ทำไมแค่ปลายขั้วไฟฟ้าจึงละลายเมื่อเชื่อมอาร์ค?

ฉันเห็นใน youtube บางคนแสดงการเชื่อมอาร์คด้วย "ขั้วไฟฟ้าบริโภค" เมื่อเห็นแวบแรกฉันเห็นว่ากระแสไหลผ่านอิเล็กโทรดและชิ้นงานและคำถามของฉันมาจากข้อเท็จจริงนี้

ฉันคิดว่าชิ้นงานจะไม่ละลายเพราะมักจะมีขนาดใหญ่กว่าอิเล็กโทรดดังนั้นมันสามารถกระจายความร้อนได้เร็วขึ้นมาก แม้ว่าอิเล็กโทรดจะบางลงและฉันไม่เข้าใจว่าทำไมอิเล็กโทรดทั้งหมดไม่ละลายถ้ากระแสที่ไหลผ่านมันสูงพอที่จะละลายปลายอิเล็กโทรด

ฉันคิดเกี่ยวกับมันและฉันเดาว่ามันมีบางอย่างเกี่ยวกับความต้านทานการติดต่อที่ปลายขั้วไฟฟ้าที่แตกต่างจากวัสดุของขั้วไฟฟ้า เหตุผลก็คือพลังงานซึ่งเป็นสัดส่วนกับความร้อนที่เกิดขึ้นควรเป็น แต่ฉันไม่คิดว่าความแตกต่างระหว่างตัวต้านทานสองตัวนั้นสูงพอที่จะอธิบายปรากฏการณ์นี้ดังนั้นฉันจึงสงสัยว่าส่วนใด ฉันกำลังคิดถึง!

ความต้านทานของอิเล็กโทรดไม่ใช่สิ่งที่ทำให้ร้อนขึ้น - มันคือความต้านทานของอากาศที่แตกตัวเป็นไอออนในส่วนโค้ง!

ดังนั้นสิ่งต่าง ๆ ที่อยู่ใกล้กับโค้งจะร้อนและสิ่งที่อยู่ห่างออกไปไม่ได้

เมื่ออิเล็กโทรดถูกนำเข้าใกล้ชิ้นงานช่องว่างของอากาศจะแคบลงจนถึงจุดที่เกิดประกายไฟเมื่อความแรงของสนามไฟฟ้า (เป็นโวลต์ต่อเมตรเป็นต้น) เพิ่มขึ้นสูงพอที่จะทำให้เกิดอิออนโมเลกุลของอากาศ

อากาศที่แตกตัวเป็นไอออนเป็นพลาสมาซึ่งมีอุณหภูมิสูงมาก - สูงพอที่จะละลายอิเล็กโทรดและวัสดุชิ้นงานได้

ตราบใดที่เครื่องเชื่อมยังคงรักษาระยะห่างของความยาวที่เหมาะสมความแรงของสนามไฟฟ้าจะสูงพอที่จะทำให้เกิดไอออนในอากาศภายในช่องว่างและละลายวัสดุที่อยู่ใกล้เคียงของแท่งเชื่อมและชิ้นงาน โลหะบางชนิดอาจทำให้เป็นแก๊สและเปลี่ยนเป็นพลาสมาเช่นกันและทำให้เกิดการอาร์ค

หากช่องว่างมีขนาดใหญ่เกินไปพลาสมาจะหยุดพร้อมกับการเชื่อมใด ๆ

ใครก็ตามที่เคยทำงานกับช่างเชื่อมติดแท่ง (คนที่ใช้แท่งเชื่อม) สามารถบอกคุณได้ว่าถ้าช่องว่างเล็กเกินไปคุณอาจแตะก้านกับชิ้นงานคุณอาจสร้างพลาสมาในเวลาที่สัมผัสเพื่อเชื่อม คันกับชิ้นงาน ณ จุดนี้คุณมีวงจรโลหะต่อเนื่องโดยไม่มีพลาสมา มันจะทำการไหลของกระแสไฟฟ้าในปริมาณเท่าเดิมในขณะที่ทำการเชื่อมที่เหมาะสม แต่ถ้าไม่มีส่วนโค้งของพลาสมาจะไม่มีอะไรละลาย

ไม่มีคำอธิบายใดที่เกี่ยวข้องกับความต้านทานของพลาสมา มันเป็นหน้าที่ของวิธีการที่พลาสมาก่อตัวขึ้นเพื่อตอบสนองต่อความแรงของสนามไฟฟ้าที่กำหนด

มีกระบวนการเชื่อมหลายอย่างที่ผลิตความร้อนด้วยวิธีการที่แตกต่างกัน ฉันคิดว่าการเชื่อมทิกเป็นแนวคิดที่เข้าใจง่ายกว่าการเชื่อมแบบแท่งหรือแบบ MIG คำอธิบายจะช่วยให้เข้าใจกระบวนการเชื่อมอื่น ๆ ดังนั้นฉันจะเริ่มอธิบายการเชื่อม TIG

ในการเชื่อมแบบ TIG (การเชื่อมอาร์กทังสเตนแก๊สหรือ GTAW) แหล่งจ่ายไฟการเชื่อมจะเชื่อมต่อกับไฟฉายมือด้วยปลายทังสเตน ขั้วไฟฟ้าเชิงลบเชื่อมต่อกับไฟฉาย ขั้วไฟฟ้าบวกเชื่อมต่อกับชิ้นงานที่จะทำการเชื่อม

อาร์คถูกสร้างขึ้นโดยวงจรในแหล่งจ่ายไฟที่เรียกว่าอาร์คสตาร์ทเตอร์ซึ่งสร้างแรงดันไฟฟ้าสูง, พัลส์ความถี่สูงระหว่างปลายทังสเตนและชิ้นงาน อาร์คมีพลังงานเพียงพอที่จะดึงอิเลคตรอนออกมาจากแก๊สป้องกันและสร้างเส้นทางของไอออนที่นำกระแสไฟฟ้าจากปลายทังสเตนไปยังชิ้นงาน สำหรับการเชื่อมแบบ tig นั้นมักใช้แก๊สอาร์กอนเนื่องจากมีราคาถูกทำให้เกิดไอออนได้ง่ายและหนักกว่าอากาศ

เมื่อเส้นทางไอออนเสร็จสิ้นแหล่งจ่ายไฟจะตรวจจับแรงดันไฟฟ้าตกระหว่างขั้วไฟฟ้า เมื่อไม่มีเส้นทางที่แตกตัวเป็นไอออนระหว่างอิเล็กโทรดและชิ้นงานอาจมีความแตกต่างระหว่างอิเล็กโทรดทังสเตน 50V หรือมากกว่า หลังจากเริ่มการอาร์คแรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้วไฟฟ้าจะลดลงเหลือประมาณ 10V ขึ้นอยู่กับขนาดของช่องว่าง ณ จุดนี้แหล่งจ่ายไฟจะเปิดกระแสเชื่อม การเชื่อมทิกจะทำกับแหล่งจ่ายไฟคงที่ในปัจจุบัน

การอาร์กนั้นได้รับการบำรุงรักษาโดยการต้านทานความร้อนของก๊าซป้องกัน ก๊าซไอออไนซ์ทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานซึ่งความร้อนเป็นหน้าที่ของแรงดันไฟฟ้าข้ามช่องว่างและกระแสผ่าน กระแสไฟฟ้าที่สูงผ่านก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออนจะกระจายความร้อนมากจนก๊าซยังคงร้อนพอที่จะยังคงเป็นพลาสมาและยังคงดำเนินต่อไป

ความร้อนจะไม่กระจายไปทั่วส่วนโค้งอย่างไรก็ตาม ในการกำหนดค่านี้ที่ฉันเพิ่งอธิบายอิเล็กตรอนจะยิงออกมาจากปลายทังสเตนและกระแทกชิ้นงาน สิ่งนี้ทำให้ความร้อนพุ่งไปที่ชิ้นงาน ถ้าฉันสลับขั้วของขั้วไฟฟ้าและเชื่อมต่อขั้วลบกับชิ้นงานและบวกกับไฟฉายฉันจะมีผลตรงกันข้าม ฉันยังคงได้รับส่วนโค้งและความร้อนมากมาย แต่ความร้อนจะเน้นไปที่ส่วนปลายไม่ใช่ชิ้นส่วนที่ฉันพยายามเชื่อม สิ่งนี้จะส่งผลให้เกิดการละลายของปลายลูก ทังสเตนใช้สำหรับทิปเนื่องจากมีจุดหลอมเหลวสูงที่สุดของโลหะใด ๆ ในการเชื่อมแบบ tig คุณไม่ต้องการให้ขั้วไฟฟ้าหลอมละลายและกลายเป็นส่วนหนึ่งของการเชื่อม แต่ในการเชื่อมแบบอื่นที่คุณทำ

ในการเชื่อม MIG (การเชื่อมอาร์คโลหะแก๊สหรือ GMAW) นี่คือสิ่งที่คุณต้องการ ในการเชื่อม MIG อิเล็กโทรดเป็นลวดนำไฟฟ้าที่ป้อนจากแกนลวดด้วยความเร็วสูง ลวดหลอมละลายและกลายเป็นส่วนหนึ่งของรอยเชื่อม ขั้วจะกลับด้านเพื่อให้ลวดเป็นบวกและชิ้นงานเป็นลบ คุณไม่จำเป็นต้องมีอาร์คสตาร์ทเตอร์ด้วย MIG

เมื่อคุณกดไกปืนของ Mig Mig ตัวป้อนลวดจะเริ่มดันลวด เมื่อลวดสัมผัสกับงานลวดจะทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานและทำให้ร้อนขึ้น ยิ่งความยาวของลวดติดนานเท่าใดความต้านทานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้นและจะทำให้เกิดการลดลงของโวลต์ที่ต่างออกไป

เนื่องจากกระแสสูงผ่านลวดลวดจะละลายและเผากลับ สิ่งนี้ทำให้เกิดช่องว่างเล็ก ๆ ระหว่างงานกับลวดที่มีแรงดันไฟฟ้าเพียงพอที่จะแตกตัวเป็นไอออน สิ่งนี้สร้างส่วนโค้ง โดยไม่ต้องระบุข้อมูลเฉพาะของกระบวนการ MIG ที่แตกต่างกัน (ลัดวงจรหยดน้ำและการถ่ายโอนสเปรย์) กระบวนการนี้จะทำซ้ำเป็นหลัก ลวดทำให้การติดต่อ ความร้อนขึ้นและละลายกลับ นัดโค้งแล้วทำให้ติดต่ออีกครั้ง เป็นต้น

ชิ้นงานมักจะต้องละลายด้วย (แต่ไม่มากเกินไปหรือคุณได้รับการพัฒนาวัสดุ) มิฉะนั้นคุณจะไม่ได้รับการเชื่อมต่อทางกลที่แข็งแกร่ง คุณคำนึงถึงความหนามวลความร้อนและการนำความร้อนของชิ้นงานโดยการปรับอัตรากระแสและอัตราการป้อนวัสดุ และอย่างที่ Marcus Müllerได้กล่าวไปแล้ว: มันไม่เกี่ยวกับความต้านทานขั้วไฟฟ้า