Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 55
Текст из файла (страница 55)
80. Влияние кислорода на по верхностное натяжение расплавленно го железа Рис. 81. Разновидности переноса металла в дуге при сварке в среде защитных газок а — крупнокапельныя; б — струйный; в — с короткими еа- мыканаевва (с»арка короткой дугой) от оси электрода. В некоторых слугаях следует учитывать кинетическую энергию плазменного потока. Силу воздействия плазменного потока на каплю можно оценить следующим образом: в'ел= пвплп~ где и„ вЂ” масса потока плазмы, проходящая через заданное сечение в единицу пл времени; о — скорость потока плазмы. Судя по тому, что капля в полете через дуговой промежуток не получает существенного ускорения, роль этой силы в переносе металла второстепенна. Сварка плавлением / / / / / / / / ааааа дуг« /„р =32,7 )/ аЫз1 где о — коэффициент поверхностного натяжения меПо известной величине критического тока, установленной опытным путем для данного диаметра проволоки, можно определить критический ток проволоки любого диаметра, используя следующее равенство: Рис.
82. Схема процесса образования капли на конце электрода при струйном переносе металла Критический ток определяют экспериментально с помощью киносъемки, менее точно — визуальным наблюдением, путем проектирования на экран в специальной камере. Критический ток для проволоки марки 12Х!8Н9Т разных диаметров при горении дуги в среде аргона имеет следующие значения: Диаметр электрода, мм Критический тек. А 1,О 1,О З,О ЗЗ ЗО . 1ЗО ЗЗО ЗЗО ЗЪ ЗЗО Нагрев проволоки на вылет джоулевым теплом изменяет градиент температуры в зоне плавления электрода. Поэтому с изменением вылета электрода йесколько изменяется величина критического тока (рис.
83). Перенос металла в дуге зависит от состава защитного газа (табл. 33). Кислород уменьшает поверхностное натяжение металла, и поэтому с увеличением его содержания в аргоне критический ток уменьшается (рис. 84). Высокие технологические свойства дуги при сварке стали обеспечиваются при добавке к аргону до 4 — 5% О,.
В такой среде дуга горит стабильно при относительно небольшом токе, что облегчает сварку металлов небольшой толщины. Дуга со струйным переносом металла дает меньшее разбрызгивание металла и обеспечивает лучшее формирование шва. Азот повышает поверхностное натяжение металла, поэтому с увеличением содержания азота в аргоне при одном и том же токе размер капель увеличивается. При сварке в среде азота происходит крупнокапельный перенос металла с интенсивным разбрызгиванием.
Отрыву капли предшествует интенсивное отдувание Разновидности переноса металла. С увеличением силы тока растет электро- динамическая сила, уменьшается размер капель, и при определенном значении тока, называемом критическим, капельный перенос металла переходит в струйный. Механизм струйного переноса металла состоит в следующем. В расплавленном металле на конце электрода благодаря пинч-эффекту создается металлостатическое давление, возрастающее от периферии к оси проводника. При большом токе расплавленный металл «отжимается» в зону дуги, вытягивается и принимает форму конуса (рис, 82).
Поперечное сечение столба жидкого металла постепенно уменьшается до некоторого диаметра, при котором давление, создаваемое поверхностным натяжением, становится равным гидростатическому давлению, вызванному пинч-эффектом. При этом диаметре по мере поступления новых порций расплавленного металла происходит формирование капли с последующим ее отделением. Критическим током /„р принято называть такой„ при котором отношение минимального диаметра (радиуса) струи к диаметру (радиусу) электрода равно 0,7.
Тогда, основываясь на уравнении баланса давления в точке А, можно определить величину критиче. ского тока 131]: 233 Сварка в защитных газах 232 Сварка плавлением 1.А У О,А 600 550 «ОО 100 О 550 250 04 ОВ СО % 0 0005 О 01 % Рис. 86. Зависимость критического тога от концентрации активатора (С,) бихромата калия: — — обратная полярность; — — — — — прямая полярность; 1, 2 — вылет электрода 20 мм; г, Л вЂ” аылет электрода 00 мм Рис.
85. Зависимость критического тока от степени активации электрода цезием (Сз): 1 — постоянный ток прямой полярности; 2 — постоянный ток обратной полярности ее вверх под влиянием давления в зоне активного пятна в результатедиссоциации Ма. Водород способствует увеличению критического тока.
Прн небольших добавках На (5 — 10%) капли вырастают до больших размеров, сохраняя сферическую форму. При сварке в аргоне, содержащем ) 0% Н„перенос металла сопровождается взрывами капель и интенсивным разбрызгиванием. Углекислый газ способствует увеличению поверхностного натяжения. При добавлении к аргону углекислого газа 1кр возрастает, размер капель увеличи- вается. При содержании в аргоне 5% СОа 1,Л струйный перенос металла начинается при силе тока на 10 — 15 А больше, чем в аргоне, Добавление к аргону 20% СО, приводит к значительному увеличению размера капель.
При сварке в СО„как и в Ыа, 100 наблюдается интенсивное отталкивание ка- пель вверх. 2 Критический ток в среде аргона можно существенно уменьшить (рис. 85), особенно 200 при прямой полярности, если электродную проволоку активировать щелочными и щез лочноземельными элементами путем введения их в состав проволоки или нанесения на ее 4 поверхность. Применение активаторов при 20 „„сварке в углекислом газе позволяет пере- вести крупнокапельный перенос металла в Рис. 83.
Зависимость критиче- мелкокапельный (Рис. 86). ского тока от вылета электрода. Особенности сварки короткой дугой. диаметры электродов мм Тонколистовые материалы следует сваривать короткой дугой, при которой капли, образующиеся на конце электрода, периодически замыкают дуговой промежуток. При таком переносе металла имеет место концентрированный разогрев основного металла, поверхность расплавленного металла относительно невелика, металл сварочной ванны благодаря поверхностному натяжению хорошо сопротивляется механическим импульсам дуги.
Перенос металла при короткой дуге происходит следующим образом (рис. 87). На конце электрода развивается капля в результате теплового воздействия активного пятна. При относительно небольшом токе и малом зазоре между электродом и изделием капля не успевает развиться до полного размера, происходит Унь А Рис. 84. Влияние Оа и Ие в арго. 200 не на (кр. Обратная полярность, проволока Св-12Х18Н9Т ф 2 мм 200 5 10 замыкание ее на сварочную ванну.
Полное отделение капли от электрода происходит в результате электродинамической силы, возникающей при изменении сечения электрода на границе твердого и жидкого металла. Под действием пинчэффекта происходит образование шейки, которая разрывается со взрывом. При взрыве шейки сварочная ванна получает тепловой и механический импульсы.
Стабильность формирования шва зависит в значительной мере от частоты и мощности тепловых импульсов. При прочих равных условиях мощность импульсов зависит от диаметра проволоки и от статических и динамических свойств источ- ников питания. у С величением диаметра электрода повышается «жесткостьа и механиче- т. е. перенос металла сопровождается более мощным тепловым и м дуги, т.
е. п р скими импульсами со значительным разбрызгиванием. В связи р сварке тонких металлов короткой дугой обычно применяют проволоку диаметром Разбрызгивание металла. Перенос электродного металла в дуге р ге соп овождается выбросом металла за пределы сварочной ванны — разбрызгиванием. Это явление зависит от параметров режима сварки, от состава защитной среды, а та акже от состава электродного и основного металлов. При сварке в среде аргона разбрызгивание металла сост вля — ,4.
р а ет2 — За.П и добавлении к аргону многоатомных газов разбрызгивание значительно увели- лучае применения в качестве защитных газов чистых чивается (рис. 88), и в случае п многоатомных газов, напрймер ймер СО, предотвращение или уменьшение разбрызгивания представляет важную технологическую проблему. П СО азбрызгивание металла происходит в результате выброса При сварке в, р р б ~ве перемычки между электродом и каплей, отделения остатка жидкого металла от электрода, расплескивания ванны, выброса крупных ве перемычки, выброса мелких капель металла из ванкапель при сильном взрыве п р ны, взрыва крупных капель на электроде и выброса разогретои и оп части электрода (при во ( возбуждении дуги). Во время сварки длинной дугои разом металле соп об рызгиванию с пособствуют металлургические реакции в жидком м, ре силы испарения металла и вождаемые выделением газов, а также реактивные силы и р е елы сва очной ванны.
диссоциации газа, выталкивающие капли за пр д р Основной причиной разбрызгивания металл р р р а п и сва ке с короткими замый. ка иями является электрический взрыв перемы жду р чки ме электоодом и ванно . С н н вается особенно в диповышением н напряжения на дуге разбрызгивание увеличива б згивания от силы тока показана на апазоне средних токов. Зависимость разбрызгивания от рис.
89. Основные меры по уменьшению разбрызгивания сводятся к следующему: Сварка плавлением применению источников питания с определенными динамическими свойствами, обеспечивающими оптимальные скорости нарастания тока короткого замыкания; выполнению сварки с оптимальной скоростью; поддержанию постоянства длины дуги за счет стабилизации напряжения источника питания, скорости подачи проволоки и вылета электрода; очистке проволоки от ржавчины, прокаливанию ее при температуре 200 — 250'С в течение 2 ч. Уменьшение разбрызгивания можно обеспечить при принудительном уп.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
