УП ФОИЭС (841336), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Однако из равенства давлений рм = рт следует, что температура газа в столбе под влиянием пинч22 2эффекта будет повышаться пропорционально квадрату тока T = µ 0 I / (4 nk π R ) .2.7.2. Магнитное поле сварочного контура. Магнитное дутьеСварочная цепь электрод — дуга — изделие вместе с подводящими проводниками образует сварочный контур, магнитное поле которого может отклонять дугу в туили иную сторону. Это явление называется магнитным дутьем. Разность плотностеймагнитных силовых линий, сконцентрированных внутри и вне сварочного контура, образованного электродом и токопроводящей частью пластины, будет «выжимать» дугунаружу (рис.
2.36).Рис. 2.36. Влияние места подвода тока на отклонение дуги (магнитноедутье). Точками и крестиками обозначены магнитные силовые линии и их направление (точка – на нас, крестики – от нас): a, в - несимметричныйподвод тока; б - симметричный подвод тока.Меняя место подвода тока, можно регулировать отклонение дуги. Отклонение дугиможно регулировать также изменением угла наклона электрода к поверхности изделия (рис. 2.37).73Рис. 2.37. Влияние угла наклона электрода на отклонениедугиВ установившемся положении отклоняющая сила собственного магнитного поля(пропорциональная квадрату тока) будет уравновешиваться противодействующимисилами, вызванными «жесткостью» столба дуги.Для объяснения «магнитного распора» в контуре лучше всего воспользоватьсяпонятием магнитного давления, которое, согласно формуле (2.95), тем больше, чембольше напряженность Н.
Движение эластичного проводника—дуги будет происходить всегда только в сторону уменьшения плотности магнитных силовых линий Н.Наличие значительных ферромагнитных массвблизи дуги может вызвать ее отклонения, относимые также к магнитному дутью. Можно считать,что в ферромагнитной массе благодаря ее высокой магнитной проницаемости (например относительная магнитная проницаемость µ для Fe примерно в 104 раз выше, чем в воздухе) магнитныеРис. 2.38. Влияние ферромагнитныхмасс на отклонение дугисиловые линии контура «стремятся»сконцентрироваться. Вследствие этого магнитное давление со стороны ферромагнитной массы снижается и дуга отклоняется (рис.
2.38). Поэтому дуга может частоотклоняться в сторону заваренного шва или от кромки в сторону основной массы изделия. При рассмотрении магнитного дутья следует учитывать, что металл в ванне ивблизи неё нагрет выше точки Кюри и практически немагнитен.Все сказанное выше о магнитном дутье относится в основном к дуге постоянного тока. При сварке дугой переменного тока в металле изделия создается системазамкнутых вихревых токов. Вихревые токи создают собственную переменную магнитодвижущую силу, сдвинутую почти на 180° по фазе по отношению к сварочному току.
Результирующий магнитный поток контура оказывается значительно меньшим,чем при постоянном токе.При сварке под флюсом магнитное дутье обычно мало. Однако при сварке продольных швов труб из-за значительной ферромагнитной массы и замкнутого контуратрубы возникает поперечное магнитное поле, сдувающее дугу вдоль трубы. Изменяятокоподвод или наклон электрода, можно ликвидировать отрицательное влияниемагнитного дутья.2.7.3. Внешнее магнитное полеВнешнее магнитное поле по отношению к оси столба дуги может быть либо продольным, либо поперечным.
Все промежуточные случаи могут быть сведены к этимдвум.74Продольное внешнее магнитное поле. Направление продольного внешнегомагнитного поля совпадает с направлением электрического поля, поэтому на дрейфовое движение заряженных частиц магнитное поле влиять не будет. Однако электроны и ионы обладают еще скоростью хаотического теплового движения и скоростью амбиполярной диффузии.Магнитное поле с магнитной индукцией искривляет траекторию заряженнойчастицы и заставляет ее двигаться с так называемой циклотронной или ларморовской угловой частотой по спирали по ларморовскому радиусу r (2.89), (2.90)(2.96)ω = еВ/mе.11 -1Для электрона ω = 1,7·10 c при В = 1 Тл.
Он вращается по часовой стрелке.rЕсли смотреть по направлению поля, и его скорость образует с вектором B правовинтовую систему. Положительный ион вращается в обратном направлении с частотой, выраженной формулой (2.96), в которой отношение заряда к массе электронаследует заменить на аналогичную для иона.При движении по окружности путь l частиц между двумя соударениями в среднем такой же, как и при отсутствии магнитного поля. Но длина свободного пробега λизмеряется по прямой, т.
е. по хорде, стягивающей дугу окружности радиусом r. Значит, пробег λ уменьшается, что равносильно увеличению давления газа Δp. Отношение Δp/p пропорционально квадрату магнитной индукции поля В2, но для обычныхсварочных режимов невелико.В обычных сварочных дугах при атмосферном давлении наибольшее влияниепродольное внешнее магнитное поле оказывает на скорости диффузии ионов и электронов, которые направлены по радиусу от центра дуги к периферии туда, где меньше температура и концентрация (рис. 2.39).
В связи с тем, что скорости диффузии вквазинейтральном столбе дуги равны ve ≈ vi, а масса me « mi, импульсы, передаваемые нейтральным частицам от ионов, будут в тысячи раз больше, чем от электронов.Поэтому плазма столба дуги придет во вращательное движение, соответствующеедвижению в магнитном поле ионов. Столб дуги будет вращаться против часовойстрелки, если смотреть по направлению поля.Угловая скорость вращения максимальна в тех участках столба, где скоростидиффузии наибольшие. Действие электрического поля, которым пренебрегаем в рассуждениях, приводит к появлению осевой составляющей вектора скорости, из-за чегозаряженные частицы начинают двигаться по спирали.Продольное магнитное поле получают с помощью соленоида (рис.2.39, б) ииспользуют для придания дуге большей жесткости и устойчивости.
Воздействие продольного внешнего магнитного поля несколько повышает температуру в центре столба дуги в связи с тем, что появляется магнитное давление рм = µ0Н2/(8π), которое, какуказано выше, уравновешено давлением р т = nkT .Поперечное внешнее магнитное поле. При воздействии поперечного магнитного поля целесообразно рассматривать дугу как проводник с током. Поперечноемагнитное поле, накладываясь на собственное поле дуги в контуре, может вызватьее отклонение в ту или другую сторону (рис. 2.40). В той части сварочного контура,rrгде силовые линии B с о б и B п о п совпадают, создается избыточное магнитное давление и дуга отклоняется в сторону более слабого поля.75Рис. 2.39.
Действие продольного магнитного поля на дугу (а) исхема соленоида для создания продольного магнитного поля (б)Воздействуя поперечным магнитным полем на дуги и ванну расплавленного металла, при сварке под флюсом можно,например, изменить формирование шва(рис. 2.41). На металл ванны действуютобъемные силы F, пропорциональные,согласно уравнению (2.88), векторномупроизведению плотности тока j и индукrции магнитного поля B Под действиемРис.
2.40. Действие поперечного внешнегоэтих сил металл стремится «подтечь»магнитного поля на дугупод дугу (рис. 2.41,б), чему такжеспособствует отклонение дуги, и глубина проплавления уменьшается. Изменив направление внешнего магнитного поля на противоположное, можно увеличить глубинупроплавления.Рис. 2.41. Схема дуговой сварки под флюсом: а – без воздействия на дугу магнитным полем; б – с наложением поперечногомагнитного поля НЕсли использовать переменное поперечное внешнее магнитное поле, то дугапостоянного тока будет колебаться в обе стороны от положения равновесия с частотой изменения напряженности внешнего поля. Этот технологический прием получилназвание «метелка» и применяется, например, при сварке труб в трубную доску.2.7.4.
Вращающаяся дугаЭффект перемещения дуги в поперечном магнитном поле используется для еевращения с образованием конической или цилиндрической поверхностей.Вращающаяся «конусная» дуга применяется для сварки кольцевых швов малого диаметра, например соединения трубы с трубной доской (рис. 2.42), по оси которой труб располагается неплавящийся электрод. С помощью соленоида создается76магнитное поле, параллельное оси электрода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
