Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 49
Текст из файла (страница 49)
на о условчеству частиц называется степенью ионизации. частиц, отношение кото ого к об ем р щ у коли- стол а) и основываясь на Применяя каналов ю мо ель у д дуги (в предположении цилиндрической формы допущении термодинамического оавновесия в столбе дуги с учетом потерь энергии за счет лученспускания, К. К.
Х енов ста зависимость температуры столба от а от потенциала ионизации: тд — — 810 У1. где Уг — потенциал ионизации газа в г справедлива в дуговом промежутке. Эта зависимость и для дуги с плавящимся электродом. Дуга в среде инертных газов с неплавящимся электродом имеет коническую форму, мало соответствующую «каналовой» модели. Тем не менее для приближенной оцен ки средней температуры в центре столба вольфрамовых дуг можно поль. зоваться соотношением На горизонтальном участке вольт-амперной характеристики дуги действительна эмпирическая формула, связывающая температуру с потенциалом ионизации и сварочным током: 7 591Ц1до,озт Основные параметры дуги — температура, напряженность поля столба, средняя плотность тока и эффективный радиус сечения столба обусловливаются физическими свойствами газа в дуговом промежутке (табл.
18). 18. Некоторые физические свойства газов, применяемых при сварке В реальных условиях атмосфера сварочной дуги имеет многокомпонентный состав. Столб дуги с плавящимся электродом заполнен парами электродного металла. Напряженность поля в столбе дуги при прочих равных условиях обусловливается материалом электрода (табл. 19). 19. Напряженность электрического поля в столбе в зависимости от элементов материала электрода При сварке неплавящимся электродом количество паровой фазы мало и состав плазмы обусловливается лишь составом защитного газа. Для сварки неплавящимся электродом применяют в основном инертные газы Аг и Не, а также смеси их с молекулярными газами, Газы Аг и Не обладают высокими потенциалами ионизации, что затрудняет первоначальное возбужде.
ние дуги. Однако напряженность поля в дуге имеет сравнительно низкое значение (табл. 20), и дуговой разряд в инертных газах отличается высокой стабильностью. 260 201 Сварка плавленпел! Сварка в заи4игиь!х газах 21. Работа выхода электронов Электроды Защитный газ и„+и,, В Е, В/см Катод Анод СО, Аг 24 — 28 22 — 24 Сталь 17 — 19 16 — 18 Сталь А Титан Титан 22 — 24 15 — 16 Вольф рам Аг 8 — 10 8 -10 Вольфрам Аг ые 10 — 12 22 — 24 Алюминий 9 — 11 10 — 12 Газовая среда ГА', В Сила тока дуги, А А вод Катод 6,0-9,0 10,0 — !1 0 16,0 — !7,0 ! 2,0 — 13,0 13,0 — 14 0 Ре Сп А1 Ре Сп А1 !СΠ†2 Воздух 7,0 — 8,0 8,5 — 11.0 З,о — 10,0 1З,о — 13,5 14,Ь вЂ” 15,0 ! З,Ь вЂ” 14,0 Ре Сп А! Ре Сн А! 100-2ЬО Сн Ре,о =! Мы э Ре, а =1мм э Ре Сц 8,3 — 8,7 7,5 — 9,0 !50 †2 100 †2 2,3 — 3,2 1,2 — 3,3 СОА в 8 16 г4 х!в те Рис.
46. Коэффициент теплопроводности г., Вт/(м 'С) водорода, гелия, аргона и азота в зависимости от температуры !7 Ю га содержание лримееей о аргвнв, э 20. . Распределение напряжения в сварочных дугах Существенное влияние на напряженность поля оказывает теплоп о газа, особенно той его части, кото ая об с. ва теплопроводносгь 4 ности достигает 12 ВТА(м ' С) (рис. 46), При плавящемся электроде, несмотря на то, что ~актив ионизации газа в атмосфе е что ~~ктивныи потенциал мосфере дуги обычно приближается к потенциалу иониза- Л,Вг(й 'С) ции легкоионизирующихся паров металла, ° lб напряжение на дуге существенно зависит от состава защитного газа (рис.
46). Увеличение напряжения на дуге с увеличен хгн не нием концентрации молекулярных газов 1г (Нз, Хз, Оз и СОз) объясняется интенсивным охлаждающим действием этих газов в связи с затратами тепла на диссоциацию. е Энергия, выделяемая в столбе дуги составляет значительную долю от общей энергии, выделяемой в дуге. Она перенг =гн дается окружающей среде в основном 4 лучеиспусканием.
Хотя энергия столба дуги не имеет существенного значения в энергетичелг ском балансе электродов тем не менее характер процессов, протекающих в столбе, оказывает влияние на технологические свойства сварочной дуги, обусловливая концентрацию теплового и силового воздействия на сварочную ванну. 1тривлектродные области. Энергия, выделяемая в приэлектродных областях, обусловливает технологические ха актеристики сварочной дуги; проплавляющую способность ть, интенсивность расплавле. р ктения электродного металла, формирование шва и т.
д. Мо иост щ о с т и, затрачиваемые на плавление и испарение като а и отнесенные к 1 Л тока дуги, р 4 катода и анода, ак = (.7„— (7„. 0,=(г,+(7„ ГдЕ Сгк И (Аа — КатОдпОЕ И аНОдНОЕ ПадЕНИЕ НаПряж'Пня' У вЂ” б электрона (табл. 21), ' лт!ия' в — ра ота выхода 22. Ориентировочные значения катодного 17„и анодного 1А' падения потенциала в дугах с плавящимся электродом Ориентировочные значения (гк и (га приведены в табл.
22. С несимметричностью выделения энергии связано различие свойств дуги при прямой и обратной полярности. На рис. 47 показано выделение тепла на катоде и аноде в среде Рис. 46. Зависимость напряжения дуги от состава защитного газа аргона по данным калориметрирования, На аноде выделяется тепла больше, чем на катоде. Поэтому сварка вольфрамовым электродом на обратной полярности затруднена из-за интенсивного оплавления электрода. Источником электронов, поддерживающих столб дуги в ионизированном состоянии, является 202 203 Сварка плавлением Сварка в защитных газах /ы,А/сит /О7 /Оз ч4 7 4 3 Ъь «2 4М444 ~ 44 ьзф / /Оз /О' /О О ЛО ОО 7О 7 А Рнс.
47. Выделение тепла Т, Вт/А анодом н катодом прн нулевой длине дуги: / и 2 — чистый вольфрам (() 3,2 и 1,6 мм; 3 — торнрованный вольфрам (// 3,2 мм 3 3,Х 4 к/Ог /~' Рнс. 48. Завнснмость плотности термоэмнсснонного тока от температуры: й/ — вольфрамовый электрод; С— угольный электрод волоке в небольшом количестве рубндня, цезия, каль ня, ба ментов дается ос с , кальция, ария н других элена переменном токе. У уществнть устойчивый процесс в среде защитных газов даже Анодная зона дугового пространства имеет большую протяженность н мень. шую напряженность поля по сравнению с катодной.
В эт " электронный ток, так как от н этон зоне имеет место чисто небольшая. к, так как отрицательных ионов в плазме немного н скорость р нх Анодное падение нап я д д нне напряжения в дуге с плавящимся электродом 1,5 — 3,0 В, а в дуге с вольфрамовым электродом в среде аргона прн силе то 30 — 200 А Металлургические особенности газовой за Свойства защитных газов. По о отношению к сварнваемому металлу защитные газы могут быть активными нлн нейтральнымь, в зависимости от того, взаимо ейр, о, удучн активным по отношествуют онн с металлом ялн нет. Например азот б ч а б альта.
нню к железу н хрому, оказывается нейтральным прн сварке меди едн и коПрактически полностью нейтральными по отноше» ню металлам являются инертные одноатомные газы. ко всем сварнваемым такж Защитный газ выбирают с учетом особенностей свари р ваемого металла, а е требовании, предъявляемых к сварным швам.
н автоэлект катодная область. Наибольшее значение в сварочной дуге имею т термическая стг ронная эмиссии. Термическая эмнссня играет основную у оплавкнмн катодами (вольфрам, графит), автоэлектронная — в д гах с плавную роль в дугах вящнмнся электродами. нная — в дугах с пла- 1ОпрнА/ "и'р"ур ""да 3500-4000 К обеспечнвае"я плотность тока 0 А в ' (р ) Днако прн 3000 К плот'!Ость тока составляет всего /см . Таким об азом р, термоэмнсснонного тока достаточно для поддержания дугового разряда только прн применении в качестве катода вольфра н других т гоплавк л фрама, графита нап нме с железн ру у нх материалов.
В сварочных дугах с плавящимся эле р ым катодом (Ткни = 3013 К), термоэмнсснонного тока недоктродом, статочно для дугового разряда. Прн сварке плавящимся электродом прнмененне актнвнрованной проволоки также может способствовать повышению стабильности дуги. Прн наличии в про. Инертные газы применяют для сварки химически активных металлов, а также во всех случаях, когда необходимо получать сварные швы, однородные по составу с основным н прнсадочным металлом. Активные газы применяют, когда заданные свойства металла можно обеспечнть металлургической обработкой (окнсленнем, восстановлением, азотнрованнем н т. д.). Физические свойства защитных газов приведены в табл. 23.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
