Контрольные вопросы.

1. Перечислите виды контактной сварки.

2. Объясните принцип действия стыковочной сварочной машины LR-110А.

3. Объясните электрическую схему сварочной стыковочной машины LR-110А.

4. Каким образом влияет действующее значение тока сваривания на прочность сварного соединения?

5. Перечислите виды брака при контактной сварке.

6. Объясните формулы для расчета (по указанию преподавателя).

Лабораторная работа № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ЛАМП

НАКАЛИВАНИЯ

(Продолжительность лабораторной работы - 4 ч; домашняя подготовка – 2 ч)

Цель работы: ознакомление с методикой определения электрической прочности ламп накаливания.

1. Прикладные и теоретические сведения по изучаемым вопросам

Анализ причин перегорания тел накала (ТН) в тепловых источниках оптического излучения (ТИОИ) показывает, что выход ламп из строя зависит от большого числа факторов и сопровождается сложными физическими процессами. В раскаленном состоянии вольфрамовое ТН является источником ионов и электронов, с увеличением температуры значительно возрастает скорость испарения материала ТН. Известно, что наполнение ламп накаливания (ЛН) инертным газом делает ТН более "устойчивым" к его испарению в нагретом состоянии. Это позволяет при постоянном сроке службы ламп увеличить их световую отдачу, однако наполнение ламп газом создает предпосылки и для возникновения электрической дуги между конструктивными элементами внутри колбы и снижает электрическую прочность ЛН.

Результаты многолетних исследований процесса дугообразования в ТИОИ не позволяют в настоящее время указать точно причину возникновения этого явления. Имеются две альтернативные гипотезы появления дуги в ЛН. Согласно одной из них деформация ТН в процессе срока службы приводит к сближению отдельных витков спирального или биспирального ТН, увеличению электрического поля в этом месте и возникновению электрической дуги между витками (межвитковый разряд) с дальнейшим его развитием, разрушением ТН и оплавлением электродов. Согласно другой гипотезе первоначально происходит механическое разрушение ТН в наиболее дефектном участке вольфрамовой нити и затем уже возникает дуговой разряд.

Лампам с биспиральным ТН свойственна большая по сравнению с моноспиральными лампами склонность к перегоранию ТН с явлением электрической дуги. Поэтому для первичных спиралей биспиральных ламп применяется несколько больший коэффициент шага, чем для спиралей моноспиральных ламп.

Возможность перегорания ламп с явлением электрической дуги возрастает с увеличением напряженности электрического поля, т.е. отношения напряжения на лампе к суммарной длине всех промежутков между витками спирали. Она определяется для моноспиральных (Е_СП) и биспиральных (Е_БСП) ламп по соотношениям:

E_СП=U_Л/(l_СП-Nd) (5.1)

E_БСП=U_Л/(l_БСП-N₂d₁) (5.2)

где U_л - напряжение на лампе, В;

l_СП и l_БСП - длины спирали и биспирали, соответственно, м;

N и N₂ - общее число витков моноспирального ТН и вторичной спирали биспирального ТН;

d и d₁ - диаметр вольфрамовой нити и наружный диаметр первичной спирали, м.

Экспериментально доказано, что значения градиента потенциала должны находиться в следующих диапазонах: для моноспиральных ламп, рассчитанных на рабочее напряжение 127 В – 3×10³7×10³ В/м; на 220 В – 7×10³1×10⁴ В/м; для биспиральных ламп на 127 В – 1,4×10⁴1,7×10⁴ В/м и на 220 В – 1,7×10⁴ 2×10⁴ В/м.

Для уменьшения опасности возникновения дугового разряда в лампу добавляют дозированное количество азота, а также устраняют возможность попадания газовых примесей, снижающих потенциал ионизации молекул газа и работу выхода электронов. Особенно опасны в этом отношении щелочные загрязнения.

Потенциал ионизации - это энергия, необходимая для отрыва валентного электрона от атома. При ионизации газов в газополной лампе большое значение играет ступеньчатая ионизация. Чем ниже потенциал ионизации и потенциалы возбуждения метастабильных уровней, тем выше вероятность появления дугового разряда. Поэтому к наполняющим лампу газам предъявляется еще одно дополнительное требование: они должны иметь достаточно высокий потенциал ионизации, чтобы напряженность электрического поля между витками ТН превышала максимально возможные значения.

Из таблицы 5.1 видно, что с повышением молекулярной массы наполняющего газа вероятность возникновения дуги возрастает. Первые ЛН наполнялись азотом. Однако большие тепловые потери у этих ламп "заставили" использовать для этой цели инертные газы.

Таблица 5.1 - Потенциалы ионизации некоторых газов
Газ	N2	Аr	Кr
Молекулярная масса	28,02	39,94	83,80
Потенциал ионизации, эВ	15,8	15,69	13,94

Наполнение ламп чистыми инертными газами практически не используется из-за низкого напряжения зажигания разряда в них по сравнению с азотом. Для увеличения напряжения зажигания к этим газам обычно добавляется азот. Причем, чем выше номинальное напряжение лампы, тем больше процентное содержание азота. С другой стороны, у смеси инертных газов с азотом тепловые потери в газе больше, чем у чистых газов. Поэтому содержание азота в газовой смеси ламп должно быть минимальным.

Процентное содержание азота в наполняющем газе для технического криптона составляет не более 5%. Нормально-осветительные лампы мощностью до 60 Вт наполняют смесью, состоящей из 86 % аргона и 14% азота. В лампах, рассчитанных на напряжение до 12 В, к аргону добавляют только 2% азота, так как при таких напряжениях практически исключен пробой между электродами.

И

а) б)

Рисунок 5.1 - Зависимость напряжения зажигания разряда между вольфрамовыми нитями от рода наполняющего газа а) и от содержания азота в наполняющей лампу газовой смеси б) (р — давление газа; — расстояние между нитями; Т_Н — яркостная нал температура нити).

звестно также, что с увеличением давления газовой смеси растет напряжение зажигания электрического разряда в лампе. Это позволяет несколько снизить содержание азота в смеси и без ухудшения электрической прочности ламп повысить световую отдачу.

Учитывая значительный срок службы ЛН общего назначения (=1000 часов), непредсказуемость момента возникновения электрического разряда и его кратковременность, изучение процесса дугообразования при работе лампы на номинальном напряжении питания весьма, сложно. В связи с этим, электрическую прочность ЛН определяют по величине пробивного напряжения, т.е. максимального значения напряжения, которое выдерживает лампа без возникновения дугового разряда или же минимальное значение напряжения, при котором еще не возникает разряд. Пробивное напряжение ЛН зависит от формы ТН, давления наполняющего газа, положения горения лампы, рода наполняющих газов, температуры ТН и газа, а также от наличия газофазных и гетерогенных примесей. Имеются также сведения, что срок службы ЛН зависит от условий их эксплуатации.

Для определения электрической прочности ЛН и изучения процесса дугообразования используется установка, позволяющая отключать испытуемую лампу в момент возникновения разряда.