Đang tải... (xem toàn văn)
Hiện tượng hồ quang điện 1.1 Tiếp xúc điện là gì? 1.1.1 Khái niệm Tiếp xúc điện là nơi mà dòng điện đi từ vật dẫn này sang vật dẫn khác. Bề mặt tiếp xúc của hai vật dẫn được gọi là tiếp xúc điện. Các yêu cầu cơ bản của tiếp xúc điện: Nơi tiếp xúc điện phải chắc chắn, đảm bảo Mối nơi tiếp xúc phải có độ bền cơ khí cao. Mối nối không được phát nóng quá gía trị cho phép. Ổn định nhiệt và ổn định động khi có dòng điện cực đại đi qua. Chịu được tác đông của môi trường (nhiệt độ, chất hoá học…) Để đảm bảo các yêu cầu trên, vật liều dùng làm tiếp điểm có các yêu cầu: Điện dẫn và nhiệt dẫn cao. Độ bền chổng rỉ trong không khí và trong các khí khác. Độ bền chống tạo lớp màng có điện trở suất cao. Độ cứng bé để giảm lực nén. Độ cứng cao để giảm hao mòn ở các bộ phận đóng ngắt. Độ bền chịu hồ quang cao (nhiệt độ nóng chảy). Đơn giản gia công, giá thành hạ.Một số vật liều dùng làm tiếp điểm: Đồng, Bạc, Nhôm,
Hồ quang điện kỹ thuật 1/ Hiện tượng hồ quang điện 1.1/ Tiếp xúc điện gì? 1.1.1/ Khái niệm Tiếp xúc điện nơi mà dòng điện từ vật dẫn sang vật dẫn khác Bề mặt tiếp xúc hai vật dẫn gọi tiếp xúc điện Các yêu cầu tiếp xúc điện: • • • • • Nơi tiếp xúc điện phải chắn, đảm bảo Mối nơi tiếp xúc phải có độ bền khí cao Mối nối khơng phát nóng q gía trị cho phép Ổn định nhiệt ổn định động có dòng điện cực đại qua Chịu tác đông môi trường (nhiệt độ, chất hoá học…) Để đảm bảo yêu cầu trên, vật liều dùng làm tiếp điểm có yêu cầu: • • • • • • • Điện dẫn nhiệt dẫn cao Độ bền chổng rỉ không khí khí khác Độ bền chống tạo lớp màng có điện trở suất cao Độ cứng bé để giảm lực nén Độ cứng cao để giảm hao mòn phận đóng ngắt Độ bền chịu hồ quang cao (nhiệt độ nóng chảy) Đơn giản gia công, giá thành hạ.Một số vật liều dùng làm tiếp điểm: Đồng, Bạc, Nhôm, Vonfram… 1.1.2/ Phân loại tiếp xúc điện Dựa vào kết cấu tiếp điểm, có loại tiếp xúc điện sau: Tiếp xúc cố định: Các tiếp điể nối cố định với chi tiết dẫn dòng điện là: cái, cáp điện, chỗ nối khí cụ vào mạch Trong q trình sử dụng, hai tiếp điểm gắn chặt vào nhờ bu – lơng, hàn nóng hay nguội Tiếp xúc đóng mở: Là tiếp xúc để đóng ngắt mạch điện Trong trườnghợp ơhát sinh hồ quang điện, cần xác định khoảng cách tiếp điểm tĩnh động dựa vào dòng điện định mức, điện áp định mức chế độ làm việc khí cụ điện Tiếp xúc trượt: Là tiếp xúc cổ góp vành trượt, tiếp xúc dễ sinh hồ quang điện Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc • • • • • • Vật liệu làm tiếp điểm (Vật liệu mềm tiếp xúc tốt) Kim loại làm tiếp điểm khơng bị ơxy hóa Lực ép tiếp điểm lớn tạo nên nhiều tiếp điểm tiếp xúc Nhiệt độ tiếp điểm cao điện trở tiếp xúc lớn Diện tích tiếp xúc Thơng thường dùng hợp kim để làm tiếp điểm 1.2/ Hồ quang điện gì? 1.2.1/ Khái niệm Trong khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện (cầu dao, contactor, rơle…) chuyển mạch phát sinh tượng phóng điện Nếu dòng điện ngắt 0,1A điện áp tiếp điểm khoảng 250 – 300V tiếp điểm phóng điện âm ỉ Trường hợp dòng điện điện áp cao trị số bảng sau sinh hồ quang điện 1.2.2/ Tính chất phóng điện hồ quang • • • • Phóng điện hồ quang xảy dòng điện có trị số lớn Nhiệt độ trung tâm hồ quang lớn khí cụ đến 6000÷80000K Mật độ dòng điện Catốt lớn (104 ÷ 105)A/cm2 Sụt áp Catốt 10 ÷ 20V thực tế khơng phụ thuộc vào dòng điện 1.2.3/Q trình phát sinh dập hồ quang Quá trình phát sinh hồ quang điện Đối với tiếp điểm có dòng điện bé, ban đầu khoảng cách chúng nhỏ tỏng điện áp đặt có trị số định, khoảng không gian sinh điện trường có cường độ lớn (3.107V/cm) làm bật điện tử từ Catôt gọi phát xạ tự động điện tử (gọi phát xạ nguội điện tử) Số điện tử nhiều, chuyển động tác dụng điện trường làm ion hố khơng khí gây hồ quang điện Đối với tiếp điểm có dòng điện lớn, trình phát sinh hồ quang phức tạp Lúc đầu mở tiếp điểm, lực ép chúng có trị số nhỏ nên số tiếp điểm tiếp xúc để dòng điện di qua Mật độ dòng điện tăng đáng kể đến hàng chục nghìn A/cm2, tiếp điểm phát nóng tăng đến mức làm cho nhau, giọt kim loại kéo căng trở thành cầu chất lỏng nối liền hai tiếp điểm này, nhiệt độ cầu chất lỏng tiếp tục tăng, lúc cầu chất lỏng bơc hới không gian hai tiếp điểm xuất hồ quang điện Vì q trình phát nóng cầu thực nhanh nên bốc hới mang tính chất nổ Khi cầu chất lỏng cắt kéo theo mài mòn tiếp điểm, điều quan trọng ngắt dòng điện q lớn hay q trình đóng mở xảy thường xuyên Quá trình dập tắt hồ quang điện Điều kiện dập tắt hồ quang trình ngượi lại với q trình phát sinh hồ quang: • • • • • Hạ nhiệt độ hồ quang Kéo dài hồ quang Chia hồ quang thành nhiều đoạn nhỏ Dùng lượng bên ngồi để thổi tắt hồ quang Mắc điện trở Shunt để tiêu thụ lượng hồ quang Thiết bị để dập tắt hồ quang • • • • Hạ nhiệt độ hồ quang cách dùng khí dầu làm nguội, dùng vách ngăn để hồ quang cọ xát Chia hồ quang thành nhiều cột nhỏ kéo dài hồ quang cách dùng vách ngăn chia thành nhiều phần nhỏ thổi khí dập tắt Dùng lương bên ngồi để thổi tắt hồ quang, lượng tạo áp suất để thổi tắt hồ quang Mắc điện trở Shunt để tiêu thụ lượng hồ quang (dùng điện trởmắc song song với hai tiếp điểm sinh hồ quang) 2/ Tác hại hồ quang điện Phát sinh hồ quang đóng cắt có tác hại sau đây: Kéo dài thời gian đóng cắt: Do có hồ quang, nên đầu tiếp xúc rời ra, dòng điện bắc cầu qua dòng hồ quang để tồn tại, làm thời gian dòng cắt kéo dài Thời gian phụ thuộc vào tốc độ dập hồ quang Chỉ hồ quang bị dập tắt hẳn mạch điện cắt hẳn Khi đóng mạch, ngược lại, lúc hai đầu tiếp xúc với nhau, hồ quang phát sinh làm xuất dòng điện mạch Do đó, thời gian đóng mạch bị kéo dài Làm hỏng mặt tiếp xúc: Hồ quang dạng phóng điện nhiệt độ cao, nên dễ làm rỗ, làm cháy mặt tiếp xúc Do đó, sau số lần đóng cắt, tiếp xúc mặt tiếp điểm xấu đi, làm tăng điện trỏ tiếp xúc Gây ngắn mạnh pha: Hồ quang tỏa từ pha cạnh bắc cầu, gây phóng điện pha, tạo ngắn mạch pha Đây trường hợp nguy hiểm, ta thường gặp thao tác sai, chẳng hạn dùng dao cách ly để cắt mạch dòng điện, lúc hồ quang khó dập tắt, hồ quang lan rộng Gây hỏa hoạn tai nạn: Hồ quang mạnh mơi trường có chất dễ cháy dễ dàng gây hỏa hoạn Nhiều trường hợp hồ quan phóng vào người thao tác, gây bỏng nặng, nguy hiểm Khi hồ quang phóng chập chờn, dễ xảy tượng cảm ứng, làm điện áp cục thiết bị tăng cao, dẫn tới q điện áp Chính thế, việc dập hồ quang vấn đề lớn đốì với thiết bị đóng cắt điện áp cao, dòng điện lớn, phải cắt dòng điện ngắn mạch Người ta nghiên cứu nhiều kiểu máy cắt khác để thỏa mãn yêu cầu Hàn hồ quang điện lưu ý 1/ Hàn hồ quang điện gì? Hàn hồ quang tượng phóng điện mạnh, liên tục mơi trường khơng khí điện cực trái dấu, làm khơng khí bị nung nóng, tượng phát ánh sáng mạnh nhiệt độ cao Hồ quang đánh lửa qua chạm ngấn chi tiết với que hàn Qua việc kéo lại vài milimét, que hàn nhận chiều dài cho hàn Động điện tử va chạm vào cực dương làm tăng nhiệt độ cực âm phát sinh nhiệt độ khoảng 3600°c, cực dương nơi thường đặt chi tiết, nhiệt độ vào khoảng 4200°c Sự dập hồ quang (Tác dụng thổi).Trong hàn hồ quang hồ quang bị lệch ảnh hưởng trường điện từ, tự hình thành chung quanh dây dẫn điện lẩn dòng điện chạy qua Que hàn đứng thẳng chi tiết, đường lực vòng cong hướng vể phía cực bị đẩy vào nới lỏng phía đối diện Trong phạm vi nới lỏng hồ quang chệch hướng Sự tác dụng dập hổ quang chủ yếu xảy hàn với dòng điện chiều, đặc biệt hàn thép Nó mạnh đến mức khơng thể hàn Việc giảm bớt tác dụng thổi đạt qua cách đặt kẹp cực chi tiết, thay đổi chiều hàn, sử dụng que hàn có vỏ bọc dày, độ dốc que hàn so với hướng thổi hay qua hàn với dòng điện xoay chiều 1.1/ Khi hàn hồ quang Loại đường kính que hàn xác định bể dày nguyên liệu, vật liệu chi tiết loại hàn (hàn kết nối hay hàn đắp) Khi hàn, que hàn nóng chảy phải bổ sung liên tục để chiều dài hổ quang không thay đổi Bằng cách dẫn hướng tương ứng que hàn, người ta ảnh hưởng đến hướng áp lực hồ quang để bể kim loại nóng chảy tiếp tục chảy không theo hướng hàn Tránh xỉ tạp lỗi kết nối hàn Đoạn dư que hàn nóng chảy đạt nhiệt độ nung đỏ có nghĩa dòng điện hàn bị chỉnh lớn Nếu dòng điện hàn nhỏ, hồ quang đánh lửa giữ (kềm lại) xỉ lỏng làm cản trở kết nối mối hàn bình thường hàn hổ quang tay, chiều dài hổ quang nên tương đương với đường kính lõi que hàn Khoảng hở mối hàn lớn hàn nhiều lớp (Hình 2) Xỉ đường hàn trước phải loại bỏ hoàn toàn Lớp hàn phủ hàn với chuyển động dao động ngang 1.2/ Dụng cụ thiết bị Năng lượng hồ quang mang tính tập trung dùng để nung chảy kim loại hàn Có thể tải dòng điện hàn từ 5A đến 2000A điện áp thấp đến 10V Có dạng hình chng, phần loe ln hướng phía vật hàn Chiều dài hồ quang tỉ lệ với điện áp hàn, chiều dài hồ quang vượt giới hạn tự tắt Dòng điện lớn khả kéo dài hồ quang lớn Vật hàn: phải làm trước hàn Kìm kẹp mát: nối với vật hàn gần với vị trí hàn Điện cực: trước mồi hồ quang, gắn que hàn vào kìm hàn Que hàn đường kính nhỏ cần cường điện thấp so với que hàn đường kính lớn độ dòng Kìm hàn Vị trí cầm kìm hàn Chiều dài hồ quang: khoảng cách từ đầu que hàn đến vật hàn Hồ quang ngắn với cường độ dòng điện phù hợp cho âm giòn, kim loại văn tóe Chiều dài hồ quang tùy thuộc vào đường kính que hàn (ln ln nhỏ đường kính que hàn) Ví dụ, chiều dài hồ quang hàn que hàn đường kính 1,6 2,5 mm khoảng 1,6 mm; chiều dài hồ quang que hàn ø3,2mm ø4mm 3mm Xỉ hàn: sử dụng búa gõ xỉ (có đầu nhọn) bàn chải sắt để làm mối hàn Sau gõ xỉ, kiểm tra quan sát mối hàn trước hàn đường hàn khác Sự phân bố nhiệt độ hồ quang cực Cacbon: Cực âm t = 3200°C Cực dương t = 3400°C Trung tâm cột hồ quang có t°max = 6000°C 1.3/ Phân loại hồ quang hàn Phân loại theo cách đấu dây • • • Đấu dây trực tiếp: sử dụng que hàn thiêu hủy Đấu dây gián tiếp: sử dụng que hàn không thiêu hủy Đấu dây vừa trực tiếp vừa gián tiếp: sử dụng que hàn không thiêu hủy Phân loại theo điện cực • • Điện cực khơng nóng chảy: than, graphit, Wonfram Điện cực nóng chảy: que hàn kim loại Phân loại theo dòng điện • • Hàn hồ quang dòng điện xoay chiều (AC: Alternative Current) Hàn hồ quang dòng điện chiều (DC: Direct Current) 2/ Những u cầu dòng điện hàn hơ quang Điện áp khơng tải • • AC từ 40 ÷ 80V DC từ 60 ÷ 90V Dòng ngắn mạch: Icc/I h = 1,1 ÷ 1,5 (đơi đến cho thiết bị nặng) Sự thay đổi điện áp hàn khơng làm thay đổi dòng điện q lớn (đối với thiết bị cung cấp) Điện áp quy ước hồ quang hàn (Conventional Voltage): Điện áp hồ quang hàn phụ thuộc vào vật liệu mơi trường khí bảo vệ đồng thời phụ thuộc vào đặc tính điện máy hàn (độ dốc dòng ngắn mạch, đáp ứng độ…) Do vậy, để bảo đảm que hàn hoạt động tất chủng loại máy hàn, người ta tiêu chuẩn hóa quan hệ V-I hồ quang hàn Hàn que: Uh = 25 Volts I h : ÷ 100A Uh = 40 Volts I h > 600A Uh = 25 + 0,03I h Volts I h : 100A ÷ 600A Hàn TIG U h = 10 + 0,04I h Volts I h : ÷ 600A Uh = 34 Volts I h > 600A Hàn MIG – MAG U h = 14 + 0,05I h Volts I h : ÷ 600A Uh = 44 Volts I h > 600A Các máy hàn có yêu cầu đặc điểm sau Điện áp bảo đảm an toàn vận hành mồi hồ quang dễ dàng AC ≤ 80V, DC ≤ 90V • Cường độ: điều chỉnh có cp hoc vụ cp t 30 ữ 600A Chu kỳ tải (Duty cycle) hệ số đặc trưng cho khả tải thiết bị, định nghĩa thời gian hàn liên tục dòng điện xác lập tính thời gian 10 phút Hệ số đồng thời cho biết khả tải cỡ thiết bị hàn Thông thường chu kỳ tải co giá trị từ 20% ÷ 100% Ví dụ: máy có Imax 150 A, chu kỳ tải 40% có nghĩa máy có khả hàn liên tục phút dòng điện hàn 150 Sau phải nghỉ phút để phục hồi đặc tính điện Chu kỳ tải thông số đặc trưng cho cấu trúc, vật liệu nguồn điện khả làm mát thiết bị Nói cách khác qua ta đánh giá lực tính thích hợp nguồn điện hàn ứng dụng 3/ An toàn hàn hồ quang Trong hàn MIG /MAG (theo ISO 857-1 Hàn hồ quang kim loại mơi trường khí bảo vệ), hổ quang dòng điện chiều cháy cực dương dây điện cực chi tiết (Hình 1) Dây hàn nóng chảy dẫn từmột cuộn dây thiết bị dẫn tiến qua cáp dây đến đẩu hàn (đẩu súng hàn) Bước dẫn tiến dây hàn (Tốc độ cấp dây) tùy thuộc vào tốc độ nóng chảy Trong đầu hàn, dòng điện hàn truyền trước hó quang qua béc điện tiếp xúc vào dây điện cực Tại đoạn ngắn cuối dây nhơ ngồi, mật độ dòng điện cao tiết diện dây điện cực nhỏ Qua hàn đạt cơng suất nóng chảy cao độ thâm nhập sâu Dây điện cực đặc hay dây điện cực nhồi (lõi) sử dụng làm vật liệu bổ sung Lõi (nhân) chứa chất khoáng dây điện cực nhồi tạo lớp xỉ mối hàn để bảo vệ trước sựoxy hóa tơi (biến) cứng bề mặt Sự điều chỉnh Dòng điện hàn bước dẫn tiến dây (tốc độ cấp dây) điểu chinh trước hàn Nó tùy thuộc vào vật liệu, khí bảo vệ, bề dày chi tiết đường kính dây thiết bị hàn đại, thông số khác thí dụ nhưdòng điện dòng điện cao tần số xung điểu chỉnh nhưcácchương trình hàn đặc biệt, vật liệu độ dày nguyên liệu hàn lập trình sẵn, cẩn gọi để áp dụng Phương pháp hàn MIG/MAG phù hợp cho hàn tự động Các phương pháp hàn mơi trường khí bảo vệ quan trọng hàn MIG, hàn MAG, hàn WIG (TIG) hàn hổ quang plasma.Tất phương pháp hàn mơi trường khí bảo vệ, hố quang bể kim loại nóng chảy (vũng hàn) ngăn che chống khơng khí khí bảo vệ Qua sử dụng dây hàn (thường có đường kính từ 0,8 mm đến mm) làm vật liệu hàn bổ sung Người ta phân biệt phương pháp hàn điện cực nóng chảy phương pháp hàn điện cực khơng nóng chảy voníram (Bảng 1) Việc sử dụng khí bảo vệ tùy thuộc vào vật liệu phương pháp hàn Khí bảo vệ sử dụng khí trơ (phản ứng chậm) (Ar, He), loại khí khử (H2), loại khí oxy hóa (C02) loại khí hỗn hợp (Bảng 2) Các khí trơ ứng dụng để hàn đặc biệt cho hàn kim loại không chứa sắt thép chống mài mòn Cr-Ni, khí kích hoạt chủ yếu cho thép carbon Khí kích hoạt khí dễ phản ứng thí dụ C02 khí hỗn hơp khí kích hoạt”corgon 18″ (khí argon +18% C02) sử dụng thường xuyên ... thường xun Q trình dập tắt hồ quang điện Điều kiện dập tắt hồ quang trình ngượi lại với trình phát sinh hồ quang: • • • • • Hạ nhiệt độ hồ quang Kéo dài hồ quang Chia hồ quang thành nhiều đoạn nhỏ... tắt hồ quang Mắc điện trở Shunt để tiêu thụ lượng hồ quang Thiết bị để dập tắt hồ quang • • • • Hạ nhiệt độ hồ quang cách dùng khí dầu làm nguội, dùng vách ngăn để hồ quang cọ xát Chia hồ quang. .. điện Nếu dòng điện ngắt 0,1A điện áp tiếp điểm khoảng 250 – 300V tiếp điểm phóng điện âm ỉ Trường hợp dòng điện điện áp cao trị số bảng sau sinh hồ quang điện 1.2.2/ Tính chất phóng điện hồ quang