Тема 8. Электродуговые технологии
Основы теории и свойства дугового разряда. Ионизация газов. Понятие плазмы
В обычных условиях различные газы и их смеси (воздух, аргон, водород, гелий, углекислый газ и др.) не проводят электрический ток. Проводимость возникает тогда, когда в газовой среде помимо молекул и атомов появляются свободные заряженные частицы - электроны, положительные и отрицательные ионы и газ превращается в плазму.
Плазмой принято называть вещество, находящееся в четвертом состоянии (в дополнение к твердому, жидкому и газообразному), характеризующееся наличием нейтральных молекул и атомов, а также заряженных частиц - электронов и ионов, проводящее электрический ток и подчиняющееся законам магнитной газодинамики. Первой стадией превращения газа в плазму является диссоциация - образование атомов. Возникновение в газе заряженных частиц - ионизация газа - может происходить в результате его нагрева, поглощения энергии рентгеновского или ультрафиолетового излучения, космических лучей, лучей оптического квантового генератора (лазера), действия электрического поля и др.
Отрицательные ионы образуются при захвате молекулой или атомом свободных электронов, что возможно лишь для электроотрицательных элементов при весьма малой скорости электронов. Положительные ионы возникают при потере нейтральной частицей одного или нескольких электронов.
Основным видом ионизации при наличии электрического поля является ударная ионизация электроном. Вышедший из катода электрон под действием градиента поля ускоряется и при столкновении с нейтральными атомами или молекулами может выбить один электрон или придать атому или молекуле некоторую скорость. Так, при движении электрона от катода к аноду произойдет ряд столкновений, в результате чего температура газа повысится. При высоком давлении и больших градиентах поля этот вид ионизации может привести к значительному повышению температуры и росту сквозного тока проводимости.
|
|
|
Ударная ионизация ионом в дуговых разрядах невелика. При высоких температурах и давлении ее роль значительно возрастает.
Плазму называют равновесной в том случае, если температуры ее компонентов - молекул, атомов, ионов и электронов - одинаковы. Такую плазму называют также изотермической.
Неравновесной или неизотермической называют плазму, у которой температуры компонентов различны. Отсутствие равновесия может наблюдаться при низких давлениях, а также в сильных электрических полях.
Горение электрической дуги сопровождается следующими эффектами, обусловливающими области ее применения:
1) большим выделением тепла на электродах. На этом основана техника электродуговой сварки и плавка металлов в электродуговых печах прямого нагрева;
|
|
|
2) высокоинтенсивным инфракрасным излучением. Это свойство используется в электродуговых печах косвенного нагрева;
3) мощным потоком видимого света. Это свойство дуги используется в электродуговых осветительных приборах (прожекторах);
4) интенсивным ультрафиолетовым излучением. Как генератор ультрафиолетовых лучей электрическая дуга не используется вследствие низкого энергетического к. п. д.
Полная мощность дуги (кВт)
(8.1)
где: Uд – напряжение дуги, В; I – сила тока дуги, А.
Эффективная мощность дуги
(8.2)
где 
– эффективный к. п. д. электродугового нагрева, представляющий собой отношение количества тепловой энергии, введенной дугой в изделие, к тепловому эквиваленту электрической мощности дуги.
Электрическая дуга классифицируется по следующим основным признакам:
- по роду среды, в которой происходит дуговой разряд:
а) открытая дуга, горящая в воздухе;
б) закрытая дуга, горящая под флюсом;
в) дуга, горящая в среде защитных газов.
- по роду тока:
а) дуга постоянного тока;
б) дуга переменного тока;
в) дуга трехфазного тока.
Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 108; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!