アーク溶接時に電極の先端だけが溶けるのはなぜですか？

YouTubeで、「消耗電極」を使用してアーク溶接を行っている人を見ました。一見、すべての電極とワークピースに電流が流れることがわかりましたが、この事実から疑問が生じます。

通常、ワークピースは電極よりもはるかに大きいため、ワークピースは溶けないため、熱をより速く放散できると思います。しかし、電極はより薄く、それを流れる電流が電極の先端を溶かすのに十分高い場合、なぜ電極全体が溶けないのか分かりません。

私はそれについて考えました、そして、私の推測は、それが電極の先端の接触抵抗が電極の材料のそれと異なっていることに関係していると思います。その理由は、発生する熱に何らかの形で比例する電力がであるべきだ からです。しかし、この現象を説明するのに2つの抵抗の差が十分に大きいとは思わないので、行方不明です！

電極の抵抗は、物を加熱するものではありません。アーク内のイオン化された空気の抵抗です。

したがって、アークに近いものは熱くなり、遠くのものはそうなりません。

電極をワークピースに近づけると、電界強度（たとえば、メートルあたりのボルト）が介在する空気分子をイオン化するのに十分に高くなると、エアギャップが狭くなり、火花が発生します。

イオン化された空気はプラズマであり、非常に高温です。電極とワークピースの材料を溶かすのに十分な高温です。

溶接機が適切な長さのギャップを維持している限り、電界強度は、ギャップ内の空気をイオン化し、溶接棒とワークピースの近くの材料を溶かすのに十分に高くなります。また、一部の金属はガス化し、プラズマに変わることもあり、したがってアークに寄与する可能性があります。

ギャップが大きくなりすぎると、プラズマは溶接とともに停止します。

棒溶接機（溶接棒を使用するもの）で作業した人は誰でも、ギャップが小さくなりすぎると、棒をワークピースに接触させ、接触時に十分なプラズマを生成して溶接することができると言うことができますワークピースにロッド。その時点で、プラズマのない連続した金属回路ができました。適切な溶接を行っている間と同じ量の電流を流しますが、プラズマアークがなければ、何も溶けません。

この説明は、プラズマの抵抗とは関係ありません。これは、印加された電界強度に応じてプラズマがどのように形成されるかの関数です。

さまざまな方法で熱を発生させる溶接プロセスがいくつかあります。TIG溶接は、スティック溶接やMIG溶接よりも概念的に理解しやすいと思います。この説明は他の溶接プロセスの理解に役立つので、TIG溶接の説明を始めます。

TIG溶接（ガスタングステンアーク溶接またはGTAW）では、溶接電源がタングステンチップでハンドトーチに接続されます。負極はトーチに接続されています。正電極は、溶接されるワークピースに接続されます。

アークは、タングステンチップとワークピースの間に高電圧、高周波パルスを生成するアークスターターと呼ばれる電源の回路によって作成されます。アークには、シールドガスから電子を除去し、タングステンチップからワークピースに電気を伝導するイオンの経路を作成するのに十分なエネルギーがあります。ティグ溶接には、アルゴンガスが一般的に使用されます。アルゴンガスは安価で、イオン化が容易で、空気よりも重いため酸素が入らないためです。

イオン経路が完了すると、電源は電極間の電圧降下を検知します。電極とワークピースの間にイオン化された経路がない場合、タングステンとワーク電極の間に50V以上の差があるかもしれません。アークが開始された後、電極間の電圧はギャップサイズに応じて約10Vに低下します。この時点で、電源は溶接電流をオンにします。ティグ溶接は定電流電源で行われます。

アークは、シールドガスの抵抗加熱によって維持されます。イオン化されたガスは抵抗器として機能し、熱はギャップ間の電圧とギャップを流れる電流の関数です。イオン化されたガスを通る高電流は非常に多くの熱を放散するため、ガスはプラズマのままで十分に熱くなり、伝導し続けます。

ただし、熱はアーク全体に均等に分散されません。先ほど説明したこの構成では、電子は実際にタングステンの先端から発射され、ワー​​クピースに当たります。これにより、熱がワークピースに集中します。電極の極性を逆にして、マイナスをワークピースに、プラスをトーチに接続すると、逆の効果が得られます。それでもアークと大量の熱が発生しますが、熱は溶接しようとしている部分ではなく先端に集中します。これは、チップがボールに溶けて落ちるという結果になるでしょう。タングステンは、金属の中で最も高い融点を持つため、先端に使用されます。ティグ溶接では、電極が溶けて溶接の一部になることは望ましくありませんが、他のタイプの溶接では必要です。

MIG溶接（ガスメタルアーク溶接またはGMAW）では、これはあなたが望むものです。MIG溶接では、電極はワイヤスプールから高速で供給される導電性ワイヤです。ワイヤが溶けて、溶接の一部になります。極性が逆になるため、ワイヤはプラスになり、ワークはマイナスになります。MIGではアークスターターは必要ありません。

移行トーチのトリガーを絞ると、ワイヤーフィーダーがワイヤーを押し出し始めます。ワイヤがワークに接触すると、ワイヤは抵抗として機能し、発熱します。ワイヤの突き出しが長いほど、抵抗が大きくなり、ワイヤ全体で異なる電圧降下が発生します。

ワイヤに流れる大電流により、ワイヤは溶けて焼き付きます。これにより、ワークとワイヤの間に、イオン化するのに十分な電圧がある小さなギャップが生じます。これにより、円弧が作成されます。さまざまなMIGプロセス（短絡、点滴、およびスプレー移行）の詳細に入ることなく、このプロセスは本質的に繰り返されます。ワイヤが接触します。加熱して溶けます。弧を描いて、再び接触します。等。

通常、ワークピースも溶融する必要があります（ただし、あまり多くない場合、または材料に突破口がない場合）。そうしないと、強力な機械的接続が得られません。電流と材料送り速度を調整することにより、ワークの厚さ、熱質量、熱伝導率を考慮します。そして、マーカス・ミューラーがすでに言ったように、電極抵抗についてではありません。