OBLOK
Oblok je disociran in ioniziran steber plinov po katerem teče električni tok.
Med dvema elektrodama nastane oblok, če je med njimi zelo velika električna napetost. Ta napetost bo bistveno manjša, če konice elektrod predhodno segrejemo. Iz segretih površin izstopajo prosti elektroni. Pojav nam je znan iz fizike – termična emisija elektronov. Proste elektrone moramo usmeriti in pospešiti do ustreznih hitrosti. To dosežemo z ustrezno napetostjo. Med svojim gibanjem pospešeni elektroni zadevajo nevtralne atome in iz njih izbijajo dodatno število prostih elektronov. Atomi z izbitimi elektroni (anioni) se v el. polju premikajo v nasprotno smeri. Oblok bo stabilen, če je gostota pospešenih ionov ustrezno velika.
V obloku poteka veliko pojavov, ki so nam znani iz fizike:
- termična emisija
- fotoefekt
- ionizacija in disociacija
- oddajanje in sprejemanje energije
- oddajanje elektromagnetnega valovanja (sevanje)
- ostali pojavi
V tem primeru nas zanima termični učinek obloka. Segrevanja je posledica spremembe kinetične energije pospešenih elektronov in anionov pri zadevanju površin elektrod oziroma varjencev. Drugi učinek segrevanja je sevanje (termično) samega obloka.
Energija, ki jo ob trčenji oddajo pospešeni delčku je podana z enačbo:
m – masa pospešenega delčka (kg)
V – hitrost (m/s)
Q – toplotna energija (J)
Iz enačbe je razvidno, da toplota narašča s kvadratom hitrosti delčkov. Ta pa je odvisna od napetosti pri varjenju ( pospeševalna napetost).
Ker je masa elektronov najmanj 2000 krat manjša od mase pozitivno naelektrenih atomov, je njihova hitrost za tolikokrat večja. Iz tega sledi, da je toplota, ki jo oddalo elektroni, večja od toplote, ki jo oddajo anioni. Spodnja slika podaja temperature, ki so izmerjene na površinah elektrod in v samem obloku pri ročno elektro obločnem varjenju.
Iz zgornjih enačb sklepamo, da je segrevanje varjencev odvisno od napetosti. Pri tem mislimo na velikost napetosti, vrsto napetosti (enosmerna ali izmenična) in polariteto. Polariteta pomeni ali je elektroda priključena na pozitivno, negativno ali pa na izmenično napetost.
Vzpostavljanje obloka
Oblok se v praksi vzpostavlja s kratkim stikom in z visokofrekvenčnim tokom. Pri prvem načinu se elektroda za kratek čas dotakne na površino varjencev. Zaradi velikega (kratkostični) toka se material hitro segreje, natali in delno upari. Takoj nato se elektroda odmakne na določeno oddaljenost. Elektroni, ki iztopajo iz segretih površin se zaradi električnega polja med elektrodo in anodo začnejo usmerjeno gibati.
Stabilnost oblaka je odvisna predvsem od oblike elektrod, napetosti in polaritete. Iz fizike nam je znano, da elektroni največ izstopajo iz koničastih oblik. Pri elektrodah, ki se talijo so to štrleči deli, ki se imenujejo kraterji. Stabilnost oblaka je bistveno boljša če je krater ozek in ima stalno lego. Pri izmeničnem toku se krater ves čas seli. V določenem času je pospeševalna napetost zelo majhna, zato je stabilnost obloka v tem primeru najslabša.
Lastnosti / polaritete | Elektroda je na (-) | Elektroda je na (+) | Elektroda je na (~) |
Stabilnost oblok je: | Najboljša | Slabša | Najboljša |
Temperatura varjenca je: | Najvišja | Nižja | Najnižja |
Taljenje elektrod je: | Najmanjša | Največja | Srednja |
Globina uvara: | Največja | Najmanjša | Srednje velika |
Oblok oddaja skoraj ves spekter elektromagnetnega valovanja: infra (toplotno sevanje), radijsko, vidno svetlobo in ultravijolično sevanje. Od teh valovanj je za varilca najbolj nevarno UV sevanje, ki lahko povzroča resne poškodbe vida. Zato je uporaba zaščitnih stekel in ostale zaščitne opreme obvezna. Poglejte stran varnost pri varjenju
Sile, ki delujejo pri obločnem varjenju
Pri obločnem varjenju so prisotne naslednje pomembne sile:
- Pinch efekt, katerega povzroča magnetno polje el. toka. Sila oži vrat staljenega materiala in olajša njeno odvajanje od elektrode.
- Elektro-dinamična sila, ki se pojavi zaradi učinka magnetnega polja na vodnik, po katerem teče el. tok. V tem primeru deluje na kapljice tako, da jih potiska proti zvaru.
- Pritisk obloka in nastalih plinov. Uparjeni material in plini, ki nastajajo iz elektrod in oplaščenja, pritiskajo material proti zvaru. Tudi sam oblok izvaja pritisk na staljeni material v zvaru.
- Površinska napetost je prisotna pri kapljevinah. Deluje tako, da zmanjšuje površino kapljevin. V tem primeru olajša odvajanjem kapljice od vrha elektrode in njen oprijem na površini varjenca.
- Gravitacijska sila pomaga pri prenosu materiala, če varjenje poteka v vodoravni legi.
Vse te sile igrajo pomembno vlogo pri nastajanju zvara. Njihov učinek je posebno pomemben pri varjenju v prinudnih legah.
