Anonimo
Anonimo ha chiesto in Matematica e scienzeIngegneria · 1 decennio fa

come mai l'arco elettrico che caratterizza le saldature ad arco è instabile?

Nella saldatura ad arco la fonte di calore che genera la fusione del materiale è fornita grazie ad un fenomeno chiamato arco elettrico, che si genera per effetto termoionico tra un elettrodo e il pezzo da saldare. tale fenomeno consiste nell'accellerazione degli elettroni che per effetto termoionico lasciano il catodo, che è l'utensile con il quale si salda, e si muovono verso l'anodo che è il pezzo. molti libri dicono che tale fenomeno risulta essere notevolmente instabile, e si può attenuare tale instabilità attraverso una alimentazione in corrente continua oppure attraverso le schermature con flussi o con gas, ma non spiegano l'origine dell'instabilità di tale arco

2 risposte

Classificazione
  • 1 decennio fa
    Risposta preferita

    L'arco elettrico in gas ionizzati ad alta pressione ha una caratteristica tensione-corrente fortemente negativa, cioè opposta alla Legge di Ohm.

    (trascuriamo il plasma in bassa pressione) Il plasma è sostenuto dagli elettroni emessi dal catodo sufficientemente caldo che sono accelerati dal campo elettrico e nell'urto contro le moleole di gas, creano ioni e ulteriori elettroni Essendo il numero di elettroni generati per urto sempre maggiore, la corrente cresce a cascata, la caratteristica esterna tensione corrente risulta essere una resistenza negativa.

    L'arco viene sostenuto per lunghezze dipendenti da pressione del gas, da tensione disponibile alla sorgente e per temperatura degli elettrodi e del plasma stesso (formato nell'arco di saldatura anche da vapori di metalli e scoria incandescente e qundi ionizzante per temperatura).

    L'arco può manteneresi innescato, a parità di corrente impressa, fino ad una certa distanza oltre la quale nella colonna di plasma generato si interpone una "layer" inerte, cioè senza elettroni e ioni che forma un isolante. Quindi l'arco "cade" se l'elettrodo è troppo distante dal pezzo o se si mischiano gas inquinanti all'arco come vapori di pitture o di metalli (lo zinco è uno di questi)

    Per compensare entro certi limiti la caratteristica di resistenza negativa dell'arco e quindi renderlo stabile almeno in un intorno di corrente - distanza, le saldatrici di una volta avevano una grossa reattanza interna per mantenere "costante" la corrente del circuito al variare delle caratteristiche dell'arco. COn il difetto che la corrente alternata, passando ogni semiciclo per lo zero, cento volte al secondo non riusciva a sostenere l'arco per effetto elettrico e si doveva accontentsre dell'inerzia termica degli elettrodi. Inoltre la corrente alternata, cambiando di segno ogni periodo, alternava la bacchetta (di solito più calda e quindi emittente) e il pezzo (di solito più feddo per la massa notevole) nel fare da anodo e da catodo.

    Le saldatrici odierne oltre ad essere a corrente continua, hanno alcuni accogimenti:

    . i tyristor che raddrizzano sono regolati per generare una corrente costante per un ampio tratto di tensione;

    . la frequenza di switching è alta, il che rende "pronta" la regolazione di corrente.

    . al momento di stacco o di innesco dell'arco certe saldatrici emettono una scarica pilota in alta frequenza che innesca la prima ionizzazione dei gas, allungando così il "tempo di recupero" se al saldatore tenderebbe a spegnersi l'arco per distacco.

    Per i gas di protezione ci sono due casi:

    un "gas" improprio dovuto a elettrodi con flussante (o scoria, o anima, o rivestimento) la funzione della scoria è proteggere il bagno dal'ossidazione e produrre quei "fumi incandescenti" che facilitano il sostegno dell'arco. Ogni fumo ha la sua tipologia di particelle e ogni scoria forma la sua protezione e trasmissione di ioni in condizioni di materiale più o meno fuso mantenndo al meglio la conduzione.

    Un gas reale specifico per saldature MIG, TIG, plasma, laser dove la ionizzazione del gas è dipendente dalla molecola e il gas è o inerte (elio, argon, miscele) o "attivo" (miscele contenenti CO2 per economia e la correzione delle proprietà metallurgiche del cordone) Il gas, oltre alla funzione di sostenere l'arco in maniera molto precisa, protegge da ossidazioni e da gas estranei la saldatura che così forma un bagno fra metalli dei lembi e del materiale di apporto privi di ossidazioni, qindi leghe di materiael senza interposizioni.

    Riassumo e concludo che l'instabilità dell'arco è causata dalla caratteristica di resistenza negativa della ionizzazione e che si sostiene fino a distanze limitate fra gli elettrodi, più "freddi" sono gli elettrodi più limitata è la distanza.

    La resistenza negativa viene:

    . mitigata da flussanti che ad alta temperatura sono conduttori e emettono particelle facilmente ionizzabili;

    . compensata da generatori a corrente "costante" al variare della tensione ai capi degli elettrodi.

    La corrente continua serve per evitare lo spegnimento elettrico periodico dell'emissione di eletroni per effetto elettrico-termico.

    Vari enti divulgarono a suo tempo una cospicua letteratura informativa e pratica sull'argomento, in parte dispersa, da ricercarsi in qualche biblioteca "storica" di tecnologia oppure all'Istituto Italiano di Saldatura.

    Saluti

    Fonte/i: MIR - Popescu - Gas ionizeès (edizione in francese) (fenomeno della ionizzaizone) Welding Journal - Basic principles (vari fascicoli)
  • 1 decennio fa

    Il fenomeno stesso dell'arco elettrico è instabile di sua natura. Infatti la caratteristica tensione-corrente è altamente non lineare e in alcuni tratti può essere considerata come una resistenza negativa, per cui aumentando la corrente la tensione diminuisce. In applicazioni dove viene utilizzato l'arco elettrico (forni ad arco o saldatrici) viene inserita una resistenza (o un impedenza se sono in corrente alternata) per cercare di stabilizzare l'arco.

    L'alimentazione in CC rende l'arco più stabile perchè la tensione è continua, mentre in alternata, essendo la forma d'onda sinusoidale, la tensione potrebbe essere minore della rigidità dielettrica del mezzo vicino ai passaggi per lo zero e ciò potrebbe causare lo spegnimento dell'arco.

Altre domande? Fai una domanda e ottieni le risposte che cerchi.