza o pelicula de gaze neionizate intre coloana fierbinte de plasma si peretii reci ai ajutajului. Aceasta pelicula izolatoare protejeaza ajutajul impotriva actiunii termice a plasmei. Datorita densitatilor mari de curent care trec prin coloana cu sectiune redusa a arcului constrans, temperatura creste foarte mult si gradul de ionizare atinge valori mult mai mari decat in coloana arcului normal.

In practica sudarii, sau a procedeelor conexe, sunt utilizate metode combinate de constrangere a cloanei arcului electric, necesare producerii plasmei termice, la care este aproape nelipsita constrangerea prin ajutaje.

Principalele caracteristici ale plasmei termice, pentru sudare, taiere sau acoperire, in comparatie cu plasma arcului normal, sunt prezentate in cele ce urmeaza:

—    plasma termica se dezvolta de obicei intr-un gaz insuflat sub presiune, in spatiul dintre electrozi, pe cand arcul normal are ca mediu ionizant aerul la parametrii atmosferici si vaporii diferitelor substante.

—    viteza purtatorilor de sarcina din plasma termica este influentata atat de tensiunea aplicata intre electrozi, ca si la arcul electric normal, dar mai cu seama de viteza de iesire a gazelor sub presiune prin ajutaj.

—    plasma termica este puternic strangulata mecanic si electromagnetic, pe cand arcul normal se poate dezvolta liber odata cu cresterea curentului.

Aceasta strangulare poate duce la o scadere a sectiunii plasmei, fata de diametrul ajutajului, cu 20 – 50%.

Temperatura din axul coloanei TAX este maxima. Pe masura ce plasma paraseste ajutajul si se indeparteaza, temperatura ei scade. Rezulta ca temperatura maxim maximorum TMM, se gaseste in axul coloanei in imediata vecinatate a iesirii din ajutaj.

Mai poate fi definita si temperatura medie de masa a plasmei Tm, de care depinde de fapt efectul termic al plasmei.

In urma cercetarilor experimentale [51] s-au stabilit urmatoarele concluzii:

—    TAX si Tm cresc cu Is. Astfel pentru Is = 50 A, in cazul plasmei de argon la o distanta de 5 mm de iesirea din ajutaj, TAX = 9000 K si Tm = 6000 K, iar pentru Is = 200 A, TAX = 13500 K si Tm = 12000 K.

—    TAX si Tm cresc odata cu tensiunea arcului de plasma, respectiv cu lungimea acestuia La. Astfel pentru Is = 200 A, TAX = 10500 K si Tm = 6000 K, pentru La = 5 mm. Pentru aceeasi intensitate de curent, dar la La = 25 mm, TAX = 13500 K si Tm = 12000 K.

—    TAX si Tm scad odata cu cresterea diametrului ajutajului da. Astfel pentru Is = 200 A si La = 25 mm temperaturile erau TAX = 13500 K si Tm = 12000 K, la da = 4,5 mm, devenind TAX = 10000 K si Tm = 7000 K la da = 9 mm.

Temperatra medie de masa Tm a plasmei de argon se poate calcula [45] cu relatia:

                                                                                 (3.44)

 in care:

as — coeficientul de schimb intre gazul plasmogen si ajutaj, as = 8,38 . 102 W/m2 . oC pentru Ar

c — caldura specifica medie a gazului plasmogen, c = 5,20 . 102 J/kg . oC pentru Ar, UK + Uan = 10 V pentru arcul in Ar

La — lungimea arcului de plasma

In plasma se disting o serie de fenomene oscilatorii care se manifesta prin pulsatii ale tensiunii dintre electrozi. Aceste pulsatii au o amplitudine mai mare la cresterea debitului de gaze plasmogene sau la cresterea proportiei de gaze biatomice din amestec.

Odata cu cresterea intensitatii curentului din plasma Is, fenomenele oscilatorii se reduc si au ca urmare o scadere a pulsatiilor tensiunii Ua, respectiv o crestere a stabilitatii arcului de plasma.









Politica de confidentialitate

.com Copyright © 2019 - Toate drepturile rezervate.
Toate documentele au caracter informativ cu scop educational.


Proiecte

vezi toate proiectele
 PROIECT DE LECTIE Clasa: I Matematica - Adunarea si scaderea numerelor naturale de la 0 la 30, fara trecere peste ordin
 Proiect didactic Grupa: mijlocie - Consolidarea mersului in echilibru pe o linie trasata pe sol (30 cm)
 Redresor electronic automat pentru incarcarea bateriilor auto - proiect atestat
 Proiectarea instalatiilor de alimentare ale motoarelor cu aprindere prin scanteie cu carburator

Lucrari de diploma

vezi toate lucrarile de diploma
 Lucrare de diploma - eritrodermia psoriazica
 ACTIUNEA DIPLOMATICA A ROMANIEI LA CONFERINTA DE PACE DE LA PARIS (1946-1947)
 Proiect diploma Finante Banci - REALIZAREA INSPECTIEI FISCALE LA O SOCIETATE COMERCIALA
 Lucrare de diploma managementul firmei “diagnosticul si evaluarea firmei”

Lucrari licenta

vezi toate lucrarile de licenta
 CONTABILITATEA FINANCIARA TESTE GRILA LICENTA
 LUCRARE DE LICENTA - FACULTATEA DE EDUCATIE FIZICA SI SPORT
 Lucrare de licenta stiintele naturii siecologie - 'surse de poluare a clisurii dunarii”
 LUCRARE DE LICENTA - Gestiunea stocurilor de materii prime si materiale

Lucrari doctorat

vezi toate lucrarile de doctorat
 Doctorat - Modele dinamice de simulare ale accidentelor rutiere produse intre autovehicul si pieton
 Diagnosticul ecografic in unele afectiuni gastroduodenale si hepatobiliare la animalele de companie - TEZA DE DOCTORAT
 LUCRARE DE DOCTORAT ZOOTEHNIE - AMELIORARE - Estimarea valorii economice a caracterelor din obiectivul ameliorarii intr-o linie materna de porcine

Proiecte de atestat

vezi toate proiectele de atestat
 Proiect atestat informatica- Tehnician operator tehnica de calcul - Unitati de Stocare
 LUCRARE DE ATESTAT ELECTRONIST - TEHNICA DE CALCUL - Placa de baza
 ATESTAT PROFESIONAL LA INFORMATICA - programare FoxPro for Windows
 Proiect atestat tehnician in turism - carnaval la venezia




Reducerea sistemelor de cupluri
STRUCTURI TEHNOLOGICE IN INDUSTRIA CHIMICA
Presiunea la periferia capului
Selectia materialelor pentru tenacitate
Proiectarea ansamblului dispozitivului
MASINI UNELTE
FORMULARILE PRINCIPIULUI AL II-LEA AL TERMODINAMICII
CARBURATOR - REGLAJE


Termeni si conditii
Contact
Creeaza si tu