El Arco Eléctrico.pdf

El Arco Eléctrico : Física y Aplicaciones

Para soldar se requiere calor... En muchos procesos de soldadura se requiere calor   Este calor puede provenir de tre fuentes: 

 – Eléctricas  – Químicas  – Mecánicas

Fuentes eléctricas de calor... 

Existen 4 métodos para generar “eléctricamente” calor:  – Arco eléctrico  – Haz de electrones  – Resistencia eléctrica  – Radiación electromagnética



Hoy analizaremos el ARCO ELÉCTRICO

El Arco Eléctrico... Descarga eléctrica sostenida de alta corriente y bajo voltaje entre polos (usualmente el electrodo y el metal base).  Tiene las siguientes funciones: 

 – Proveer una fuente de calor altamente concentrado  – Remover óxidos refractarios de las superficies a ser fundidas  – Apoyar la transferencia del metal de aporte al metal base  – Soportar y dar forma al charco de soldadura

Carácterísticas... 

Un arco eléctrico tiene diversa características:  – Estabilidad  – Iniciación o arranque  – Densidad de energía  – Tempertaura  – etc



Variarán de acuerdo a la corriente, material de los polos y al gas que se encuentra entre polos,etc

Clasificación 

Arcos con electrodos no consumibles



Arcos con electrodos consumibles

Arcos con electrodos no consumibles  

Configuración Punto-a-plano Tiene dos zonas axiales concéntricas:  – Plasma : Zona interna y camino principal de conducción de corriente debido a su estado altamente ionizado ( gases y sólidos vaporizados). Tiene mayor temperatura  – Manto: Zona externa de menor temperatura. Aquí las moléculas disociadas y los átomos ionizados vuelven a su estado regresan a su estado normal y los metales vaporizados se condensan

Funciones de componentes del arco con electrodo no consumible

Arranque del arco 

 



Inicialmente los gases entre los polos no están ionizados ⇒ resistencia al paso de electrones Dos técnicas: Corto circuito momentáneo entre el electrodo y el metal base Establecer un muy alto por un período reducido entre el electrodo y el metal base ( usando alta frecuencia o descarga de un capacitor)

Arranque del arco

La energía eléctrica suministrada  por el arco... Es convertida básicamente en energía cinética  También se covierte en: 

 – Radiación electromagnética  – Fuerzas magnéticas  – Efectos electroestáticos  – ETC

Variaciones de generación de calor a lo largo del arco 







No existe variación considerable de temperatura a lo largo de la columna de plasma Existen otras áreas de generación de calor en las vecindad inmediata de los polos: zona de caída del anodo ( anode fall space) y la zona de caída del cátodo ( catode fall space) La generación de calor en estas zonas depende de la polaridad y el tipo de electrodo usado Se genera más calor en el ánodo que en el cátodo

Mecanismos de transferencia de energía al metal base Conversión de la energía cinética de electrones e iones  Función de trabajo ( work function) en las superficies  Radiación del arco  Conducción térmica  Convección térmica  Calentamiento por resistencia 

DCEP  





Efecto de limpieza catódica Iones pesados impactan sonre el metal base y rompen los óxidos refractarios; los electrones que salen del metal base dispersan los restos Este efecto se emplea en materiales que desarrollan una capa de óxido refractario Esta acción es más efectiva con ....

AC

Onda cuadrada y balance de onda

Arcos con electrodos consumibles 



Mediante la composición del flux del metal de aporte se puede hacer modificaciones en las distribuciones de calor naturales Las composiciones del flux y los parámetros de soldadura también pueden modificar la forma de transferencia del metal de soldadura  – Transferencia de cortocircuito ( gotas que momentaneamente establecen un puente)  – Transferencia spray ( gotas finas)  – Transferencia globular ( gotas grandes)

Transferencia por cortocircuito

Transferencia spray

Fuerzas que propulsan las gotas de metal de aporte Jet plasma  Efecto pinch  Evaporación explosiva de filamentos  Acción electromagnética  Presión de gas evolvente 

Transferencia por cortocircuito

El arco : fuente de calor  Potencia en el arco: W= I*E  Potencia del arco disponible por unidad de longitud: J=I*E/S 

 – I : Corriente conducida por el arco  – E : Voltaje a través del arco  – S: Velocidad de avance de la soldadura