Неровный В.М. Теория сварочных процессов (841334), страница 22
Текст из файла (страница 22)
2.5). Таблица 2.5. Энергетическая структура некоторых Ме-дуг Остальная мощность выделяется в приэлектродных областях. Значение Сх + Ь' определяли из опытов экстраполированием прямой по уравнению Айртона (7д = а + Ыд (рис. 2.47). Важным фактором при ручной сварке является устойчивость дуги.
На нее оказывают влияние внутренние условия в самой дуге (состав и свойства плазмы) и внешние , 11в условия — статические и динамические о свойства источника питания и характе0в ристики электрической цепи, опредеГ= ' лающие в большой мере переходные а = 11х ь17в процессы в дуге. Наиболее известна оценка устойчивости дуги по ее раз- + рывной длине 1Рвэк Чем больше раз- Рнс.
2.47. Прямая Уд = а + ~ Ы, н схема определения Рь!иная длина дуги, тем выше ее 17,э- и, устойчивость (см. табл. 2.5). Многие авторы указывают, Е, В/мм что введение в дугу элементов с низким потенциалом ионизации Ц (в первую очередь щелочных 4 металлов) повышает ее устойчивость. Введение таких элементов 2 облегчает возбуждение дуги, горение ее на переменном токе, а 10 15 20 25 30 также стабилизирует положе- У„+ У„В иие катодного пятна и изменяет Рнс. 2.48.
Зависимость градиента характер дуги на постоянном то- напряжения (продольной напряке. При достаточной концентра- жениости электрического поля) ции этих элементов можно полу- Е в столбе дуги от суммы катодчать диффузионную привязку ного и анолного падений потен- циала У, е у, дуги на катоде, что существенно влияет на характер плавления и переноса электродного материала. Считается, что пары легкоионизируемых элементов попадают в столб дуги и повышают степень ионизации в нем.
Объяснение действия элементов-ионизаторов можно связать с их воздействием на работу выхода электронов с катода, поскольку значение !8 тесно связано с потенциалом ионизации. Пары элементов-ионизаторов попадают в катодную область, понижают работу выхода электронов с катода, что снижает катодное падение потенциала, повышает электропроводность катодной области и устойчивость дуги в целом. Анодное падение мало изменяется и, как уже отмечалось, составляет в Ме-дугах 2,5 ~ 0,5 В.
При уменьшении Ух + У увеличивается градиент напряжения в дуге (рис. 2.48). Это, например, облегчает сварку на автоматах с регуляторами напряжения дуги. Введение элементов-ионизаторов приводит к уменьшению мощности, выделяемой в приэлектродных областях, и к увеличению доли энергии, затрачиваемой в столбе дуги. Производительность расплавления при этом обычно снижается. 2.10.2. Сварка под флюсом Дуга под флюсом отличается от свободной (открытой) сварочной дуги в первую очередь тем, что газовый разряд происходит в пространстве, которое изолированно от окружающей среды расплавленным шлаком. Наличие газового пузыря обусловливает повышение давления в нем.
Например, оно составляет около 3 кПа при токе = 500 А. 1!8 119 г/я //нст В т,к 8000 7ООО 6000 5000 !2! !20 1,А /,А а б Рис. 2.49. Внешние характеристики источника питания (/„„(а) н вольт-амперные характеристики луги под флюсом (/л (б) Флюсовая защита позволяет значительно повысить по сравнению со сваркой открытой дугой сварочные токи /, (до 1000 А и более), а также мощность дуги и плотность тока/'„на электро- 2 дах (до 200 А/мм и выше). Высокая плотность тока, избыточное давление, некоторое шунтирование дуги флюсом и присутствие во флюсе ионизирующих компонентов обеспечивают высокую устойчивость сварочного процесса. Практически отсутствует разбрызгивание металла„ шов хорошо формируется. Высокая плотность тока обусловливает возрастание вольтамперной характеристики дуги, что позволяет применять источники питания с жесткой или пологопа- 1; дающей внешней характеристикой (рис.
2.49). Широко применяется по/д д дача электрода в дугу с постоянной скоростью, обеспечивающая саморегулирование процесса. я В отличие от ручной дуговой сварки (рис. 2.50) перенос металла в 1 дуге под флюсом обычно мелкокал пельный — без коротких замыканий и б пиков тока /д и напряжения (/д. Рис. 2.50. Осциллограммы то- Размер капель тем мельче, чем ка н напряжения в дуге (пока- больше плотность тока. Существен- заны схематически): ную роль играет перенос электрод- а — орл ручной дуговой оккрко ного металла паром. Капли обычно короткими замыканиями; б — ори пористые, их плотность равна сварке дугой оод флюсом без 3 коротких замыканий 2...5 г/см вместо 7,8 г/см для стали. 4000 О 80 !60 240 320 400 ы, градусы Рис.
2.5!. Зависимость температуры дуги под флюсом от фазы переменного тока Число мелких капель составляет 60...70 % общего числа капель. Температура дуги достигает 5000...7000 К. При сварке на переменном токе она колеблется в зависимости от изменения фазы зр (рис. 2.51). Высокая устойчивость сварочного процесса позволяет в подавляющем большинстве случаев применять переменный ток, что связано с большей простотой и экономичностью сварочного оборудования. Различный теплоотвод с электрода и изделия обусловливает некоторую асимметрию тока в дуге под флюсом. Однако вентильный эффект сравнительно мал и, как правило, специальных устройств для его устранения не требуется.
Сварка под флюсом отличается высоким КПД (рис. 2.52), ее легко автоматизировать, и поэтому она широко применяется в промышленности. 2.10.3. Металлические дуги в защитных газах и вакууме Ме-дуга в заи/итиых газах используется в основном для сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей (в СО2, в смесях СО2+ Аг, С02 + 02), а также алюминиевых сплавов и коррозионно-стойких сталей (в Аг и в смеси Аг + Не) главным образом на постоянном токе обратной полярности при жесткой или полого- падающей внешней характеристике источников питания. Наибольшее применение ввиду своей экономичности получила механизированная сварка тонкой проволокой в среде углекислого газа. Оснащение установок для механизированной сварки импульсными приставками, используемыми для управляемого переноса металла, существенно расширяет область их применения.
Рассеивание в окружающую среду = 20 % ПотеРи на нагРев в~ На нагрев вылета электрода проходящим током 222 Вт 5% П~б На аноде за счет электронов из плазмы столба дуги 1927 Вт Плавление и суммарные потери электрола % 3!21 Вт На аноде за счет потока электронов с катода 22 972 Вт Суммарные потери 5 4% столба дуги н прикатодной области 683 Вт В столбе дуги 683 Вт 15,4% ая % На катоде 637 Вт Нагрев и плавление 14,2% металла катода 637 Вт Общее потребление энергии 4441 Вт — 100% 112% Перенос с каплями Плавление Общее выделение энергии 444! Вт — 100% ние =1% силовая и =80% 122 123 мощность дуги = 100% Эффективная тепловая мощность дуги =60% Рассеивание в окружающую Потери на сРелУ =20% Рвзбрызгивв- Перенос с каплями Рис.
2.52. Примерная диаграмма баланса энергии: а — угольная дуга (! = 1000 А, (/ = 40 В, по данным И.д. Кулагина); б.- открытая Ме-дугв (! = 200 А, (/д = 25 В, по данным Н.Н. Рыкатина); в — Ме-дуги под флюсом (!= 1000 А, (/, = 36 В, го= 24 м/ч, поданным И.В. Кирхо) Ме-дуга в вакууме (вакуумная дуга) горит обычно в царах металла электрода и применяется главным образом для сварки на постоянном токе обратной полярности.
Давление среды — от 1 Па и ниже. Безусловно, дуга в вакууме отличается по своим свойствам от дуги при атмосферном давлении. Плазму столба дуги уже нельзя рассматривать как термически равновесную, так как электронная температура больше температуры газа 7' > Тд. Термическая ионизация в столбе дуги снижается, и ее роль в определенной степени компенсируется неупругими столкновениями. Рис. 2.53.
Баланс энергии вакуумной дуги всталь — стальв: != 170 А, (!, = 26 В, е= 20 м!ч, дэ =20 мм, ! = 20 мы, Е=-02 В!мм, а = 40 г!(А ч) В вакуумной дуге увеличивается катодное падение потенциала до 18...20 В и уменьшается градиент напряжения в столбе дуги по сравнению с атмосферными дугами с 2...4 до 0,2...0,4 В!мм, т. е. примерно в 10 раз (в воздухе Е = 1,5...2,0 В!мм; в среде СО2 Е = 3...4 В/мм). Столб вакуумных дуг обычно длиннее, что позволяет применять более узкую разделку кромок стыка.
Анодное падение потенциала меняется мало. Баланс энергии в вакуумной дуге (рис. 2.53) показывает, что часть энергии на анод переносится непосредственно с катода. Вследствие интенсивного выделения теплоты на аноде коэффициент наплавки растет до 35...40 г/(А ч). Это почти в 2 раза больше, чем при сварке под флюсом. Стоимость сварки в вакууме оказывается в ряде случаев ниже, чем в контролируемой атмосфере инертного газа„а качество шва — достаточно высоким. 2.11. Сварочные дуги с иеплавяцтимся электродом В качестве неплавящихся электродов при дуговой сварке применяют главным образом вольфрамовые электроды, значительно реже — угольные (графитовые) и охлаждаемые медные электроды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
