Неровный В.М. Теория сварочных процессов (841334), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Наибольшее распространение получила дуговая сварка вольфрамовым электродом (%-электродом) в среде аргона, гелия и их смеси. Вольфрам, нагреваясь от дуги до температур, близких к температуре плавления, становится весьма восприимчивым к воздействию активных газов. Поэтому в целях экономии электродов и для обеспечения стабилизации процесса обычно при сварке %-электродом используют инертные газы с содержанием кислорода не более 0,001 Ягя объемной доли. 2.11.1. Аргонодуговав сварка %'-электродом Аргонодуговая сварка Ч'-электродом широко применяется для сварки ответственных конструкций из коррозионно-стойких сталей, цветных металлов, алюминиевых и других сплавов.
Сварку обычно ведут на постоянном токе прямой полярности (исключая сварку алюминия) от источника с крутопадающей внешней характеристикой. Как уже отмечалось, %-дуги могут быть с катодным пятном и без катодного пятна (так называемые нормальные дуги). Несмотря на различие механизмов катодного процесса (заключающееся в значительной доле электростатической эмиссии в дугах с катодным пятном), статические характеристики и тепловые балансы обеих дуг весьма сходны. Нормальная дуга всегда может быть получена на полукруглом торце катода из чистого вольфрама. При нагреве электрода дуга с катодным пятном может сама перейти в термоэмиссионную нормальную дугу. Образованию пятна на катоде способствуют введение добавки тория, иттрия или лантана к вольфраму (обычно до 1...2 'Ъ), лучший теплоотвод (меньший вылет) электрода и более острая заточка его рабочего конца.
Поверхность торированного, иттрированного или лантанированного вольфрама, имеющего по сравнению с чистым вольфрамом пониженную рабочую температуру, практически не оплавляется в широком диапазоне токов (100...400 А). Коническая вершина электрода сохраняет свою форму, что обеспечивает сжатие дуги у катода. 124 з 18 !6 15 14 13 12 1! ю /= 100 А 22 1О К 20 18 16 15 14 13 12 11 1О /= 400 А Рне. 2.54. Изотермы %-дуги в аргоне для разных значений тока: а, в — для нормальной дуги; б, г — для дуги с яятодиым пятном Дуга с катодным пятном имеет несколько повышенное (примерно на !О '/я) напряжение (катодное и общее) и ббльшую (на 10...20 Я4) температуру столба (рис. 2.54).
Температура катода в дуге с катодным пятном ниже температуры поверхности электрода нормальной %-дуги, где катодное пятно занимает всю сферическую поверхность электродного стержня. 2.11.2. ту'-дуга в гелии По теплофизическим свойствам гелий существенно отличается от аргона. Он имеет более высокий потенциал ионизации (24,6 вместо 15,7 эВ у аргона) и в 10 — 15 раз ббльшую теплопроводность при температурах плазмы. Кроме того, он легче аргоиа примерно в 10 раз. Достаточно высокая для существования дуги ионизация 17 -3 аргона при (кч = 1О см ) происходит примерно при температуре 16 000 К, в то время как для гелия — при 25 000 К.
Все эти особенности существенно влияют на свойства %-дуги в гелии. Например, добавление к аргону гелия постепенно превращает конусную дугу в сферическую (рнс. 2.55, а). Пинч-эффект в гелиевой плазме практически не имеет места до весьма больших плотностей тока, так как значительная теплопроводность гелия дает низкий темпеРатурный градиент по радиусу сечения столба цуги и весьма высокое внутреннее давление р = и/гТ. !25 2.11.3. Баланс энергии 3У-дуги Аг 100 Аг 85 НеО Не!5 Аг 75 Аг 50 Не 25 Не 50 а Аг 25 Аг 15 Не 75 Не 85 Е, В/см 20 !6 12 0 О 20 40 60 80 100 -> Не 100 80 60 40 20 0 +- Аг Состав смеси, % б Рис.
2.55. Изменение формы плазменного столба ЧУ-луги (а) и напряженности электрического поля (б) в зависимости от состава смеси аргона и гелия (ток 100 А) !/, в 30 20 !О 126 О !ОО 200 300 /, А Рис. 2.56. Вольт-амперные характеристики %-дуги я среде Не, !Че, Аг, Кг, Хе (анол титановый) Высокая средняя электрическая напряженность Е в плазме гелия, достигающая 2 В/мм против 0,8...1,2 В/мм в плазме аргона, обусловливает высокое напряжение на дуге (рис.
2.55, б). Вольтамперные характеристики 11/-дуги в гелии и других инертных газах (аргоне, неоне, криптоне, ксеноне) приведены на рис. 2.56. Скачок вольт-амперной характеристики для гелия при 150 А связан, видимо, с переходом от дуги в парах титанового анода к дуге в ионизированном гелии.
Уникальность %-дуг среди газовых разрядов обусловлена тем, то они могут гореть при напряжениях меньших, чем потенциал нонизации проводящего газа. Низкое напряжение нн в коем случае ие обусловлено наличием в столбе металлических паров от электродов. з(/-дуга может гореть при (/д = 9...11 В, например в потоке аргона, имеющем потенциал ионизации 15,7 В и минимальный потенциал возбуждения 11,5 В.
В столбе дуги спектроскопическими исследованиями не обнаруживается каких-либо металлических паров. Очевидно, в этом случае благодаря высокой температуре происходит интенсивная термоионизация. Выше было показано, что при малых мощностях значительная доля энергии (до 40 %) может выделяться на катоде и лишь от 20 до 30 % — на аноде. Это связано с тем, что температура катода низка и на эмиссию требуется большая затрата мощности источника. С увеличением тока доля катодной теплоты уменьшается обычно до 25 % и даже до 8...12 %, а доля анодной теплоты достигает от 80 до 85 % общей мощности дуги.
Расход %-электрода при сварке на постоянном токе прямой полярности может значительно увеличиться прн слишком большом токе или при подключении его на обратную полярность, а также при недостаточной защите электрода инертным газом или возбуждении дуги касанием. Допускаемые плотности тока для %-электродов самые высокие на постоянном токе прямой полярности (от 20 до 2 30 А/мм ), примерно в 2 раза ниже на переменном токе и еще ниже (в 3 — 8 раз) — при сварке на постоянном токе обратной полярности. Для электродов в гелии допустима меньшая плотность тока, так как температура гелиевой плазмы выше, чем плазмы аргона, и теплопередача иа катод больше. С увеличением диаметра 1У-электродов допустимая плотность тока уменьшается обратно пропорционально. 2.11.4.
Дуга с полым неплавящимся катодом в вакууме Дуговой разряд с полым катодом (ДРПК) в вакууме применяется для сварки ответственных изделий из химически активных металлов и сплавов. Сварку ведут на постоянном токе прямой полярности, от источника с крутопадающей внешней характеристикой. Процесс сварки осуществляется стабильно в диапазоне давле- !27 — 2 ний в камере от 1 до 1О Па при 2 3 40 подаче (через полость катода) аргона 1...2 мг!с (2...4 л/ч).
Согласно классификации дуговых режимов работы ДРПК, используемый для сварочных процессов О 40 80 120 1 А (рис 257) относится к так назыРие. 257. Зависимость формы ваемому нормальному режиму вольт-амперных характеристик (1> 10 А, подача аргона через по- ДРПК от ллины лугового пРоме- лость катода 6 > 0,05 мг(с, давлежутка (И, = 0,4 см, 6 = 1,2 мг/с): 4 ние в камере Р„ь 1О Па).
Характерной особенностью нормального режима является значительное проникание плазмы разряда в полость катода и немо- Т„ К потопное распределение температуры по длине катода с максиму- 7; '" мом, расположенным на некото- А В ром расстоянии г от выходного 2000 торца катода (рис. 2.58). Участок вблизи максимума температуры 1ООО нагрева полого катода принято г называть активной зоной (АЗ). Наблюдения за положением АЗ показали, что в случае измеРис. 2.58.
Распределение темпе- пения какого-либо из параметров ратуры по длине полого катода, режима ДРПК происходит увели- работающего в нормальном ре- чение статического давления р жиме перед входом в полый катод (например, увеличение подачи плазмообразующего газа или тока) и АЗ смещается в сторону его выходного сечения. Вместе с тем статическое давление р в АЗ практически не зависит от этих пара- О, В 20 метров и изменяется в диапазоне р = 900...1100 Па.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
