Elektr yoyi va uning xossalari

Elektr boshq payvandlash mashinasozlikda eng ko'p qo'llaniladi. Keling, elektr boshq manbalarining xususiyatlarini batafsil ko'rib chiqaylik.

Elektr yoyi - gazsimon muhitda sodir bo'ladigan ikki elektrod o'rtasida elektr tokining uzluksiz chiqishi. Metalllarni payvandlash uchun ishlatiladigan elektr yoyi payvandlash yoyi deb ataladi. Ko'pgina hollarda, elektrod va mahsulot o'rtasida bunday kamon yonadi, ya'ni. bevosita harakat yoyidir.

Metall elektrod (katod) va payvandlanadigan metall (anod) o'rtasida yonayotgan to'g'ridan-to'g'ri to'g'ridan-to'g'ri oqim yoyi bir nechta aniq ajratiladigan joylarga ega (2.3-rasm). Elektrodlarni bog'laydigan elektr o'tkazuvchan gaz kanali kesilgan konus yoki silindr shakliga ega. Uning xususiyatlari elektrodlardan turli masofalarda bir xil emas. Elektrodlarga ulashgan gazning yupqa qatlamlari nisbatan mavjud past harorat. Qo'shni bo'lgan elektrodning polaritesiga qarab, bu qatlamlar katod deb ataladi. 2 va anod 4 yoy joylari.

Katod mintaqasining uzunligi l k neytral atomlarning erkin yo'li bilan aniqlanadi va bo'ladi

Anod hududining uzunligi taxminan 10 -5 sm l a elektronning erkin yo'li bilan belgilanadi va taxminan 10 -3 sm ni tashkil qiladi, elektrodga yaqin hududlar o'rtasida zaryadsizlanishning eng uzun, yuqori haroratli hududi - yoy ustuni mavjud. l c 3.

Dog'lar katod va anod yuzasida hosil bo'ladi, ular mos ravishda katod deb ataladi. 1 va anod 5 barcha payvandlash oqimi o'tadigan boshq ustunining asoslari bo'lgan dog'lar. Elektrod dog'lari nisbatan past haroratda (2600...3200 K) porlashning yorqinligi bilan ajralib turadi. Yoy ustunidagi harorat 6000...8000 K ga etadi.

Umumiy uzunlik payvandlash yoyi l d uning uchta mintaqasining uzunligi yig'indisiga teng (l d ​​=l a +l k) va uchun real sharoitlar 2...6 mm ni tashkil qiladi.

Payvandlash yoyining umumiy kuchlanishi, mos ravishda, kamonning alohida joylarida kuchlanishning pasayishi yig'indisidir. va 20 dan 40 V gacha o'zgarib turadi. Payvandlash yoyidagi kuchlanishning uning uzunligiga bog'liqligi tenglama bilan tavsiflanadi. , Qayerda A - katod va anod hududlarida kuchlanish pasayishi yig'indisi, V; l d- yoy ustunining uzunligi, mm; b- kamondagi o'ziga xos kuchlanish pasayishi, ya'ni. yoy ustunining uzunligi 1 mm, V / mm deb ataladi.

Elektr yoyi razryadning asosiy xarakteristikasidan biri statik tok-kuchlanish xarakteristikasi - doimiy uzunlikdagi yoy kuchlanishining undagi oqim kuchiga bog'liqligi (2.4-rasm).

Yoy uzunligi oshgani sayin kuchlanish kuchayadi va yoyning statik tok-kuchlanish xarakteristikasining egri chizig'i yuqoriga ko'tarilib, taxminan uning shaklini saqlab qoladi (a, b, c egri). U uchta hududni ajratib turadi: kamayuvchi I, qattiq (deyarli gorizontal) II va ortib borayotgan III. Yoyni yoqish shartlariga qarab, xarakterli bo'limlardan biri unga mos keladi. Qoplangan elektrodlar bilan qo'lda boshq payvandlashda, iste'mol qilinmaydigan elektrod bilan gazdan himoyalangan payvandlashda va oqimning nisbatan past zichligida suv ostida payvandlashda dastlab kamon xarakteristikasi pasayadi va oqimning oshishi bilan u butunlay qattiq holatga aylanadi. Bunday holda, payvandlash oqimining oshishi bilan kamon ustunining kesishishi va anod va katod dog'larining tasavvurlar maydoni mutanosib ravishda oshadi. Oqim zichligi va kamon kuchlanishi doimiy bo'lib qoladi.

Suv osti yoyi ostida va himoya gazlarda yuqori oqim zichligida nozik elektrod simi bilan payvandlashda yoyning xarakteristikasi kuchayadi. Bu katod va anod dog'larining diametrlari elektrod diametriga teng bo'lishi va bundan keyin ham ortib bo'lmasligi bilan izohlanadi. Ark bo'shlig'ida gaz molekulalarining to'liq ionlashuvi sodir bo'ladi va payvandlash oqimining yanada oshishi faqat elektronlar va ionlarning harakat tezligining oshishi, ya'ni elektr maydon kuchining ortishi tufayli sodir bo'lishi mumkin. Shuning uchun, payvandlash oqimini yanada oshirish uchun boshq kuchlanishini oshirish kerak.

Payvandlash yoyi kuchli konsentrlangan issiqlik manbai hisoblanadi. Deyarli hammasi elektr energiyasi, kamon tomonidan iste'mol qilingan, issiqlikka aylanadi. Toʻliq issiqlik quvvati yoylar Q=I St U d(J/s) payvandlash oqimining kuchiga bog'liq I St.(A) va kamon kuchlanishi U d(IN).

Shuni ta'kidlash kerakki, kamonning barcha issiqligi metallni isitish va eritish uchun sarflanmaydi. Uning bir qismi atrofdagi havoni isitish yoki himoya qiluvchi gaz, radiatsiya va hokazolarga befoyda sarflanadi. Shu munosabat bilan, kamonning samarali issiqlik quvvati q eff(J/s) (to'g'ridan-to'g'ri mahsulotga kiritilgan payvandlash yoyi issiqligining bir qismi) quyidagi munosabat bilan aniqlanadi: bu erda ē - koeffitsient foydali harakat Eksperimental tarzda aniqlangan payvandlash yoyi bilan mahsulotni isitish jarayonining (samaradorligi).

ē koeffitsienti payvandlash usuliga, elektrod materialiga, qoplama yoki oqim tarkibiga va boshqa bir qator omillarga bog'liq. Misol uchun, uglerod yoki volfram elektrodi bilan ochiq yoy bilan payvandlashda o'rtacha 0,6; qoplangan (yuqori sifatli) elektrodlar bilan payvandlashda - taxminan 0,75; suv osti yoylari ostida payvandlashda - 0,8 yoki undan ko'p.

Elektr yoyi (voltaik yoy, kamon zaryadsizlanishi) - fizik hodisa, gazdagi elektr razryadlarining turlaridan biri.

Ark tuzilishi

Elektr yoyi katod va anod hududlari, yoy ustuni va o'tish joylaridan iborat. Anod mintaqasining qalinligi 0,001 mm, katod hududi taxminan 0,0001 mm.

Sarflanadigan elektrod bilan payvandlashda anodik mintaqadagi harorat taxminan 2500 ... 4000 ° S, boshq ustunidagi harorat 7000 dan 18 000 ° S gacha, katod mintaqasida - 9 000 - 12 000 ° S.

Ark ustuni elektr neytral hisoblanadi. Uning har qanday bo'limida bir xil miqdordagi qarama-qarshi belgilarning zaryadlangan zarralari mavjud. Ark ustunidagi kuchlanish pasayishi uning uzunligiga mutanosibdir.

Payvandlash yoylari quyidagilarga ko'ra tasniflanadi:

  • Elektrod materiallari - sarflanadigan va sarflanmaydigan elektrod bilan;
  • Ustunning siqilish darajalari - erkin va siqilgan yoy;
  • Amaldagi oqimga ko'ra - shahar yoyi va AC yoyi;
  • To'g'ridan-to'g'ri elektr tokining polaritesiga ko'ra - to'g'ridan-to'g'ri kutupluluk (elektrodda "-", "+" - mahsulotda) va teskari polarit;
  • Muqobil oqimdan foydalanganda - bir fazali va uch fazali yoylar.

Elektr payvandlashda yoyning o'zini o'zi boshqarishi

Tashqi kompensatsiya sodir bo'lganda - tarmoq kuchlanishining o'zgarishi, simni uzatish tezligi va boshqalar - besleme tezligi va erish tezligi o'rtasidagi o'rnatilgan muvozanatda buzilish sodir bo'ladi. Devrendagi yoy uzunligi ortishi bilan payvandlash oqimi va elektrod simining erish tezligi pasayadi va besleme tezligi doimiy bo'lib qoladi. ko'proq tezlik erish, bu esa yoy uzunligini tiklashga olib keladi. Ark uzunligi kamayishi bilan simning erish tezligi besleme tezligidan kattaroq bo'ladi, bu oddiy yoy uzunligini tiklashga olib keladi.

Arkning o'zini o'zi boshqarish jarayonining samaradorligi quvvat manbaining joriy kuchlanish xarakteristikasi shakliga sezilarli darajada ta'sir qiladi. Ark uzunligi tebranishlarining yuqori tezligi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan qattiq oqim kuchlanish xususiyatlari bilan avtomatik ravishda qayta ishlanadi.

Elektr yoyi bilan kurashish

Bir qator qurilmalarda bu hodisa elektr yoyi zararli hisoblanadi. Bular, birinchi navbatda, elektr ta'minoti va elektr drayvlarida ishlatiladigan kontaktli kommutatsiya qurilmalari: yuqori voltli o'chirgichlar, o'chirgichlar, kontaktorlar, elektrlashtirilgan aloqa tarmog'idagi seksiya izolyatorlari. temir yo'llar va shahar elektr transporti. Yuqoridagi qurilmalar tomonidan yuklar uzilganda, ochilish kontaktlari o'rtasida yoy paydo bo'ladi.

Bu holda kamon paydo bo'lish mexanizmi quyidagicha:

  • Aloqa bosimini kamaytirish - aloqa nuqtalarining soni kamayadi, kontakt birligidagi qarshilik kuchayadi;
  • Aloqa divergensiyasining boshlanishi - kontaktlarning erigan metallidan "ko'priklar" paydo bo'lishi (oxirgi aloqa nuqtalarida);
  • Eritilgan metalldan "ko'priklar" ning yorilishi va bug'lanishi;
  • Metall bug'ida elektr yoyi hosil bo'lishi (bu kontakt bo'shlig'ining ko'proq ionlanishiga va yoyni o'chirishda qiyinchilikka yordam beradi);
  • Kontaktlarning tez yonishi bilan barqaror yoy yonishi.

Kontaktlarning shikastlanishini minimallashtirish uchun kamonni minimal vaqt ichida o'chirish kerak, yoyning bir joyda qolishiga yo'l qo'ymaslik uchun barcha imkoniyatlarni ishga solish kerak (arqon harakatlanayotganda, undagi issiqlik aloqa tanasi bo'ylab teng ravishda taqsimlanadi). ).

Yuqoridagi talablarni qondirish uchun yoyni boshqarishning quyidagi usullari qo'llaniladi:

  • sovutish muhiti oqimi bilan yoyni sovutish - suyuqlik (moy kaliti); gaz - (havo o'chirgichi, avtogaz to'xtatuvchisi, yog 'to'xtatuvchisi, SF6 gazli o'chirgich), va sovutish muhitining oqimi ham yoy bo'ylab (bo'ylama söndürme) va bo'ylab (ko'ndalang söndürme) o'tishi mumkin; ba'zan uzunlamasına-ko'ndalang damping ishlatiladi;
  • vakuumning yoyni o'chirish qobiliyatidan foydalanish - ma'lumki, o'chirilgan kontaktlarni o'rab turgan gazlarning bosimi ma'lum bir qiymatga tushganda, vakuumli o'chirgich yoyni samarali o'chirishga olib keladi (tashuvchilar yo'qligi sababli) yoy shakllanishi).
  • ko'proq yoyga chidamli aloqa materialidan foydalanish;
  • yuqori ionlash potentsialiga ega bo'lgan kontakt materialidan foydalanish;
  • yoyni o'chirish panjaralaridan foydalanish (o'chirgich, elektromagnit kalit). Panjaralarda yoyni o'chirishni qo'llash printsipi yoydagi katodga yaqin tushish ta'siridan foydalanishga asoslanadi (yoydagi kuchlanish pasayishining aksariyati katoddagi kuchlanishning pasayishi; yoyni o'chirish panjarasi aslida bir qatordir. u erga tushadigan yoy uchun ketma-ket kontaktlar).
  • foydalanish

Elektr boshq manbai printsipi payvandlash elektrodi va metall ishlov beriladigan qism o'rtasida sodir bo'ladigan elektr tokining haroratidan foydalanishga asoslangan.

Havo bo'shlig'ining elektr buzilishi tufayli boshq zaryadsizlanishi hosil bo'ladi. Bu hodisa sodir bo'lganda, gaz molekulalari ionlanadi, uning harorati va elektr o'tkazuvchanligi ortadi va plazma holatiga o'tadi.

Payvandlash yoyining yonishi ko'p miqdorda yorug'lik va ayniqsa issiqlik energiyasining chiqishi bilan birga keladi, buning natijasida harorat keskin ko'tariladi va ishlov beriladigan metallning mahalliy erishi sodir bo'ladi. Bu payvandlash.

Ish paytida, yoyning zaryadsizlanishini boshlash uchun, ishlov beriladigan qism elektrod bilan qisqa vaqtga tegadi, ya'ni qisqa tutashuv hosil bo'ladi, so'ngra metall kontaktni uzib, kerakli havo bo'shlig'ini o'rnatadi. Shu tarzda, payvandlash yoyining optimal uzunligi tanlanadi.

Juda qisqa deşarj bilan elektrod ishlov beriladigan qismga yopishishi mumkin, erish juda qizg'in sodir bo'ladi, bu esa sarkma shakllanishiga olib kelishi mumkin. Uzoq yoy yonishning beqarorligi va payvandlash zonasida etarli darajada yuqori harorat bilan tavsiflanadi.

Payvandlash yoyining beqarorligi va ko'rinadigan egriligi ko'pincha juda katta qismlarga ega bo'lgan sanoat payvandlash moslamalarining ishlashi paytida kuzatilishi mumkin. Ushbu hodisa magnit zarba deb ataladi.

Uning mohiyati shundan iboratki, payvandlash yoyi oqimi ma'lum bir magnit maydon hosil qiladi, bu esa massiv ishlov beriladigan qismdan o'tadigan oqim tomonidan yaratilgan magnit maydon bilan o'zaro ta'sir qiladi.

Ya'ni, yoyning burilishiga magnit kuchlar sabab bo'ladi. Jarayon puflash deb ataladi, chunki yoy shamol ta'sirida go'yo burilib ketgan.

Ushbu hodisaga qarshi kurashishning radikal usullari yo'q. Magnit portlashning ta'sirini kamaytirish uchun qisqartirilgan yoy bilan payvandlash qo'llaniladi va elektrod ham ma'lum bir burchak ostida joylashtiriladi.

Yonish muhiti

Xususiyatlari va parametrlari bo'yicha bir-biridan farq qiladigan elektr yoyi deşarjlarini ishlatadigan bir nechta turli xil payvandlash texnologiyalari mavjud. Elektr payvandlash yoyi quyidagi turlarga ega:

  • ochiq. Chiqarish to'g'ridan-to'g'ri atmosferada sodir bo'ladi;
  • yopiq. Yonish paytida hosil bo'lgan yuqori harorat yonish oqimidan gazlarning ko'p miqdorda chiqishiga olib keladi. Flux payvandlash elektrodlarining qoplamasida mavjud;
  • himoya gaz muhitida. Ushbu variantda gaz payvandlash zonasiga, ko'pincha geliy, argon yoki karbonat angidridga beriladi.

Atmosfera kislorodi ta'sirida erituvchi metallning faol oksidlanishini oldini olish uchun payvandlash zonasini himoya qilish kerak.

Oksid qatlami uzluksiz chok hosil bo'lishiga to'sqinlik qiladi, qo'shimchadagi metall gözenekli bo'lib qoladi, natijada qo'shilishning mustahkamligi va zichligi pasayadi.

Ma'lum darajada, yoyning o'zi hududning shakllanishi tufayli yonish zonasida mikroiqlim yaratishga qodir. yuqori qon bosimi, atmosfera havosining oqimini oldini olish.

Oqimdan foydalanish payvandlash zonasidan havoni faolroq siqib chiqarish imkonini beradi. Bosim ostida etkazib beriladigan himoya gazlardan foydalanish bu muammoni deyarli to'liq hal qiladi.

Chiqarish muddati

Himoya mezonlariga qo'shimcha ravishda, kamon zaryadsizlanishi davomiyligi bo'yicha tasniflanadi. Yoyning yonishi impulsli rejimda sodir bo'ladigan jarayonlar mavjud.

Bunday qurilmalarda payvandlash qisqa portlashlarda amalga oshiriladi. Epidemiya paytida harorat mahalliy erish uchun etarli bo'lgan qiymatga ko'tariladi kichik maydon, unda nuqta aloqasi hosil bo'ladi.

Amaldagi payvandlash texnologiyalarining ko'pchiligi nisbatan uzoq yoyni yoqish vaqtini ishlatadi. Payvandlash jarayonida elektrod doimiy ravishda birlashtirilayotgan qirralarning bo'ylab harakatlanadi.

Mintaqa ko'tarilgan harorat, yaratish, elektroddan keyin harakat qiladi. Payvandlash elektrodini harakatga keltirgandan so'ng va shuning uchun kamon zaryadsizlanishi, o'tadigan joyning harorati pasayadi, payvand chovgumining kristallanishi va kuchli chok hosil bo'lishi sodir bo'ladi.

Ark tushirish tuzilishi

Arkni tushirish maydoni shartli ravishda uch qismga bo'linadi. Qutblarga (anod va katod) bevosita qo'shni bo'lgan joylar mos ravishda anod va katod deb ataladi.

Anod va katod hududlari o'rtasida joylashgan yoy razryadning markaziy qismi yoy ustuni deb ataladi. Payvandlash yoyi zonasidagi harorat bir necha ming darajaga yetishi mumkin (7000 ° S gacha).

Issiqlik metallga to'liq o'tmagan bo'lsa-da, eritish uchun juda etarli. Shunday qilib, taqqoslash uchun po'latning erish nuqtasi 1300-1500 ° S ni tashkil qiladi.

Ark oqimining barqaror yonishini ta'minlash uchun bu kerak quyidagi shartlar: kamon kuchlanishini 15 dan 40 voltgacha ushlab turganda, 10 Amperlik oqimning mavjudligi (bu minimal qiymat, maksimal 1000 Amperga yetishi mumkin).

Bu kuchlanishning pasayishi yoy zaryadsizlanishida sodir bo'ladi. Ark zonalari bo'ylab kuchlanishning taqsimlanishi notekis. Qo'llaniladigan kuchlanishning ko'p qismi anodik va katod zonalarida sodir bo'ladi.

, da eng katta kuchlanish pasayishi katod zonasida kuzatilishi eksperimental ravishda aniqlangan. Yoyning bu qismida eng yuqori harorat gradienti kuzatiladi.

Shuning uchun, payvandlash jarayonining polaritesini tanlashda, uning haroratini oshirib, uning eng katta erishiga erishmoqchi bo'lganlarida, katod elektrodga ulanadi. Aksincha, ishlov beriladigan qismning chuqurroq kirib borishi uchun unga katod biriktirilgan. Ark ustunida kuchlanishning eng kichik qismi tushadi.

Iste'mol qilinadigan elektrod bilan payvandlashda katod kuchlanishining pasayishi anodikdan kamroq bo'ladi, ya'ni yuqori harorat zonasi anod tomon siljiydi.

Shuning uchun, ushbu texnologiya bilan ishlov beriladigan qism anodga ulanadi, bu yaxshi isitilishi va iste'mol qilinmaydigan elektrodni haddan tashqari haroratdan himoya qilishni ta'minlaydi.

Harorat zonalari

Shuni ta'kidlash kerakki, har qanday turdagi payvandlashda, sarflanadigan va sarflanmaydigan elektrod bilan, boshq ustuni (uning markazi) eng yuqori haroratga ega - taxminan 5000-7000 ° S, ba'zan esa undan yuqori.

Eng past harorat zonalari faol hududlardan birida, katod yoki anodda joylashgan. Bu zonalarda yoy issiqligining 60-70% ni chiqarish mumkin.

Ish qismi va payvandlash elektrodining haroratining keskin oshishiga qo'shimcha ravishda, razryad infraqizil va ultrabinafsha to'lqinlarni chiqaradi, bu zararli ta'sir payvandchining tanasida. Bu himoya choralarini qo'llashni talab qiladi.

O'zgaruvchan tok bilan payvandlashga kelsak, u erda polarit tushunchasi mavjud emas, chunki anod va katodning holati sanoat chastotasida sekundiga 50 tebranishda o'zgaradi.

Ushbu jarayondagi yoy to'g'ridan-to'g'ri oqimga nisbatan kamroq barqaror, uning harorati o'zgarib turadi. Muqobil oqim yordamida payvandlash jarayonlarining afzalliklari oddiyroq va arzonroq uskunalarni va hatto yuqorida aytib o'tilgan magnit portlash kabi hodisaning deyarli to'liq yo'qligini o'z ichiga oladi.

Oqim kuchlanishining xarakteristikasi

Grafikda quvvat manbai kuchlanishining payvandlash oqimiga bog'liqligi ko'rsatilgan, bu payvandlash jarayonining oqim kuchlanish xususiyatlari deb ataladi.

Qizil egri chiziqlar payvandlash yoyining qo'zg'alish fazalarida va uning barqaror yonishida elektrod va ish qismi o'rtasidagi kuchlanishning o'zgarishini ko'rsatadi. Egri chiziqlarning boshlang'ich nuqtalari kuchlanishga mos keladi bo'sh tezlik quvvatlantirish manbai.

Ayni paytda payvandchi yoyni tushirishni boshlaydi, kuchlanish kamon parametrlari barqarorlashguncha va ishlatiladigan elektrodning diametriga, quvvat manbai kuchiga va to'plamga qarab payvandlash oqimining qiymati o'rnatilgunga qadar keskin pasayadi. yoy uzunligi.

Ushbu davrning boshlanishi bilan kamon kuchlanishi va harorat barqarorlashadi va butun jarayon barqaror bo'ladi.

Elektr yoyi gazlardagi elektr razryadlarining turlaridan biridir. Gazlardagi elektrodlar orasidagi zaryadlangan zarralarning har qanday yo'naltirilgan harakati razryad deyiladi. Gazlardagi boshqa razryadlar orasida yoyning o'rni:

Ark zaryadsizlanishi boshqalardan farq qiladi:

1 - yuqori harorat 4000 - 50 000 K

2 - yuqori quvvat joriy 50-10 000 A

3 - kuchsiz elektr maydoni 10 - 60 V.

Yoyning zaryadlangan zarrachalarining yoyning magnit maydoni bilan o'zaro ta'siridan kelib chiqadigan xarakterli shakli tufayli u yoy deb ataladi. Oqim kuchayishi bilan magnit maydon yoy zaryadini buzishi mumkin

Ark jarayonidagi oqim elektrodlar (arqon qutblari) o'rtasida yoy bo'shlig'ining gazi orqali oqadi.

Ijobiy elektrod anoddir.

Salbiy elektrod - katod

Erkin yoylar (erkin kengayuvchi) va siqilgan yoylar mavjud. Erkin (erkin kengayuvchi) - radiusi uning biron bir kesimida cheklanmagan yoy;

Siqilgan yoy - bu radiusi kamida bitta uchastkada cheklangan yoy.

Arkdagi kuchlanish pasayishining taqsimlanishi. Elektrodlararo bo'shliqda elektr maydonining notekis taqsimlanishi kuzatiladi (elektrodga yaqin hududlarda potentsial sakrashlar) va shunga mos ravishda yoy uzunligi bo'ylab kuchlanish pasayishi notekis bo'ladi.

Katodning yuqori haroratida elektr maydonining ta'siri ostida metallarda mavjud bo'lgan erkin elektronlar katod mintaqasining potentsialini tezlashtiradi va yoy ustunining atomlarini ionlashtiradi harorat (to'qnashuv, fotoionlanish) Elektronlar yoy ustunida anod tomon harakatlanadi anodga yaqinlashadi , anod mintaqasining elektr maydoni ta'sirida unga tushadi ionlar teskari yo'nalishda harakat qiladi, katodni bombardimon qiladi

Gaz o'tkazgichning qarshiligi chiziqli emas va shuning uchun yoy Ohm qonuniga bo'ysunmaydi

Yoyning statik oqim-kuchlanish xarakteristikasi. Oqim zichligiga qarab, oqim kuchlanishining xarakteristikasi pasayuvchi, tekis yoki ortib borayotgan bo'lishi mumkin.

Past oqimlarda, oqim kuchaygan sari, zaryadlangan zarralar soni, asosan, qizib ketish va katod yuzasidan elektronlar emissiyasining ko'payishi va shuning uchun yoy ustunida hajm ionlanishining mos ravishda oshishi hisobiga intensiv ravishda oshadi.

Ark ustunining qarshiligi pasayadi va tushirishni qo'llab-quvvatlash uchun zarur bo'lgan kuchlanish tushadi. Arkning xarakteristikasi pasayishdir.

Oqimning yanada oshishi va elektrodlarning cheklangan kesimi bilan kamon ustuni biroz qisqaradi va zaryad o'tkazishda ishtirok etadigan gaz hajmi kamayadi. Bu zaryadlangan zarrachalar sonining past o'sish sur'atlariga olib keladi.

Ark kuchlanishi oqimga bir oz bog'liq bo'ladi. Xususiyatlari tekis.

Dastlabki ikki mintaqada yoyning elektr qarshiligi salbiy (salbiy). Bu joylar nisbatan past oqim zichligiga ega bo'lgan yoylarga xosdir. Oqimning yanada oshishi katodning termion qobiliyatining pasayishiga olib keladi. Zaryadlangan zarrachalar soni ko'paymaydi va yoy qarshiligi ijobiy va deyarli doimiy bo'ladi. Xususiyatlari metall o'tkazgichlarga yaqin bo'lgan yuqori ionlashtirilgan siqilgan plazma paydo bo'ladi. Bunday yoy Ohm qonuniga bo'ysunadi.

Energiya quvvati turli sohalar yoylar

Berilgan ko'rsatkichlar uchun yoy mintaqalarida kuchlanish pasayishi (temir bug'idagi yoy) va qo'lda payvandlash uchun odatiy oqim qiymatlari:

Katod mintaqasida 14Vx100A = 1,4 kVt * 10"5 sm uzunlikda

Yoy ustunida 25 V/sm x 0,6 sm x 100 A = 1,5 kVt ^0,6 sm uzunlikda

Anod hududida 2,5 V x 100 A = 250 Vt 10"4 sm uzunlikda.

Energiyaning asosiy iste'molchilari katod mintaqasi va yoy ustuni bo'lib, ularda fizik hodisani tavsiflovchi asosiy jarayonlar sodir bo'lishi aniq;

Doimiy elektrod diametrlari va ular orasidagi masofalar bilan yoyning elektr parametrlari elektrodlarning materialiga (emissiya, ustundagi metall juftlari), yoydagi gazlarning tarkibiga, elektrodlarning haroratiga, tarkibiga bog'liq bo'ladi. yoydagi gazning (yoy ustunida).

Ya'ni, elektr parametrlari yoylar fizik va geometrik omillarga bog'liq. Elektrodlarning o'lchamini va ular orasidagi masofani o'zgartirish ta'sir qiladi elektr xususiyatlari yoylar

Payvandlash yoylari bo'linadi (tasniflanadi):

Elektrod materiallariga ko'ra (Fe, Vt, Cu va boshqalar)

Gazlar tarkibiga ko'ra (havoda, metall bug'larida, himoya gazlar oqimida;

Sarflanadigan yoki sarflanmaydigan elektrod va boshqalar.

Katod mintaqasidagi fizik jarayonlar

Elektronlar katod yuzasidan chiqib, anod tomon harakatlanadi. Ark gazlarining atomlari bilan birinchi to'qnashuvdan oldin ular bosib o'tgan yo'l katod mintaqasini cheklaydi. Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, bu * Yu" sm uchun normal bosim va havoda va temir bug'ida yoylar.

Yoyning bu maydoni (1C) "5 sm) va katodning o'zi odatda katod hududi deb ataladi.

1) Umumiy elektr toki katod hududida elektron va ion oqimidan iborat

Oqim zichligi (A/sm2):

I = eo-rvWe’i© = e0n©W&

e0 - elektron zaryadi;

l© - elektronlar soni;

W© - elektronlarning harakat tezligi (drift).

Agar ion va elektron toklarning kuchini teng deb qabul qilsak (I o'zida, > 1v), u holda

Katod hududidan o'tgan ionlar va elektronlar kinetik energiyani to'playdi:

R _ P1fuf - _ tsLCe.

bu erda, m© mos keladigan massalar.

Ular elektr maydoni tomonidan tezlashtirilganligi sababli, ular oladigan energiya Eo-IL (zaryadlar va potentsial farqlar mahsuloti) bo'ladi:

Eph = Her=Eo. IR

keyin zaryadlangan zarralarning harakat tezligi:

w* =; biz = Yo'q, keyin

ne _ W9 _ y gpe _ I gp (

Elektron massasi mQ, = 9,106-10"28 g

Proton massasi mn = 1,66-10"24 g

1.66-10 "24-55.84 _z19

Temir ioni uchun AFe = 55,84; Ushbu holatda:

katod haqida, unga energiya berish, uni isitish, elektronni ushlab, neytral atomlarga aylanadi. Katoddan elektronlar energiya eo U* ga tezlashadi va yoy ustunining atomlariga urilib, ularni ionlashtiradi.

Katod emissiyasi

Katod yuzasidan elektron chiqarishning quyidagi turlari mavjud:

termion;

Avtoelektronik (elektrostatik);

Fotoelektronik (tashqi fotoelektr effekti);

Ikkilamchi (sirtni atomlar, ionlar, og'ir zarralar, elektronlar va boshqalar bilan bombardimon qilish);

Ark usullari bilan payvandlashda termal va dala emissiyasi eng keng tarqalgan.

Emissiya intensivligi j [A/sm2] oqim zichligi bilan baholanadi (102 ... 105 A / mm2 payvandlash uchun).

Termion emissiyasi.

Qattiq jismda mavjud bo'lgan erkin elektronlar uning elektr maydoni - sirt potentsial to'sig'i tomonidan chiqib ketishiga to'sqinlik qiladi.

Elektron jismning sirtini tark etib, u bilan tana o'rtasidagi o'zaro ta'sir imkonsiz masofaga o'tishi uchun unga berilishi kerak bo'lgan minimal energiya miqdori ish funktsiyasi deb ataladi.

Har doim bu energiyani tasodifan olib, tanani tark etadigan elektronlar bo'ladi. Ammo elektr maydonining ta'siri ostida ular darhol qaytib kelishadi.

Tana haroratining oshishi bilan tanadan chiqish uchun etarli energiyaga ega bo'lgan elektronlar soni ortadi.

Elektrostatik hisob-kitoblarda ish funktsiyasi A* = e0 f, bu erda<р - потенциал выхода. Е0 = 1, А, = ф в эктрон-вольтах.

Termion emissiyasining joriy zichligi Richardson-Dashtman tenglamasi bilan aniqlanadi:

jT=AT2e“kf; jT = AT2e"^

A - doimiy, katod materialiga bog'liq

T - harorat

k: - Boltsman doimiysi k = 8,62 10'5 eV/K = 1,38-10"23 JJ

Termionik emissiya oqimi, masalan, po'latni payvandlashda katod uchun zarur bo'lgan kattalikdan bir necha daraja (100.... 10 000 marta) kamroq bo'lib chiqadi.

Ammo katod mintaqasida 1-106 V/sm yoki undan ortiq maydon kuchini hosil qiluvchi katta hajmli musbat ion zaryadi mavjud. Bunday intensivlikdagi elektr maydoni katoddan elektronlarni chiqarish shartlarini o'zgartiradi.

Elektronlarning ish funktsiyasi elektrodga yaqin (katodga yaqin) mintaqada maydon kuchining kattaligiga mos ravishda kamayadi. Bu hodisa Shottki effekti deb ataladi. Elektr maydoni mavjud bo'lganda, katodning sirtga yaqin hududida ish funktsiyasi quyidagi miqdorga kamayadi: DAV=e"2E,/2 DAV=3,8-10“*E

E - elektr maydon kuchi Langmuirning (1923) elektrostatik gipotezasi (maydon emissiyasi) sarflanadigan elektrod bilan payvandlash uchun xarakterli g'ayritabiiy yuqori oqim zichligi uchun katod emissiyasi hodisalarini tushuntirishda alohida rol o'ynaydi. Elektronlar oqimi to'lqin xususiyatlariga ega elektron to'lqin emissiya uchun zarur bo'lgan potentsial darajaga ko'tarilmasdan, lekin uni chetlab o'tib, katoddan anodga o'tishi mumkin. Bu tunnel o'tish deb ataladi, bu energiya sarflanmasdan sodir bo'ladi.

Bunday holda, potentsial to'siqning kattaligi oqimdagi elektronning to'lqin uzunligidan kichik bo'lishi kerak. Elektron oqimi to'lqin uzunligi:

Ft - Plank doimiysi ft = 4,13-10"15 e-v s m - elektron massasi V - elektron oqim tezligi.

y va b - katod materialiga bog'liq bo'lgan doimiylar.

Fotoemissiya (tashqi fotoelektr effekti, Eynshteyn effekti). Yorug'lik kvantlari katod tomonidan so'rilganda, ish funktsiyasidan ancha katta energiyaga ega bo'lgan elektronlar paydo bo'lishi mumkin. Fotoemissiyaning paydo bo'lish sharti (Eynshteyn qonuni)

Fi v £ f + Uz mv2

fi - Plank doimiysi F> = 6,626176 (36) - 10 m J-sek; v - yorug'lik to'lqinining chastotasi;

m - elektr massasi. yoqilgan

v - emissiyadan keyingi elektronning tezligi.

c - yorug'likning vakuumdagi tezligi 299792458,0 (1,2) m/sek;

vo, *o - fotoemissiyaga olib kelishi mumkin bo'lgan yorug'likning chegaralangan chastotasi va to'lqin uzunligi.

Gazlar aralashmasi har bir alohida gazdan farqli ravishda ionlanadi, chunki ionlanish natijasida hosil bo'lgan elektron gaz gaz aralashmasining barcha komponentlari uchun umumiy bo'ladi. Aralashmaning ionlanish darajasi:

■L-ts p-d R’

n - zarrachalar soni;

S - zarrachalarning o'zaro ta'sir diametri (Ramsauer diametri);

P - tashqi bosim.

Ildiz o'rtacha kvadrat tezligi issiqlik harakatining o'rtacha energiyasidan aniqlanadi.

k Boltsman doimiysi.

Ionning erkin yo'li X* neytral atomning erkin yo'lidir. Elektronning erkin yo'li L*o * 4Ilp (Ramsauer effekti).

Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, temir ioni va elektron massalari bilan: pir** = 56-1,66-1 O"2* g, me0 = 9,106 10’28 g,

ularning harakatchanligi nisbati quyidagicha bo'ladi:

Ko'rinib turibdiki, ion oqimi elektron oqimdan 1830 marta kam. Berilgan bog'liqliklardan bosimni hisobga olgan holda elektronning harakatchanligi quyidagicha bo'ladi:

b. =j-Ts-Ts - ■Jt ps

B = 3.62-10‘13 - o'lchamsiz qiymat;

5 - zarrachalarning o'zaro ta'siri diametri (Ramsauer).

Yoy ustunidagi elektronning siljish tezligi:

Hisob-kitoblarda yoy ustuni silindrsimon shaklga ega, kesma bo'ylab oqim zichligi doimiysi bilan bir hil deb hisoblanadi - K. K. Xrenovning kanal modeli.

Yoy ustunining uzunligi yoy uzunligiga deyarli teng (0,1 - 15 mm ichida). Yoy ustunidagi kuchlanishning pasayishi ustun uzunligiga mutanosibdir:

Anodning elektr maydoni musbat ionlarni yoy ustuniga tashlab, o'rniga elektronlarni tortadi. Salbiy hajmli zaryad hosil bo'ladi. Yuzaki anoddan emissiya yo'q ijobiy ionlar(ba'zi turdagi uglerod yoyi bo'lsa). Shu munosabat bilan, anod mintaqasining oqimi sof elektron oqimdir ha = /“<>.

Anod mintaqasining uzunligi atom bilan oxirgi to'qnashuvdan elektronlarning o'rtacha erkin yo'liga taxminan tengdir. anod viloyati hajmiy manfiy zaryad anod moddiy, kamon gazlar, kamon orqali joriy oz bog'liq va 2 ... 3 V. ga teng bo'lgan anod kuchlanish pasayishiga sabab bo'ladi. Elektron, anod yetib, uning beradi. kinetik energiya, shuningdek, katoddan elektronni olib tashlash uchun sarflangan ish funktsiyasi.

Erkin kengayadigan yoyning oqim kuchlanishining xarakteristikasi (erkin)

Ark zaryadsizlanishi barqaror tizimdir. Doimiy energiya ta'minoti bilan u o'zini turli xil rejimlarda saqlaydi. Har qanday nomutanosiblik yoyning parametrlarida shunday o'zgarishga olib keladiki, yoy jarayoni qoladi (to'xtatilmaydi). Chegaralar. qaysi yoy jarayonlari mumkin va nomutanosibliklarga javoban yoy parametrlarining o'zgarishi tabiati joriy kuchlanish xususiyatlarini aniqlaydi.

Statik -1 - os; dinamik -1 - 0.

Biz boshq ustunining statik xususiyatlarini ko'rib chiqamiz.

Taxminlar (K. K. Xrenovning kanal modeli):

Biz barqaror yoy jarayonini ko'rib chiqamiz. Energiya yoyga cheksiz miqdorda va har qanday tarzda beriladi uzoq vaqt. Yoyning diametriga hech qanday tashqi omillar ta'sir qilmaydi.

Termodinamik muvozanat barcha yoy zonalarida qat'iy saqlanadi. Bunday holda, yoy plazmasi Saha qonuniga bo'ysunadi.

Yoy ustuni silindr bo'lib, uning yuzasi Td haroratli yoy plazmasini T = 0 muhitdan keskin ajratib turadi.

Ark ustunining barcha Tepp yo'qotishlari yoyning tashqi silindrsimon qobig'idan radiatsiya tufayli yo'qotishlardir va Stefan-Boltzman qonuniga bo'ysunadi.

Steynbekning minimal printsipi.

Erkin kengayuvchi yoyda fizik jarayonlar shunday o'rnatiladiki, £-> min.

Barqaror yoy jarayoni bilan issiqlik yo'qotishlari yoy ustunlari berilgan shartlar uchun mumkin bo'lgan minimaldir. Gaz fazasining berilgan holati va 1R va P konstantalari uchun elektr maydoni faqat 1^ ga bog'liq bo'ladi.

1. Ustun harorati T6 dan oshishi bilan ionlanish darajasi, elektronlarning harakatchanligi, tok zichligi va elektr maydon kuchi ortadi va shu bilan birga radiatsiya yo'qotishlari ham ortadi.

2. TB dan ustun haroratining pasayishi bilan ionlanish darajasi va oqim zichligi pasayadi, lekin maydon kuchi ortadi. Energiya xarajatlari oshadi.

Arkning diametri bo'yicha hech qanday cheklovlar bo'lmasa, kamon keng doiradagi o'z-o'zini tartibga soluvchi tizimdir. Minimal mumkin bo'lgan maydon kuchi avtomatik ravishda yoyda saqlanadi. Ya'ni, kamondagi muhit va Id jismoniy parametrlarining doimiy qiymatlarida T ^ va birinchi qiymatlari o'rnatiladi, bunda ustundagi maydon kuchi minimal bo'ladi.

Ark mintaqalarida energiya balansi

Yoy ustunidagi energiya balansi f elektron oqimining ulushi, |a - payvandlash oqimi.

Manba energiyasi (yoy ustunining plazma qarshiligidan o'tuvchi oqimga bo'lgan Joule-Lenz issiqligi):

ist - kamon ustunidagi kuchlanishning pasayishi.

Neytral atomlarning ionlanishi:

C - yoy bo'shlig'i gazlarining ionlanish potentsiali.

Radiatsion issiqlik yo'qotilishi - RCT

Konvektsiya tufayli issiqlik yo'qotishlari - R^*,

Zaryadlangan zarrachalarning tarqalishi natijasida issiqlik yo'qotishlari muhit- RAWt>

Endotermik issiqlik yo'qotishlari kimyoviy reaksiyalar- RXMt

Balans tenglamasi:

(1 - f)l*U* + (1- f)l*Ui+ 4g - Rem = f-lu

Q* + R* yoki soddalashtirilgan shaklda:

Q* = lc*(Buyuk Britaniya -<р)

shuning uchun chiqish:

katod yuzasidan elektronlarning chiqishi qanchalik yaxshi bo'lsa (ish funktsiyasi shunchalik past bo'ladi).<р) - тем больше теплоты выделяется на катоде. Опытные данные показывают:

va: 2 - iste'mol qilinmaydigan katodlar uchun odatiy;

10 - sarflanadigan katodlar uchun odatiy.

3. Anoddagi energiya balansi.

Balans tenglamasi:

P + A ■ Rem - Qt + R*

yoki soddalashtirilgan shaklda:

Q« = l~(U, +<р)

Tajribali ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki:

Siqilgan yoy.

Yoy ustunining radiusi, birinchi navbatda, yoydagi oqimning funktsiyasidir:

pi/2,2 3 gst = C2 -gg - d

b3,!9L2 a0 Uj

Oqim kuchayganda, yoy radiusi ortadi.

drCT „ P12 2.-13 . R12 Did

ID Std3i(912 3 OR 2a‘3i!9.2",C

Dgst - yoy radiusining o'sish tezligi.

Yoy ustunining radiusidagi o'zgarish tezligi (Dgst - tezligi) oqimning mutlaq qiymatiga bog'liq. Past oqimlarda radius oqimning o'zgarishiga sezgir, u bir oz sezgir; I» -*«, Dget = 0 bo'lganda cheklash.

Dgst = const bo'lganda, yoy oqimi "i" oqim zichligi bilan aniqlanadi.

I = LGap "Urn-

Bunday xususiyatlarga ega bo'lgan yoy siqilgan deb ataladi. Agar kamida bitta bo'limdagi radius doimiy qiymat bo'lsa, u siqilgan deb ataladi.

Erkin yoydan siqilgan yoyga oʻtish chegarasi U ionlanish potensialiga bogʻliq. U ning kichik qiymati bilan siqilgan yoyga o'tish uchun katta oqim kerak bo'ladi. Radius elektrodlardan birining maydoni yoki ustunning yon yuzasidan issiqlik o'tkazuvchanligini oshirish orqali cheklanishi mumkin. Yoyni sovuq gaz oqimi bilan puflab, uni past oqim qiymatlarida siqilgan yoyga aylantirish mumkin.

Haqiqiy sharoitda Dgetning o'sishiga quyidagilar ta'sir qilishi mumkin:

1. Yoy yonadigan elektrodlarning radiusi.

2. Yoy yonadigan gazning ionlanish potensiali.

3. Yoy ustunining yon yuzasidan issiqlik uzatish.

Siqilgan yoyni olish usullari

Bunga asoslanib, siqilgan yoyni olishning quyidagi usullari mavjud:

Elektrodlarning kamida bittasining diametrini cheklash;

Yoyni yuqori ionlanish potentsiali va issiqlik o'tkazuvchanligi yuqori bo'lgan gaz bilan puflash (Ag. He);

Tashqi uzunlamasına magnit maydon (texnologiyada ishlatilmaydi).

Yuqorida aytilganlarga asoslanib, yoyning joriy kuchlanish xususiyatlarining umumiy tavsifi quyidagicha amalga oshirilishi mumkin:

1) Erkin yoy (erkin kengayish). Yoy ustunining radiusi gst bilan ortadi

joriy ^ Id ning oshishi. Ark harorati doimiy bo'lib qoladi T = const, ionlanish darajasi x juda past. Yoy ustuni ham, katod mintaqasi ham tushish xususiyatiga ega.

2) Siqilgan kuchsiz ionlangan yoy. Yoy ustunining radiusi ortib borayotgan harorat bilan oshmaydi ionlanish darajasi x va yoyni to'xtatish harorati Ta sezilarli darajada oshadi. Ark ustuni hali ham tushish xususiyatiga ega. Katod mintaqasi - ortib bormoqda

3) Si^t^ v^uok£ ionlashgan yoy. Ark ustuni va katod mintaqasining ionlanish darajasi x-*1 oqim kuchlanish xususiyatlari ortib bormoqda. Arkdagi jarayonlar qutbga, elektrod materiallariga va yoy ustunining gaz xususiyatlariga bog'liq bo'lishni to'xtatadi. Yoy metallar darajasida oddiy o'tkazgichga aylanadi (10 000 K da, qarshilik p = 1,5-1 O "4 Ohm sm), yuqori konsentratsiyali, juda barqaror payvandlash issiqligi manbaiga aylanadi.

Elektr yoyi - bu gazlar va bug'larning yuqori ionlangan aralashmasidagi energiya bilan ta'minlangan elektrodlar orasidagi kuchli, uzoq muddatli elektr zaryadsizlanishi. Bo'shatish zonasida yuqori gaz harorati va yuqori oqim bilan tavsiflanadi.

Elektrodlar to'g'ridan-to'g'ri va teskari polariteli o'zgaruvchan tok (payvandlash transformatori) yoki to'g'ridan-to'g'ri oqim (payvandlash generatori yoki rektifikator) manbalariga ulanadi.

To'g'ridan-to'g'ri tok bilan payvandlashda musbat qutbga ulangan elektrodga anod, manfiy qutbga esa katod deyiladi. Elektrodlar orasidagi bo'shliq yoy bo'shlig'i mintaqasi yoki yoy oralig'i deb ataladi (3.4-rasm). Yoy bo'shlig'i odatda 3 ta xarakterli maydonga bo'linadi:

  1. anodga ulashgan anod hududi;
  2. katod hududi;
  3. yoy ustuni.

Har qanday kamon ateşlemesi qisqa tutashuv bilan boshlanadi, ya'ni. elektrodning mahsulot bilan ulanishidan. Bunday holda, U d = 0, va oqim I max = I qisqa tutashuvi. Qisqa tutashuv joyida katod nuqtasi paydo bo'ladi, bu kamon zaryadining mavjudligi uchun ajralmas (zarur) shartdir. Elektrod chiqarilganda, hosil bo'lgan suyuq metall cho'ziladi, qizib ketadi va harorat qaynash nuqtasiga etadi - yoy qo'zg'atiladi (yonadi).

Yoyni ionlanish tufayli elektrodlar bilan aloqa qilmasdan yoqish mumkin, ya'ni. osilatorlar tomonidan kuchlanishni oshirish orqali dielektrik havo (gaz) bo'shlig'ining buzilishi (argon boshq manbai).

Ark oralig'i ionlashtirilgan bo'lishi kerak bo'lgan dielektrik muhitdir.

Yoy razryadning mavjudligi uchun U d = 16÷60 V etarli bo'ladi, elektr tokining havo (yoy) bo'shlig'idan o'tishi faqat elektronlar (elementar manfiy zarralar) va ionlar mavjud bo'lganda mumkin: musbat (+. ) ionlar - elementlarning barcha molekulalari va atomlari (engilroq shakldagi metallar Me); manfiy (-) ionlar - F, Cr, N 2, O 2 va elektronlarga yaqinligi bo'lgan boshqa elementlarni osonroq hosil qiladi e.

3.4-rasm – Yoyni yoqish diagrammasi

Yoyning katod mintaqasi yoy bo'shlig'idagi gazlarni ionlashtiruvchi elektronlar manbai hisoblanadi. Katoddan ajralib chiqqan elektronlar elektr maydoni ta'sirida tezlashadi va katoddan uzoqlashadi. Shu bilan birga, ushbu maydon ta'sirida + ionlari katodga yo'naltiriladi:

U d = U k + U c + U a;

Anod mintaqasi sezilarli darajada katta hajmga ega U a< U к.

Ark ustuni - yoy bo'shlig'ining asosiy qismi elektronlar, + va – ionlari va neytral atomlar (molekulalar) aralashmasidir. Yoy ustuni neytral:

∑charge.neg. = ∑musbat zarrachalarning zaryadlari.

Statsionar yoyni saqlash uchun energiya IP quvvat manbaidan keladi.

To'g'ridan-to'g'ri tok bilan payvandlashda turli xil haroratlar, anodik va katod zonalarining o'lchamlari va turli xil issiqlik miqdori to'g'ridan-to'g'ri va teskari qutblanish mavjudligini aniqlaydi:

Q a > Q k; Ua< U к.

  • katta metall qalinligining chekkalarini isitish uchun katta miqdorda issiqlik talab qilinganda, to'g'ridan-to'g'ri polarit ishlatiladi (masalan, sirt qo'yishda);
  • haddan tashqari qizib ketishga yo'l qo'ymaydigan payvandlanadigan yupqa devorli metallar uchun teskari polarit (elektrodda +).