ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ S e r i a : MECHANIKA z . 39
________ 1969 Nr k o l . 258
JAN WĘGRZYN
K a t e d r a S p a w a l n ic t w a
ŁUK ELEKTROD OTULONYCH (CHARAKTERYSTYCZNE WŁAŚCIWOŚCI ŁUKU)
S t r e s z c z e n i e : Omówiono c h a r a k t e r y s t y c z n e w ł a ś o i w o - ś c i Łuku e l e k t r o d k w a ś n y c h , r u t y l o w y c h , c e l u l o z o wych, g ł ę b o k o w t a p i a j ą c y o h , z a s a d o w y o h , s t a l o w y c h i n i e ż e l a z n y c h . Z a n a li z o w a n o wpływ s k ł a d u o t u l i n n a e m i s j ę e l e k t r o n ó w , n a p i ę c i e ł u k u , k a to d o w y s p a d e k n a p i ę o i a , s p o s ó b t o p i e n i a s i ę e l e k t r o d y o r a z r o z p r y s k . O t u l i n y s k ł a d a j ą c e s i ę z t l e n k ó w r ó ż n i ą s i ę z a s a d n i c z o od o t u l i n z a w i e r a j ą c y c h r ó w n i e ż f l u o r k i l u b c h l o r k i .
1 . WSTĘP
S t a lo w e e l e k t r o d y o t u l o n e , p r z e z n a o z o n e do r ę c z n e g o spawa
n i a , d z i e l i s i ę o b e c n i e , z g o d n i e z z a l e c e n i a m i M iędzy naro d ow e
go I n s t y t u t u S p a w a l n ic t w a i M ię d z y n a ro d o w e j O r g a n i z a c j i S t a n - d a r d y z a c j i , n a e l e k t r o d y t l e n k o w e , k w a ś n e , r u t y l o w e , zasadow e i c e l u l o z o w e . W pewnym s e n s i e J e s t t o p o d z i a ł o p a r t y n a m e t a - l u r g i o z n y o h p r z e s ł a n k a c h , u w z g l ę d n i a j ą c y c h r e a k o j e pom ięd zy o i e k ł y m ż u ż le m i m e ta le m . Każda g r u p a t y c h e l e k t r o d o d z n a c z a s i ę c h a r a k t e r y s t y c z n y m i w ł a ś o i w o ś o i a m i , k t ó r e d e c y d u j ą o w ł a ś c i w o ś c i a c h t e o h n o l o g i c z n o - s p a w a l n i o z y o h e l e k t r o d o r a z o w ł a s - n o ś o i a c h w y t r z y m a ło ś c io w y c h i c h s t o p i w a . R ów nież w ł a ś c i w o ś c i ł u k u i p r o c e s y d o k o n y w u ją c e s i ę w nim z a l e ż ą w d e c y d u ją c y m s t o p n i u od r o d z a j u e l e k t r o d .
2 . WŁAŚCIWOŚCI ŁUKU ELEKTROD KWAŚNYCH
O t u l i n y e l e k t r o d kw aśnych i p o d o b n y c h im t l e n k o w y c h z a w ie r a j ą n a j w i ę k s z e i l o ś c i r u d ż e l a z n y o h i r u d manganowych o r a z d u ż e i l o ś c i uw od n io n ych g l i n o k r z e m i a n ó w . T o p i ą c y s i ę m e t a l na koń c u e l e k t r o d y J e s t p r z e t o m e t a l u r g i c z n i e n i e u s p o k o j o n y i b a r d z o a k ty w n y , p o n ie w a ż z a w i e r a duże i l o ś c i t l e n u i w o d o ru . B u r z e n i e i w r z e n i e c i e k ł e g o m e t a l u n a koń c u e l e k t r o d y powodu-
36 Jan Węgrzyn
J e , że s i ł y n a p i ę o i a p o w i e r z c h n io w e g o s ą b a r d z o ł a t w o pokony
w a n e . E l e k t r o d a t o p i s i ę w ię c n a t r y s k o w o , p o n ie w a ż n a p i ę o i e p o w i e r z c h n io w e J e s t w t y c h w aru n k a o h z b y t m a łe do u t r z y m a n i a n a k o ń c u e l e k t r o d y w i ę k s z y o h k r o p e l .
N a p i ę c i e ł u k u p r z y s p a w a n iu t y m i e l e k t r o d a m i z a l e ż y od i l o ś c i w o t u l i n a c h związków p o t a s u i s o d u o r a z od i l o ś c i gazów w y d z i e l a j ą o y o h s i ę z o t u l i n . N a p i ę c i e t o może w y n o s i ć , w z a - l e ż n o ś o i od ś r e d n i o y e l e k t r o d y i g ę s t o ś c i p r ą d u , od d w u d z i e s t u k i l k u do t r z y d z i e s t u k i l k u w o lt ó w . Im w i ę k s z e J e s t w ł u k u s t ę ż e n i e Jonów s o d u , a z w ł a s z o z a p o t a s u l u b i c h zw iązkó w , tym b a r d z i e j z J o n iz o w a n y J e s t ł u k i tym m n i e j s z e J e s t J e g o c a ł k o w i t e n a p i ę o i e . E l e k t r o d y t a k i e p r z y d a t n e s ą s z c z e g ó l n i e do s p a w a n ia prąd em zmiennym. Ze w z r a s t a j ą c ą i l o ś o i ą gazów w y d z ie l a n y c h z o t u l i n z m n i e j s z a s i ę w a t m o s f e r z e ł u k u p ro o e n to w e s t ę ż e n i e z J o n iz o w a n y c h c z ą s t e c z e k p o t a s u , s o d u i i o h zw iązków , J a k r ó w n i e ż i n n y o h ł a t w i e j j o n i z u j ą o y o h s i ę c z ą s t e c z e k .
Ś r e d n i p o t e n o j a ł j o n i z a c y j n y a t m o s f e r y g a z o w e j ł u k u w z r a s t a , p o n ie w a ż p o t e n o j a ł j o n i z a c j i gazów w y d z i e l a j ą c y c h s i ę z o t u l i n , t z n . p r z e w a ż n i e GO, C02 , HgO i i c h p r o d u k tó w d y s o o j a c j i , J e s t z n a c z n y , c zasem n a w e t c z t e r o k r o t n i e w i ę k s z y n i ż p o t e n o j a ł j o n i z a c j i p o t a s u ozy s o d u .
Ze w z r a s t a j ą c ą i l o ś o i ą w y d z i e l a n y o h gazów z o t u l i n y o b n i ż a s i ę r ó w n i e ż p r a w d o p o d o b n ie t e m p e r a t u r a ł u k u . W r e z u l t a c i e z m n i e j s z o n e g o s t o p n i a j o n i z a c j i o r a z o b n i ż o n e j t e m p e r a t u r y w ł u k u u t r u d n i o n a J e s t e m i s j a e l e k t r o n ó w . Katodowy s p a d e k n a p i ę o i a z w i ą z a n y z e m i s j ą e l e k t r o n ó w s t a j e s i ę w te d y w i ę k s z y , a p r z e z t o w z r a s t a i c a ł k o w i t e n a p i ę o i e ł u k u . P r z y b a r d z o d u ż e j i l o ś o i w y d z i e l a j ą o y o h s i ę gazów ł u k p r z y j m u j e t a k du ż e n a p i ę c i e , że
s t a j e s i ę g ł ę b o k o w t a p i a j ą o y , a c a ł k o w i t a w a r t o ś ć n a p i ę o i a może w te d y p r z e k r a c z a ć 50 w o ltó w . Z a g a d n i e n i e ł u k u e l e k t r o d g ł ę b o k o - w t a p i a j ą o y o h z o s t a n i e p r z e d s t a w i o n e w d a ls z y m r o z d z i a l e .
Wpływ b i e g u n o w o ś c i e l e k t r o d y n a J a r z e n i e s i ę ł u k u i t r a n s p o r t w nim m a t e r i a ł ó w n i e J e s t b a r d z o i s t o t n y , J a k k o l w i e k e n e r g i a k i n e t y o z n a z jo n i z o w a n y c h c z ą s t e c z e k i e l e k t r o n ó w p r o p o r c j o n a l n a J e s t p r z e d e w s z y s tk i m do k a to d o w e g o sp a d k u n a p i ę c i a :
1 2
jr mv = e V, ( 1 )
Łuk e le k tr o d otu lon yoh 37
g d z i e :
m - masa z j o n i z o w a n e j o z ą s t e o z k i l u b e l e k t r o n u , v - s z y b k o ś ć ,
e - ł a d u n e k e l e k t r o n u l u b o z ą s t e o z k i , V - k a to d o w y s p a d e k n a p i ę c i a .
Z g o d n ie z tym wzorem n a ła d o w a n e o z ą s t e o z k i po w inn y o s i ą g a ć w i ę k s z ą s z y b k o ś ć , gdy e l e k t r o d a j e s t k a t o d ą , bowiem w ted y d z i a ł a n i e s i ł n a t u r y e l e k t r y c z n e j i r ć ż n i o y o l ś n i e ń j e s t z g o d n e . P o n ie w a ż j e d n a k , j a k j u ż s t w i e r d z o n o w p o p r z e d n i e j p r a o y , s i ł y n a t u r y e l e k t r y c z n e j n i e m a j ą i s t o t n e g o z n a c z e n i a p r z y s p a w a n iu e l e k t r o d a m i o t u l o n y m i , z j a w i s k o t o n i e j e s t b a r d z o w y r a ź n e , choć ozasem można s t w i e r d z i ć , że e l e k t r o d y o b a r d z o dużym n a - p i ę o i u t o p i ą s i ę d y n a m i o z n i e j po z a ł ą c z e n i u i o h do b i e g u n a u je m n e g o . Z d r u g i e j j e d n a k s t r o n y j e ś l i u w z g l ę d n i ć , że po z a - ł ą o z e n i u e l e k t r o d y do b i e g u n a d o d a t n i e g o i s t n i e j e p r z y tym sa
mym n a t ę ż e n i u p r ą d u w y ż sz a t e m p e r a t u r a , a w ię c i o l ś n i e n i e na e l e k t r o d z i e j a k o a n o d z i e , t o można p r z y j ą ć , że w te d y p r z e c iw n e d z i a ł a n i a s i ł n a t u r y e l e k t r y o z n e j z o s t a j ą równoważone większym o l ś n i e n i e m , d z i ę k i ozemu p r z y s p a w a n iu kwaśnymi i tle n k o w y m i e l e k t r o d a m i o t u l o n y m i n i e ma i s t o t n y o h r ó ż n i o po z a ł ą o z e n i u i o h do b i e g u n a ujem n ego l u b d o d a t n i e g o . N a t o m i a s t w y raźn e r ó ż n i c e w y s t ę p u j ą p r z y s p a w a n iu e l e k t r o d a m i zasadow ym i i z o s t a n ą one p r z e d s t a w i o n e w d a ls z y m r o z d z i a l e .
Wraz ze w z ro s te m t e m p e r a t u r y s u s z e n i a e l e k t r o d kw aśnych i t l e n k o w y o h z m n i e j s z a s i ę w o t u l i n a c h t y a h e l e k t r o d i l o ś ć s k ł a d n ików g a z o t w ó r o z y o h . W a t m o s f e r z e ł u k u w z r a s t a w i ę c p r o p o r c j o n a l n i e s t ę ż e n i e jonów p o t a s u , s o d u i i o h z w ią zk ó w , p r z e z oo e m i s j a e l e k t r o n ó w s t a j e s i ę ł a t w i e j s z a i odbywa 3 i ę p r z y n i ż szym katodowym s p a d k u n a p i ę c i a . C a ł k o w i t e n a p i ę o l e ł u k u j e s t w ięo m n i e j s z e , a ł u k s t a j e s i ę l e p i e j z j o n i z o w a n y i b a r d z i e j s t a b i l n y . R ó w n o o z e ś n ie ze z m n i e j s z a j ą c ą s i ę i l o ś o i ą gazów w o t u l i n i e m a l e j ą s i ł y p r z e n o s z ą o e m e t a l w ł u k u i po p r a w i e c a ł kowitym u s u n l ę o i u gazów , p o w y ż e j 800°C , p r o o e s s p a w a n ia w p o - z y o j i s u f i t o w e j j e s t p r a k t y c z n i e n i e m o ż l i w y . Zmiany n a p i ę o i a ł u k u , n a t ę ż e n i a p r ą d u i p r z e n o s z e n i a m e t a l u w ł u k u e l e k t r o d kw aśnyoh s u s z o n y o h i p r a ż o n y o h p r z e d s t a w i o n o w t a b l i o y 1 .
28
Jan Węgrzyno
ft<e Eh
CO
OJ i a PNW
■g
r lV
W 0d NO
ONO
V
CA
cS • o nr
•H PN-H
d 0 r H
0 V f>
•H4> GS PN +»
4» OhD
d i ? P i
,o na
o »o >»
§ * 5 -
PNE-jH
o ta a
Eh -p
•H PN O
d T->>a
■ g g a
PNM «
(S § -
•H Dl fl
d 1
* t
oar
&
3a ta
Spawanie w pozyoji sufitowej bardzodobre n » dobre trudne bardzotrudne
•
H •
E*> PN rH
a * O PN
f i tH O Eh > i o
nd d M M * Eh
a ® n o o ¿4
O -H >» * d rH o
PN PN Eh f> pn f>
CO O 4» O O P
4>
§ 4 A H
■H0
S I S O IA O O O
ta co1 d «o CO CT\ O OJ PA
ar Eh 04 H- T- OJ OJ OJ
4> PN Cl) * t e
•Hw O p
«r.M ^ v o i a -=t oj t-
•H J t > CA CA CA CA CA
PN 04
tetf
® CS
■H d ®
d d o
© i b • Eh
•« nr w cs o o o o o
«TEh«9 W <! o o o o o
4» Pi 4* (0 CM OJ OJ OJ 04
CS 8 Pi
te g «
•HcS
d >»
s s
a Eh o o o o o
d ■*» IA O IA O IA
« 5 ^ n h j ®
• rH® P N « a0 EH
Łuk elektrod otulonyoh 39
3 . WŁAŚCIWOŚCI ŁUKU ELEKTROD ROTYLOWYCH
O t u l i n y e l e k t r o d r u t y l o w y o h r ó ż n i ą s i ę od o t u l i n e l e k t r o d k w aśn ych i t l e n k o w y o h p r z e d e w s z y s tk i m ty m , że r u d y ż e l a z a i r u d y m anganu z a s t ą p i o n e s ą w o t u l i n a o h e l e k t r o d r u t y l o w y o h r u d ą t y t a n u , t z w . r u t y l e m . Pow oduje t o , że m e t a l t o p i ą o e j s i ę e l e k t r o d y n i e j e s t t a k z n a c z n i e u t l e n i o n y , a p r z e z t o b a r d z i e j m e t a l u r g i c z n i e u s p o k o j o n y . S t ą d t e ż n a p i ę c i e p o w i e r z c h n io w e odgrywa w i ę k s z ą r o l ę p r z y t o p i e n i u e l e k t r o d r u t y l o w y o h n i ż k w a ś n y c h . T o p i e n i e e l e k t r o d r u t y l o w y o h n i e j e s t w ię o t a k n a t r y s k o w e j a k t o p i e n i e e l e k t r o d k w aśny ch ozy t l e n k o w y o h . T o p i e n i e s i ę e l e k t r o d r u t y l o w y o h j e s t o c e n i o n e j a k n a t r y s k ó w o - k r o - p l o w e . I n n y c h w i ę k s z y c h r ó ż n i o p o m ię d z y t o p i e n i e m s i ę e l e k t r o d kw aśny ch i t l e n k o w y o h n i e ma. R u t y l uznaw any j e s t z a m i n e r a ł l e p i e j s t a b i l i z u j ą c y ł u k n i ż r u d y ż e l a z a i r u d y m ang an u . Róż
n i c e n i e s ą b a r d z o i s t o t n e .
4 . WŁAŚCIWOŚCI ŁUKU ELEKTROD CELULOZOWYCH
O t u l i n y e l e k t r o d o e lu l o z o w y o h z a w i e r a j ą , w p o r ó w n a n iu z e l e k t r o d a m i kwaśnymi i r u t y l o w y m i , b a r d z o du ż e i l o ś o i s k ł a d ników o r g a n i o z n y o h , p r z e w a ż n i e c e l u l o z ą , a i l o ś ć j e j może s t a now ić n a w e t o k . 30$ o t u l i n y . P o z o s t a ł e s k ł a d n i k i o t u l i n n i e r ó ż n i ą s i ę z n a c z n i e od s k ł a d n i k ó w o t u l i n e l e k t r o d kw aśnyoh i r u t y l o w y o h . C z ę s t o w o t u l i n a o h t y c h e l e k t r o d w y s t ę p u j e t e ż k r z e m i a n o y r k o n u . E l e k t r o d y c e l u l o z o w e z n a n e s ą j a k o e l e k t r o d y s to s u n k o w o g ł ę b o k o p r z e t a p i a j ą c e m a t e r i a ł r o d z i m y . Powoduje t o s to s u n k o w o w y s o k ie n a p i ę c i e ł u k u t y o h e l e k t r o d , w y n o s z ą c e o z a - aem n a w e t o k . 40 w o ltó w , p r z y s t o s o w a n i u e l e k t r o d o d u ż y c h ś r e d n i c a c h i d u ż y c h g ę s t o ś o i a o h p r ą d ó w . To z w i ę k s z o n e n a p i ę c i e ł u k u spowodowane j e s t o b e o n o ś o i ą w o t u l i n i e o e l u l o z y , wytwa
r z a j ą o e j p r z y s p a l a n i u d u ż e i l o ś o i gazów o wysokim p o t e n c j a l e j o n i z a c j i i o z ę ś o io w o o h ł o d z ą o y o h p r z e s t r z e ń k a to d o w ą , w s k u t e k o z e g o e m i s j a e l e k t r o n ó w z k a t o d y j e s t u t r u d n i o n a . Odbywa s i ę ona p r z y dużym s p a d k u n a p i ę o i a k a to d o w e g o , a w ię o w r e z u l t a o i e z w i ę k s z a c a ł k o w i t e n a p i ę o i e ł u k u . Z a g a d n i e n i e t o o p i s a n o j u ż d o k ł a d n i e j w r o z d z i a l e t r a k t u j ą o y m o w ł a ś o i w o ś o i a o h ł u k u e l e k t r o d k w a śn y o h .
40 Jan Węgrzyn
5 . WŁAŚCIWOŚCI LUZU ELEZTROD GŁĘBOKOWTAPIAJ^CYCH
Łuk e le k t r o d g łę b o k o w ta p ia ją o y o h odznaoza s i ę b ard zo dużym n a p ię c ie m du żą mocą dynam iczną i o i e p ln ą . P rzy spaw aniu e le k tro d a m i g łę b o k o w ta p ia ją o y m i n a p i ę c ie lu k u w y n o si pow. 45 « o i t i w z r a s ta z g ę s t o ś c i ą prądu o ra z ś r e d n io ą e le k t r o d y . B ardzo duże n a p ię o ie lu k u p ow od u je, że n a t ę ż e n i e prądu w nim j e s t z n a o z n ie m n ie js z e n i ż u sta w io n e na sp a w a ro e. Ten sp ad ek n a t ę ż e n ia prądu w lu k u j e s t p r o p o r c jo n a ln y do w z r o s tu n a p ię o ia lu k u . O tu lin y e le k t r o d g lę b o k o w ta p ia ją o y o h o h a r a k te r y s ty o z n e s ą tym , że z a w ie r a j ą duże i l o ś c i o r g a n ie z n y o h s k ła d n ik ó w , s p a - la j ą o y o h s i ę 1 wytwarzaJąoyoh. b ard zo duże i l o ś o i gazów . Pozo
s t a ł e s k ł a d n i k i s ą o z ę śo io w o podobne do e le k t r o d kw aśnyoh, r u - ty lo w y o h i o e lu lo z o w y o h . O tu lin y e le k t r o d g łę b o k o w ta p ia ją c y o h n i e m ają w lę o z a s a d n io z o odm iennyoh sk ła d n ik ó w od omawianych d o ty o h o z a s e l e k t r o d . W zrost n a p ię o ia lu k u p r z y spaw aniu ty m i e le k tr o d a m i p o le g a z a s a d n io z o na tym samym z ja w is k u , j a k ie wy
s t ę p u j e p r z y spaw aniu e le k tr o d a m i o tu lo n y m i w ytw arzającym i du
że i l o ś o i gazów .
Z ja w isk o t o o p is a n o w r o z d z i a l e tra k tu ją o y m o w ła ś o lw o ś o ia o h lu k u e le k t r o d kw aśnyoh.
S tw ie r d z o n o , że duży w z r o s t n a p ię o ia lu k u e le k t r o d o t u l o - nyoh z a l e ż y n i e t y l k o od i l o ś o i i j a k o ś c i w y d z ie la n y c h z otu l i n y gazów , l e o z r ó w n ie ż od i l o ś o i i j a k o ś o i sk ła d n ik ó w m in e - r a ln y o h o t u l i n y . S z c z e g ó ln ie duży w z r o s t n a p ię o ia lu k u powodu
j e o b ecn o ść w o t u l i n i e d u ż e j i l o ś o i dw u tlen k u krzemu S i0 2 , a w n ie o o m niejszym s t o p n iu r ó w n ie ż i t le n k u alum inium AlgO^.
W zrost n a p ię o ia łu k u w z a l e ż n o ś o i od i l o ś c i t y c h sk ład n ik ów p r z e d s ta w io n o na rysu n k u 1 . O o z y w iś c ie , w z r o s t t e n w b e z w z g lęd n e j w a r t o ś c i z a l e ż y od i l o ś o i in n y c h sk ład n ik ów w pływ ających na w a r to ść n a p ię o ia łu k u . Ze w zrostem i l o ś o i w o t u l i n i e s k ła d n i
ków o b a rd zo n is k im p o t e n o j a le j o n i z a o j i , n p . p o t a s u , wpływ S i0 2 i AlgO^ na n a p i ę c i e łu k u j e s t m n ie j s z y . P rzy dość z n a c z n e j n a to m ia s t i l o ś o i gazów w y d z ie la j ą o y c h s i ę z o t u l i n y o b ecn o ść S i 0 2 i AlgOj dodatkow o p o w ię k sz a n a p ię o ie łu k u . Wpływ S i0 2 i A lg 0 3 na w z r o s t n a p ię o ia łu k u można w ytłum a- o zy ć p rzy u w z g lę d n ie n iu t e o r i i jonow ej ż u ż l i . Z god nie z t ą
Łuk e l e k t r o d o tu lo n y c h . 41
R y s . 1 • Wpływ z a w a r t o ś c i w o t u l i n i e e l e k t r o d A ł^ O , i SiOo n a n a p i ę o i e ł u k u
t e o r i ą w s t o p i o n y c h , ż u ż l a c h i s t n i e j ą n i e t l e n k i S i02 i AlgOj l e o z o d p o w i e d n io i c h z ł o ż o n e u jem n e J o n y , n p . SiO^” , AlO^“ .
W ł u k u mogą w ią c i s t n i e ć t e z w i ą z k i w p o s t a c i p a r i t o w i l o ś o i p r o p o r c j o n a l n e j do i l o ś c i SiC^ i AlgO^ w o t u l i n i e . P r a w d o p o d o b n ie e m i s j a e l e k t r o n ó w do p r z e s t r z e n i o znacznym s t ę ż e n i u u jem n y c h Jonów, a w ią c o tym samym ł a d u n k u J a k e l e k t r o n y , J e s t b a r d z i e j u t r u d n i o n a n i ż w p r z y p a d k u d o d a t n i o na
ła d o w a n y c h k a t i o n ó w . N a t ę ż e n i e p o l a p o t r z e b n e do k a to d o w e j e m i s j i e l e k t r o n ó w pow inno w ięo by ć w i ę k s z e . Odbywa s i ę t o więo p r z y w ięk szy m s p a d k u n a p i ę c i a k a to d o w e g o , co -powoduje o g ó ln y w z r o s t n a p i ę c i a ł u k u .
J a k J u ż w spom niano w r o z d z i a l e o ł u k u e l e k t r o d kwaśnych du
ż ą moc o i e p l n ą ł u k u e l e k t r o d g ł ę b o k o w t a p i a j ą c y o h o s i ą g a s i ę p r z e z d u ż ą w a r t o ś ć i l o c z y n u n a p i ę o i a ł u k u p r z e z n a t ę ż e n i e p r ą d u , a d u ż ą moc d y n a m ic z n ą d z i ę k i d u ż e j r ó ż n i o y o i ś n i e ń pomię
d z y t o p i ą c ą s i ę e l e k t r o d ą i m a t e r i a ł e m spawanym, J a k r ó w n i e ż w n i e k t ó r y o h p r z y p a d k a c h d z i ę k i d z i a ł a n i u p o l a m ag ne tyo zne go n a n a ła d o w a n e o z ą s t e c z k i , z g o d n i e z wzorem ( i ) .
42 Jan Węgrzyn
6 . WŁAŚCIWOŚCI ŁUKU ELEKTROD ZASADOWYCH
Łuk e l e k t r o d z a sa d o w y ch r ó ż n i s i ą d o ś ć z n a c z n i e swoimi w ła ś c i w o ś c i a m i od Zuku omawianych p o p r z e d n i o e l e k t r o d . P r z y n a j m n ie j n a s t ę p u j ą c e t r z y c e c h y ł u k u e l e k t r o d za sa d o w y o h można w ym ienić j a k o z a s a d n i c z o r ó ż n e od Zuku p o p r z e d n i c h e l e k t r o d , a t o :
1 . Kroplowe l u b n a w e t g r u b o k r o p l o w e t o p i e n i e s i ą e l e k t r o d . 2 . Duży wpływ b i e g u n o w o ś c i .
3 . T r u d n o ś c i p r z y s p a w a n iu prądem zmiennym.
Kroplowe t o p i e n i e . O t u l i n y e l e k t r o d za sa d o w y o h z a w i e r a j ą wę
g l a n y , p r z e w a ż n i e w a p n i a , f l u o r y t CaP2 , s to s u n k o w o m a ł ą i l o ś ć g l in o k r z e m ia n ó w o r a z p r o s z k i m e t a l i c z n e i s to s u n k o w o s k u t e c z n e w p o r ó w n a n iu z in n y m i o t u l i n a m i o d t l e n i a o z e . E l e k t r o d y t e s ą p r z e w a ż n i e n is k o w o d o ro w e . W p o r ó w n a n iu z p o p r z e d n i m i g a tu n k a m i e l e k t r o d y t e t w o r z ą s t o p i w o d o b r z e o d t l e n i o n e , u s p o k o j o n e i nisk ow od orow e ( d r u t y r d z e n i o w e e l e k t r o d z a sa d o w y c h s ą w p ra w dz ie p r z e w a ż n i e z n i e u s p o k o j o n e j s t a l i j a k i d r u t y r d z e n i o w e i n n y c h ga tunków e l e k t r o d , l e o z k rzem p r z e c h o d z i do k r o p l i w o z a s i e j e j t w o r z e n i a s i ę n a k o ń o u e l e k t r o d y ) .
P o n ie w a ż k r o p l e t o p i ą c e j s i ę e l e k t r o d y z a w i e r a j ą J u ż k r z e m , a c zasem i t y t a n l u b a l u m i n i u m , a p o n a d t o m a łą z a w a r t o ś ć wodo
r u , s ą one b a r d z o d o b r z e m e t a l u r g i o z n i e u s p o k o j o n e . J e s t t o po
wodem d l a k t ó r e g o s i ł y n a p i ę o i a p o w i e r z c h n io w e g o n a k o ń c u t o - p i ą o e j s i ę e l e k t r o d y n i e c ą n i s z c z o n e p r z e z b u r z e n i e s i ę m eta
l u . J a k u j a w n i ą p ó ź n i e j s z e b a d a n i a , k r o p lo w e t o p i e n i e m e t a l u e l e k t r o d y n i e J e s t s p e o y f i o z n ą w ł a ś c i w o ś c i ą s k ł a d u o t u l i n y , p o n ie w a ż s p a w a n ie zasadow ym i e l e k t r o d a m i n i e s u s z o n y m i p r o d u k - o y j n i e po i c h w y t w o r z e n iu ( e l e k t r o d y s u s z o n e po w y p ra s o w a n iu t y l k o w p o w i e t r z u ) , a w ię c z a w i e r a j ą o y m i z n a c z n e i l o ś o i p o t e n c j a l n e g o w o d o ru , t o p i ą s i ę p r z e w a ż n i e n a t r y s k o w o . W tym p r z y p a d k u wodór o b e c n y w o t u l i n i e i r o z p u s z c z a j ą c y s i ę w K r o p l a c h n a k o ń o u e l e k t r o d y p o w oduje j e j w r z e n i e , n i s z c z e n i e s i ł n a p i ę c i a p o w i e r z c h n io w e g o i t o p i e n i e n a t r y s k o w e e l e k t r o d y .
Łuk e l e k t r o d o tu lo n y o h 43 Wpływ b i e g u n o w o ś c i . O t u l i n y e l e k t r o d z a sa d o w y c h z a w i e r a j ą , w o d r ó ż n i e n i u od i n n y c h g a tu n k ó w e l e k t r o d s t a l o w y c h , z w i ą z k i f l u o r u , p r z e w a ż n i e f l u o r e k w a p n ia CaF2 , zwany f l u o r y t e m . Mi
n e r a ł t e n w prowadza s i ę d l a o b n i ż e n i a t e m p e r a t u r y t o p n i e n i a i l e p k o ś o i ( w i s k o z y ) ż u ż l a . O becność związków f l u o r u wpływa b a r d z o w y r a ź n i e n a w ł a ś c i w o ś c i ł u k u e l e k t r o d z a sa d o w y c h i p r z e n o s z e n i e w nim m a t e r i a ł u . Wiadomo, że e l e k t r o d y z a sado w e t o p i ą s i ą z n a o z n i e l e p i e j po z a ł ą o z e n i u i c h do b i e g u n a d o d a t n i e g o , a u j a w n i a j ą z n a o z n y r o z p r y s k po z a ł ą c z e n i u d o b i e g u n a ujem n ego o r a z że p r z e w a ż n i e n i e n a d a j ą s i ą do s p a w a n ia prąd e m zmiennym.
O s t a t n i o w p ra w d z ie o p rac o w an o j u ż e l e k t r o d y z a sado w e p r z y s to s o w a n e do s p a w a n ia prądem zmiennym, a l e d o k o n a n o t e g o p r z e w a ż n ie n a d r o d z e o b n i ż e n i a s t ą ż e n i a związków f l u o r u w o t u l i n i e
i z w i ę k s z e n i a związków p o t a s u .
Z w i ą z k i f l u o r u i pokrew ne im z w i ą z k i c h l o r u z n a n e s ą j a k o a n t y s t a b i l i z a t o r y ł u k u s p a w a l n i o z e g o . Z j a w i s k o t o p o l e g a n a n i s z c z e n i u k a ti o n ó w p r z e z a n i o n y f l u o r u . Ze w z r o s te m w ię c s t ą
ż e n i a w ł u k u k a t i o n ó w o b a r d z o małym p o t e n o j a l e j o n i z a o j i i p r z y ró w n oczesny m z m n i e j s z e n i u s i ą s t ą ż e n i a a n io n ó w f l u o r u , wpływ t y o h o s t a t n i c h s t a j e s i ą m n ie j s z k o d l i w y , n a w e t p r z y s p a w a n iu prąd e m zmiennym. I n t e r e s u j ą c y n a t o m i a s t j e s t p r o b le m r ó ż n y o h w ł a ś o i w o ś o i ł u k u p r z y s p a w a n iu prąd em s t a ł y m e l e k t r o dami o o t u l i n a o h z a w i e r a j ą c y c h z w i ą z k i f l u o r u , po z a ł ą o z e n i u e l e k t r o d do b i e g u n a d o d a t n i e g o i u je m n e g o .
Z a g a d n i e n i u tem u p o ś w i ę c o n o w i e l e b a d a ć i p o n i ż e j z o s t a n ą p r z e d s t a w i o n e n a j w a ż n i e j s z e w n i o s k i i s p o s t r z e ż e n i a z t y o h b a d a ń .
F l u o r e k w a p n ia j e s t b a r d z o t r w a ł y m z w ią z k ie m i d l a t e g o r e - a k o j a r o z s z c z e p i a n i a f l u o r k u w a p n i a :
CaP2 = CaF + F (2 )
może z a c h o d z i ć w ł u k u t y l k o w małym s t o p n i u .
P ra w d o p o d o b n ie s t ę ż e n i e f l u o r u z t e j r e a k c j i , a w n a s t ę p s t w i e i j e g o a n io n ó w , j e s t n i e z n a c z n e . M n ie j z n a n e j e s t t a k ż e z a o h o - w a n ie s i ą CaF2 w s t o p i o n y o h ż u ż l a o h , j a k k o l w i e k uważa s i ą , że w te d y p r z e b i e g a r e a k o j a :
44 Jan Węgrzyn
Ca?2 = Ca2+ + 2 p " . (3 )
T r u d n o o k r e ś l i ć , o z y w w y n ik u t e j r e a k c j i mogą p o j a w i ć s i ę w l u k u a n i o n y f l u o r u .
D la u j a w n i e n i a wpływu związków f l u o r u w o t u l i n a o h n a w ł a - ś c i w o ś o i Zuku wykonano k i l k a d z i e s i ą t r ó ż n y c h e l e k t r o d s t a l o wych o o t u l i n a c h z a w i e r a j ą c y c h zm ienne z a w a r t o ś c i CaF2 , a po
n a d t o i n n y c h związków f l u o r u ł a t w o w y d z i e l a j ą o y o h f l u o r , p r z e de w s z y s tk i m f l u o r o k r z e m i a n s o d u (Na2 S i P g ) . Stosow ano r ó w n i e ż do o t u l i n f l u o r e k s o d u NaP, f l u o r e k a lu m in i u m AlF^ o r a z z ł o ż o n y f l u o r e k k r i o l i t H a^ A lP ^ . T r w a ło ś ć t y o h f l u o r k ó w , o o e - n i a n ą i o h e n e r g i ą s w o b od n ą, p r z e d s t a w i o n o n a r y s u n k u 2 . n a j b a r d z i e j t r w a ł y m J e s t f l u o r e k w a p n ia CaF2 , a n a j m n i e j t r w a ł y m f l u o r e k krzem u S i P ^ . Z w ią z e k S iP ^ t w o r z y s i ą w ł u k u z r o z k ł a d u
Na2 S i P 6 = 2tfaF + S iP 4 . (4)
I ł y s . 2 . E n e r g i a swobodna f l u o r k ó w S i ? 4 , AIP3 , HaP i CaP2
Łuk e l e k t r o d o tu lo n y c h 45
Oprócz e l e k t r o d s t a l o w y c h b a d a n o r ó w n i e ż e l e k t r o d y a lu m i n iow e i m i e d z i a n e o o t u l i n a c h f l u o r k o w o - o h l o r k o w y c h o r a z f l u o r k o w o - o h l o r k o w o - t l e n k o w y o h . S k ł a d y n a j b a r d z i e j c h a r a k t e r y s t y c z n y c h e l e k t r o d p r z e d s t a w i o n o w t a b l i o y 2 .
S t w i e r d z o n o , że e l e k t r o d y o o t u l i n a o h z a w i e r a J ą o y o h f l u o r k i , t o p i ą s i ą s t a b i l n i e po z a ł ą c z e n i u i o h do b i e g u n a d o d a t n i e g o . W tym p r z y p a d k u bowiem u jem n e j o n y f l u o r u , t w o r z ą o e s i ą w po
b l i ż u e l e k t r o d y - a n o d y s ą p r z e z n i ą p r z y o i ą g a n e i b o m b a rd u ją J ą . W r e j o n i e a n o d y i l o ś ć k a t i o n ó w J e s t m a ł a , bowiem p r z e m ie s z c z a j ą s i ą one w k i e r u n k u k a t o d y . D l a t e g o t e ż n i e z a z n a o z a s i ą u jem ny wpływ a n io n ó w f l u o r u w n e u t r a l i z o w a n i u k a ti o n ó w i o b n i
ż a n i u p r z e z t o s t o p n i a z j o n i z o w a n i a p r z e s t r z e n i ł u k u . E m is j a e l e k t r o n ó w z k a t o d y - m a t e r i a ł u d o k o n u j e s i ą w iąo w tym p r z y p a d k u s to s u n k o w o ł a t w o . Katodowy s p a d e k n a p i ą o i a J e s t wiąo s to s u n k o w o m a ł y , p o d o b n i e J a k i o a ł k o w i t e n a p i ę c i e ł u k u . N ato
m i a s t z u p e ł n i e i n n e z j a w i s k a i p r o o e s y w y s t ę p u j ą po z a ł ą o z e n i u e l e k t r o d y do b i e g u n a u je m n e g o . Ze w z ro s te m i l o ś o i f l u o r k ó w w o t u l i n i e , a s z c z e g ó l n i e f l u o r k ó w ł a t w o d y s o o J u J ą o y o h , j a k Na2 SiF£ i ALF^ i ł a t w o t w o r z ą o y o h ujem ne J o n y , w z r a s t a n a - p i ą o i e ł u k u i m a l e j e n a t ę ż e n i e w nim p r ą d u , w z r a s t a r o z p r y s k , z m n i e j s z a s i ą u z y s k m e t a l u z e l e k t r o d y , a t o p i e n i e j e j s t a j e s i ą b a r d z i e j n a t r y s k o w e . W t a b l i o y 3 z e s t a w i o n o c h a r a k t e r y s t y c z n e z m ia n y w ł a ś c i w o ś c i ł u k u i t o p i e n i a s i ą e l e k t r o d z a ł ą - ozonyo h do b i e g u n a d o d a t n i e g o i u jem nego i z a w i e r a j ą c y c h w o t u l i n a c h r ó ż n e i l o ś o i f l u o r k ó w . W p r z y p a d k u d u ż e j i l o ś o i w o t u l i n i e f l u o r k ó w ł a t w o d y s o o j u j ą c y c h (Na2 S i F g , AIF3 , Na^AlF^) s t w i e r d z o n o , że po z a ł ą o z e n i u . e l e k t r o d do b i e g u n a ujem nego n a p i ą o i e ł u k u w z r a s t a n a w e t po n a d 5096, n a t ę ż e n i e p r ą d u s p a d a o o k . 3096, w p o r ó w n a n iu ze spaw aniem t y m i samymi e l e k t r o d a m i z a ł ą o z o n y m i do b i e g u n a d o d a t n i e g o , p r z y tym samym n a s t a w i e n i u p r ą d u n a s p a w a ro e ( t a b l i c a 3 ) .
R ó w n o c z e ś n ie u z y s k s t o p i w a z m n i e j s z a s i ą p r a w i e d w u k r o t n i e z powodu b a r d z o d u ż e g o r o z p r y s k u p r z y s p a w a n iu e l e k t r o d ą z a ł ą - o z o n ą do b i e g u n a u jem nego ( t a b l i c a 3 ) . E l e k t r o d a t o p i s i ą w te d y n a t r y s k o w o . P r z y s p a w a n iu e l e k t r o d a m i o o t u l i n a c h z a w i e r a - J ą o y o h b a r d z o t r w a ł e f l u o r k i , J a k n p . CaF2 i NaF ( r y s . 2 ) , n i e
46 Jan Węgrzyn
T a b lic a 2 Składy badanych n a j b a r d z ie j o h a r a k te r y s ty o z n y o h e le k t r o d
o o t u lin a c h z a w ie r a ją o y c h f l u o r k i ( s k ła d masy o t u lin o w e j s u o h e j) E l e k t r o d y
s t a l o w e . O z n a c z en ie
I l o ś ć f l u o r k ó w
w o t u l i n i e P o z o s t a ł e
s k ł a d n i k i Uwagi
ECaF 10 10* CaP2 O t u l i n y z a
s a d o w e . K re
da ( CaC O j )
E l e k t r o d y p r a sowano po doda
n i u do masy su c h e j o k . 20*
sodowego s z k ł a w odn eg o. Ś r e d - n i o a d r u tó w r d z e n i o w y c h 4 mm.
Z e w n ę t r z n a śred»
n i c a o t u l i n y
ECaF 20 20* CaP2
ECaF 30 30* CaP2 Oą# j jTP f Z/G—
l a z o s t o p y , p r o s z e k że
l a z a . Do 5*
s k ła d n i k ó w kwaśnyoh
ECaF 50 50* CaP2
ENaSiP 1 0 10* Na2 S i P g
ENaSiP 20 20* Na2 S i P 6
ENaSiP 30 30* Na2 S iP g
ENaSiP 40 40* NagSiPg
EA1P 20 20* A1F3
EA1P 30 30* A1P3
EA1P 40 40* A1P3
EA1P 50 50* A1F3
EHaF 40 40* NaP
ENaPAlP 40 40* Na3A lP 6
EAlPCaP 50* A1P3 ,
50* CaP2 E l e k t r o d y
a lu m in io w e o z n . EA11
p ow yżej 90*
f l u o r k ó w i c h lo r k ó w E l e k t r o d y
m i e d z ia n e o z n aczon e ECui
p ow yżej 80*
f l u o r k ó w
T a b lio a 3 Wpływ b ie g u n o w o śo i e l e k t r o d o o t u l i n a c h z a w ie r a ją o y o h f l u o r k i
na p a ra m e tr y łu k u i sp o só b t o p i e n i a s i ę e l e k t r o d ( ś r e d n i o a e l e k t r o d 4 mra)
E l e lr tr o d y s ta lo w e O z n a c z e n ia
I l o ś ć flu o r k ó w w o t u l i n i e
N a tę ż e n ie p rą d u sp aw a n ia n a s ta w , na sp aw a ro e A
B ie g u nowość e l e k
t r o d
N a p ię o ie ł u k u , V
1*)
N a tę ż e n ie p rą d u w łu k u 2*) A
Spo só b t o p i e n i a e l e k t r o d y U zysk s to y iw a , P r o s z e k Fe w o t u l i n i e
$
ECaF 10 1 0$ CaF2 180 + 28 175 g ru b o -k ro p Io w y 114
- 30 170 k ro p lo w y 112
ECaF 20 20$ CaP2 180 + 30 175 g ru b o -k ro p Io w y 113
- 31 1 70 k ro p lo w y 110
ECaF 30 30$ CaP2 180 + 32 170 g ru b o -k ro p lo w y 110
20
- 33 165 d ro b n o -k ro p lo w y 109
ECaF 50 50$ CaP2 190 + 31 1 80 g ru b o -k ro p io w y 101
10
- 35 165 d ro b n o -k ro p lo w y 100
EHaSiF 10 1 056 Na2 S iP ^ 180 + 29 180 g ru b o -k ro p lo w y 109
23
- 33 170 d ro b n o -k ro p lo w y 107
ENaSlF 20 20$ Na2 S iP 6 190 + 29 195 g ru b o -k ro p lo w y 104
18
- 40 170 d ro b n o -k ro p lo w y 75
EJTaSiF 30 30$ Na2 S iP 6 200 + 31 200 g ru b o -k ro p lo w y 102
- 45 165 n a try s k o w o -k ro p lo w y 51
EHaSiF 40 40$ Na2S iP 6 200 34 220 g ru b o -k ro p lo w y 88
10
- 47 160 n a try s k ó w o -k ro p Io w y 50
EA1F 20 20$ A1P3 190 + 30 190 g ru b o -k ro p lo w y 103
27
- 34 175 kro p lo w y 100
EA1F 30 30$ A1P3 200 + 32 195 g ru b o - k r op 1 owy 102
23
- 38 170 d ro b n o -k ro p lo w y 98
40$ A1P3 200 + 35 200 g ru b o -k ro p lo w y 102
- 43 165 n a try s k o w o -k ro p lo w y 42
50$ A1P3 200 + 36 215 k ro p lo w y 96
15
- 46 160 n a try s k ó w o -k ro p lo w y 38
180 + 23 180 k ro p lo w y 95
23
- 23 180 k ro p lo w y 95
40$ Na3A lP 6 180 + 24 180 g ru b o -k ro p lo w y 104
- 27 135 n a try s k o w o -k ro p lo w y 91
50$ A1P3 , 50$ CaP2 200 + 36 200 k ro p lo w y 83
- 46 170 n a try s k ó w o -k ro p lo w y 44
E l e k t r o d y pow. 90$ flu o rk ó w 200 + 32 200 g ru b o -k ro p lo w y 80
a lu m in io w e SA11 i ch lo rk ó w
- 38 180 n a try s k o w o -k ro p lo w y 15
E l e k t r . m ie d z ia pow. 80$ flu o rk ó w 300 + 37 280 k ro p lo w y 82
ne ECu1 I
- 48 220 n a try s k o w o -k ro p lo w y 46
^ N a p i ę c i e łu k u z a l e ż a ł o w pewnym s t o p n i u od r o d z a j u ź r ó d ł a p r ą d u . S t o s u j ą o p r o s t o w n i k i u z y sk iw a n o n i ż s z e n a p i ą o i a łu k u .
^ P r z y s p a w a n iu z a ł ą o z o n ą do b ie g u n a d o d a tn ie g o e l e k t r o d ą z o t u l i n ą o d u ż e j i l o ś c i ła tw o d y s o o Ju J ą o y o h f lu o r k ó w p r ą d w łu k u b y ł w ię k s z y od n a s ta w io n e go n a s p a w a rc e . Spowodowane t o b y ło dodatkowym prądem Jonowym, p raw d o p o d o b n ie g łó w n ie a n io n a m i f l u o r u .
^ P r z y s p a w a n iu w p o z y o j i s u f i t o w e j e l e k t r o d a m i o o t u l i n a o h z a w ie ra J ą o y o h d u że i l o ś o i flu o r k ó w ła tw o d y s o o J u J ą o y c h u z y s k i b y ły n i ż s z e n i ż p o d an e w t a b l i o a o h .
Łuk e l e k t r o d o tu lo n y o h 47 o b s e r w u j e s i ę w p r o c e s i e s p a w a n ia t a k z n a o z n y c h zm ian ( t a b l i c a 3 ) .
P r z y o z y n y t y c h z j a w i s k mogą b y ć w y j a ś n i o n e w s p o s ó b n a s t ę p u j ą - o y . P r z y s p a w a n iu e l e k t r o d ą z a ł ą o z o n ą do b i e g u n a u jem neg o emi
s j a e l e k t r o n ó w odbywa s i ę z e l e k t r o d do m a t e r i a ł u sp a w a n e g o . Z o t u l i n y e l e k t r o d , z a w i e r a j ą c y c h d u żo ł a t w o d y s o c j u j ą c y c h f l u o r k ó w , w y d z i e l a s i ę c a ł y c z a s i w d u ż y c h i l o ś o i a o h f l u o r i t w o r z ą s i ę J e g o a n i o n y , n p . r e a k c j a 8*^ l u b n p . r e a k c j e t y p u :
S i ? 4 * S i 4+ + 4 ? " . (5 )
S t ę ż e n i e k a t i o n ó w w r e j o n i e k a t o d y J e s t p r z e t o m ałe w porówna
n i u ze s t ę ż e n i e m f l u o r u i J e g o a n io n ó w . Mimo, że a n i o n y f l u o r u w y r z u c a n e s ą w k i e r u n k u a n o d y , s t ę ż e n i e i c h w p r z e s t r z e n i k a t o d y n i e z m n i e j s z a s i ę , bowiem w o i ą ż nowe i c h i l o ś c i s ą wy
d z i e l a n e z o t u l i n y t o p i ą c e j s i ę e l e k t r o d y . E m i s j a e l e k t r o n ó w z k a t o d y do p r z e s t r z e n i z a w i e r a j ą c e j b a r d z o m a ł ą i l o ś ć k a t i o nów i c h ł o d z o n e j może J e s z c z e w y d z i e l a j ą c y m i s i ę g a z a m i J e s t u t r u d n i o n a . P o z a tym e m i s j a e l e k t r o n ó w do p r z e s t r z e n i w y p e ł
n i o n e j a n i o n a m i f l u o r u , a w i ę c c z ą s t e c z k a m i o tym samym ł a d u n ku oo e l e k t r o n y , J e s t zapewne t r u d n i e j s z a n i ż w p r z y p a d k u gdy
b y p r z e s t r z e ń t a b y ł a w y p e ł n i o n a z J o n iz o w a n y m i c z ą s t e o z k a m i d o d a t n i m i , t z n . k a t i o n a m i ( k a t i o n y mogą t e ż być w t y c h w arun
k a c h n e u t r a l i z o w a n e p r z e z a n i o n y f l u o r u , r e a k c j a 9 , c z ę ś ć i ) . W w y n ik u t y c h p r o c e s ó w e m i s j a e l e k t r o n ó w wymaga s to s u n k o w o d u ż e g o n a t ę ż e n i a p o l a . E m i s j a t a odbywa s i ę w ięo p r z y dużym s p a d k u katodow ym, c z y l i p r z y dużym n a p i ę c i u ł u k u . S p r z y j a t o b a r d z i e j n a try s k o w e m u t o p i e n i u , p o n ie w a ż w i ę k s z ą e n e r g i ę k i n e t y c z n ą m a j ą wówczas em itow a n e e l e k t r o n y , co z m n i e j s z a w y r a ź n i e wpływ s i ł n a p i ę c i a p o w i e r z c h n i o w e g o .
R o z p r y s k m a t e r i a ł u t o p i o n e g o w ł u k u J e s t r e z u l t a t e m w s p ó l
n e g o p r z e m i e s z c z a n i a s i ę w nim s t r u m i e n i a e l e k t r o n ó w o r a z ma
t e r i i , p o s i a d a j ą c e j t e ż p e w ie n ł a d u n e k ujem ny ( r y s . 3 ) . P r z y s p a w a n iu e l e k t r o d ą z a ł ą o z o n o do b i e g u n a u jem n e g o c a ł ą t r a s ę
*-^Por. c z ę ś ć I .
48 J a n ą g r z y n
O
~Ö O ' O V .
,V< **■ -1 ,•
V, «/ 4. . * 4 > J ' '✓
ñu Qiu\/
n u o j ) W j
» à ~ *7 *L.\ *> J
f i u o i u ÿ
o
Q |
c « 3 -
xV>
A
. ; . v . . ; v í
I » 1 ' u <. . • . '• * ' - - X ' ,
y . H .y . . •< - o ' . 1 /
fiU Q fJ D }/
\ C J K 1 3
^ H -
\ c - i -
\ < c
\
\
o ' O N O '
x o V^ 1 N
ñ u o j /
K\:U?^j/ÿC kVN^T, ñ“OUü>l*
%
%
\
\
\
\
\
¿<u
acS
§¡<D
•H •H
>¡ &
tíO O tí Td rHVi CÖ
¿2 ao O>» O o cd*
CÛ* rM n-3 Cd cd (9 tí0) cd
•H tí
£ o cd tí fcQ XJ £a>
O rH ä 0>
•HH £>
+*tí •* O o O te
«. t e a>
o &a
*0 •Ha o 4*
u a]
£ »tí O •tío iHa> aj
ar §
•H te
0) o
0) ,Q•H
•H
a O
<D Tí
•HP< cd O tí EH o
• ota rHcd*
til• cd«
>»
P3 cd TíO tí
£
curH<D x-Hcd
Łak e l e k t r o d o tu lo n y c h 49 ł u k u p r z e b y w a j ą w s p ó l n i e s t r u m i e ń e l e k t r o n ó w ( t w o r z ą o y prawdo
p o d o b n i e oś p io n o w ą ł u k u ) o r a z s t o p i o n y m a t e r i a ł , o t a c z a j ą c y p r z e w a ż n i e s t r u m i e ń e l e k t r o n ó w .
Ten m a t e r i a ł z a w i e r a j ą c y z n a c z n ą i l o ś ć a n io n ó w f l u o r u może u j a w n i a ć s i ę e l e k t r o s t a t y c z n i e u j e m n i e . O d p y c h a ją c e d z i a ł a n i e s t r u m i e n i a e l e k t r o n ó w n a o t a c z a j ą c y go m a t e r i a ł pow oduje p r z e t o r o z p r y s k , k t ó r y j e s t tym w i ę k s z y , im w i ę k s z e j e s t s t ę ż e n i e związków f l u o r u w o t u l i n i e o r a z im ł a t w i e j one d y s o c j u j ą i t w o r z ą a n i o n y . W p r z y p a d k u e l e k t r o d s t a l o w y c h s t r a t y s t o p i w a z t e g o powodu w y n o s i ł y n a w e t pon ad 60& c i ę ż a r u d r u t u r d z e n i o w ego, a w p r z y p a d k u e l e k t r o d a lu m in i o w y c h s t r a t y t e p r z e k r a - . c z a ł y n a w e t 90& ( t a b l i c a 3 ) . W tym o s t a t n i m p r z y p a d k u bowiem o t u l i n ę s t a n o w i ł y w y ł ą c z n i e f l u o r k i i c h l o r k i , a a lu m in iu m j a ko z n a o z n i e l ż e j s z e n i ż ż e l a z o , j e s t w w iększym s t o p n i u w y r z u - oane z ł u k u .
O g ó l n i e można s t w i e r d z i ć , że p r z y s p a w a n iu z a ł ą c z o n y m i do b i e g u n a u jem n e g o e l e k t r o d a m i o o t u l i n a c h z a w i e r a j ą c y c h f l u o r k i , r o z p r y s k , w z r o s t n a p i ę c i a ł u k u i s p a d e k n a t ę ż e n i a p r ą d u w ł u k u s ą o d w r o t n i e p r o p o r c j o n a l n e do t r w a ł o ś c i f l u o r k ó w , o c e n i a n e j i c h e n e r g i ą swobodną i w p r o s t p r o p o r c j o n a l n i e do i c h
i l o ś c i . N a j w i ę k s z e p r z e t o zm iany u j a w n i a j ą s i ę w te d y p r z y s p a w a n iu e l e k t r o d a m i o o t u l i n a c h z a w i e r a j ą c y c h d u ż e i l o ś c i SiF^
( N ^ S i F g C , n a s t ę p n i e A l F ^ , a n a j m n i e j s z e w p r z y p a d k u naw et d u ż y c h i l o ś c i CaF2 l u b NaF.
S p aw an ie prąd em zmiennym. Oprócz d e j o n i z a c j i s t r e f y ł u k u p r z y z m i a n i e k i e r u n k u p r z e p ł y w u p r ą d u i jon ów , ciekawym z j a w i s k i e m w y s tę p u ją c y m p r z y s p a w a n iu prąd e m zmiennym e l e k t r o d a m i o o t u l i n a c h z a w i e r a j ą c y c h f l u o r k i j e s t t r u d n i e j s z e z a j a r z e n i e ł u k u , gdy k a t o d ą j e s t m a t e r i a ł sp a w a n y . Z a j a r z e n i e ł u k u n a k a t o d z i e - m a t e r i a l e d o k o n u j e s i ę z pewnym o p ó ź n ie n i e m i p r z y wyższym n a p i ę c i u n i ż w te d y gdy k a t o d ą j e s t e l e k t r o d a ( r y s . 4 ) . Im n i ż s z e j e s t n a p i ę c i e s t a n u j a ł o w e g o t r a n s f o r m a t o r a , tym z j a w i s k a t e s ą w y r a ź n i e j s z e . Podobne z j a w i s k o s p o t y k a s i ę r ó w n i e ż p r z y s p a w a n iu ł u k ie m k r y ty m p rąd e m zmiennym, t o p n i k a m i z a w i e r a j ą c y mi pewne i l o ś c i związków f l u o r u . Można s ą d z i ć , że spowodowane t o j e s t m n i e j s z ą g ę s t o ś c i ą p r ą d u , a p r z e d e w s z y s tk i m n i ż s z ą
50 J a n W ęgrzyn
B y s . 4 . O soy log ram ł u k u e l e k t r o d o o t u l i n i e z a w i e r a j ą o e j f l u o r k i K a t o d a - m a t e r i a ł ( g ó r n a c z ę ś ć o s o y l o g r a m u ) ; P i k i n a p i ą ć p r z y j a r z e n i u łu ku* K a to d a - e l e k t r o d a ( d o l n a c z ę ś ć o s c y l o g r a m u ) :
Łuk z a j a r z a s i ę w c z e ś n i e j i p r z y n i ż s z y m n a p i ę c i u
t e m p e r a t u r ą n a k a t o d z i e - m a t e r i a l e n i ż na k a t o d z i e - e l e k t r o d z i e * P o t w i e r d z a ć t o może r ó w n i e ż t e z ę o n i ż s z e j t e m p e r a t u r z e n a m a t e r i a l e rodzimym n i e z a l e ż n i e od t e g o ozy s t a n o w i on k a t o d ę o z y a n o d ę .
7 . WNIOSKI
N a w ią z u ją o do I c z ę ś o i n i n i e j s z e j p r a c y s t w i e r d z o n o , że s k ł a d o t u l i n e l e k t r o d d e o y d u j e o p a r a m e t r a c h ł u k u , o p r z e n o s z e n i u w nim m a t e r i a ł ó w j a k r ó w n i e ż o e m i s j i e l e k t r o n ó w . B a d a ją c e l e k t r o d y z n a j c z ę ś c i e j s to s o w a n y m i r o d z a j a m i o t u l i n s t w i e r d z o n o , że n a j w i ę k s z e r ó ż n i o e i s t n i e j ą p om ięd zy e l e k t r o d a m i z asadow ym i l u b f lu o r k o w y m i i e l e k t r o d a m i o o t u l i n a o h t l e n k o w ych. Z w i ą z k i f l u o r u , z a w a r t e w o t u l i n a c h , s z c z e g ó l n i e ła tw o d y s o o j u j ą c e z w y d z i e l e n i e m f l u o r u , m a ją d u ż y wpływ n a n a p i ę o i e ł u k u , na k a tod o w y s p a d e k n a p i ę o i a , na s p o s ó b t o p i e n i e s i ę e l e k t r o d y o r a z r o z p r y s k , a p r z e d e w s z y s tk i m n a p r o c e s y w s t r e f i e k a t o d y i a n o d y i m o żliw o ść s p a w a n ia prądem zmiennym. E l e k t r o d y o o t u l i n a c h s k ł a d a j ą c y c h s i ę p r z e w a ż n i e z t le n k ó w s t a p i a j ą s i ę
Łuk e le k tr o d otulonych. 51
praw ie jednakowo n i e z a l e ż n i e od r o d z a ju prądu i b ie g u n o w o ś o i.
O tu lin y t e mogą m ie ć , w z a l e ż n o ś c i od z a w a r to ś o i sk ła d n ik ó w g a z o tw ó rczy o h , bardzo duży wpływ na n a p ię o ie łu k u i Jego w ła - ś o iw o ś c i g łę b o k o w ta p ia ją o e .
P rzed sta w io n e w y j a ś n ie n ie z j a w is k za ch o d zą cy ch w łu k u e le k t r o d zasadowyoh lu b flu o r k o w y c h i p o z o s t a ły c h z n a l a z ł o p o tw ie r d z e n i e w próbach spaw ania i w b e z p o ś r e d n ic h pom iaraoh param etrów
łu k u .
3JtEKTIW łECKAa flJ T A I1PK CBAPKE nOKiUTHM OJIEKTPOflOM COcoóeHHue CBoiicTBa a y r z )
P e 3 jo m e
P a c c M O T p e H O x a p a K T e p n c T m j e c K n e C B O i i C T B a s j i e K T p n w e c K o a j t y m
n p z eJieKTposax e u c b ł u c, pyTnmoBhix, ueJuxM03HHx, rJiyÓOKoro ne-
p e n J I B B a , O C H O B H h Ł X , C T a a b H H X M H 3 Q B e T H H X M e T a n E O B , B U H S H H e c o -
CTaBa noKptiTHa Ha 3JieKTpoHHyB s m h c c h d, HanpasceHHe flyra, s a -
T O j H h i i l n e p e n a a H a n p a s c e H u a , cnocoó n a a B J i e H H H saeKTpo^a a p a a -
6pti3rMBaHae .
i l o K p u T H H c o c T o a m a e H 3 o k h c;i o b c y m ęc tB e h h u m o ó p a a o M o t j i b- y a B T c a o t n o a p u T H i i c o s e p x a m a x r o s c e $ T o p H f l h i m x a o p n f l Ł i ,
52 J a n 'Yggrzyn
COVERED-ELECTRODE ARC
(Specific properties of arc)
S u m m a r y
Characteristics of arcs for acid, rutile, cellulosic, basic, deep-penetration, both ferrous and non-ferrous electrodes.
The effect of covering composition on the emission of elec
trons, arc voltage, cathode drop, melting mode of electrode and spatter. The coverings composed of oxides differ atrongly from those containing also fluorides or chlorides.
