УП ФОИЭС (841336), страница 18
Текст из файла (страница 18)
При горении дуги «электрод — кромrка» столб ее оказывается направленным поперек поля H , что и вызывает вращениеrдуги. Частота вращения n пропорциональна H и току дуги и достигает обычно нескольким тысяч оборотов в минуту. Сварка изделия происходит за несколько секунд,что соответствует 100…1000 оборотам дуги. Использование вращающейся дугивесьма упрощает аппаратуру.Применяют также не стержневой, а фигурный неплавящийся электрод, формакоторого соответствует конфигурации свариваемой кромки.
Сдвиг электрода относительно кромок изделия должен обеспечить взаимодействие столба дуги с поперечным магнитным полем. Фигурным медным электродом удается сваривать деталипроизвольной формы, что весьма перспективно при массовом производстве такихизделий, как конденсаторы, герметизированные изделия автоматики и т. д.Способ сварки кольцевых швов труб вращающейся «бегущей» дугой заключается в том, что на концы труб надеваются две катушки, включенные встречно (рис.2.43). Благодаря этому в зазоре между трубами создается радиальное магнитное поле В (В = µа Н).
Если между торцами труб зажечь дугу, то на нее будет действоватьтангенциальная сила. Движение дуги вначале ограничивается той скоростью, с которой может перемещаться по поверхности холодной трубы катодное пятно. По мереразогрева торцов скорость движения vсв возрастает, достигая весьма больших значений. После выключения дуги осуществляется осадка.Рис. 2.42. Схема сварки трубы в трубную доску вращающейся «конусной» дугойРис. 2.43. Схема стыковой сварки трубвращающейся «бегущей» дугойВоздействие магнитогидродинамических явлений на ванну расплавленного металла можно использовать не только для регулирования глубины проплавления (см.рис. 2.41), но и для управления положением ванны в зазоре стыка.
Для этого необходимо создать в металле вертикальные объемные силы, что вполне осуществимо.Поперечное внешнее магнитное поле позволит также управлять формированием швав разных пространственных положениях. При многодуговой сварке в одну ванну итрехфазной сварке магнитогидродинамические эффекты даже при отсутствии внешнего поля могут существенно расширить технологические возможности процесса.Магнитное воздействие на ванну эффективно также при электрошлаковом и другихметодах сварки.772.8. Перенос металла в сварочной дуге2.8.1.
Виды переноса металлаВ зависимости от условий сварки — сварочного токаI и его плотности j, формыкривой тока и т. д. — можно назвать пять основных видов переноса электродного металла в дуге с плавящимся электродом (табл. 2.4).Характер переноса металла оказывает значительное влияние на устойчивостьпроцесса, разбрызгивание металла, формирование шва и интенсивность металлургических процессов в дуге и ванне. В большинстве случаев, особенно при механизированных процессах сварки, предпочтителен струйный перенос, обеспечивающийлучшее формирование и качество шва.Перенос наблюдают обычно при помощи скоростной киносъемки или съемки врентгеновских лучах синхронно с осциллографированием.Силы в дуге.
Изменение размеров капель и типа переноса металла зависит отсоотношения сил, действующих на жидкую каплю на торце электрода. Основные изних: силы тяжести; силы поверхностного натяжения; электромагнитные силы в жидком проводнике; силы реактивного давления паров; электростатические силы; силыдавления плазменных потоков и др.Силы тяжести способствуют переносу металла при сварке в нижнем положении и препятствуют при сварке в потолочном. Они оказывают наибольшее влияниена перенос электродного металла при сварке на малых токах, когда электродинамические силы еще сравнительно невелики.Таблица 2.4. Основные виды переноса металла при дуговой сваркеВид переносаТиповые примерыКрупнокапельный с замыкаРучная дуговая сварка покрытыминиями дугового промежуткаэлектродами при j ≤ 102 А/мм2Мелкокапельный с замыканияМеханизированная сварка в СО2ми дугового промежуткаМелкокапельный без замыка- Сварка под флюсом при j > 103 А/мм2.ний дугового промежуткаСварка в инертных газах тонкойСтруйныйпроволокой при j > 103 А/мм2Парами металлаПри всех видах сварки плавящимисяэлектродами — как дополнение к другим видам переносаСилы поверхностного (межфазного) натяжения придают каплям жидкости сфероидальную форму, удерживают капли на «потолке», втягивают капли металла вжидкую сварочную ванну.Силы поверхностного натяжения создают внутри капли жидкости радиуса R избыточное давление(2.97)Δpп.н.
= 2α/RГде α—коэффициент поверхностного натяжения, который равен отношению силы ΔF, действующей на границу поверхностной пленки жидкости, к длине этой границы Δl, т. е.α = ΔF/Δl.(2.98)78Значения коэффициента поверхностного натяжения α для различных материалов приведены ниже:Материал Mg ZnAl Cu FeСтальСварочный шлак*18-8α ,Н/м. 0,65 0,77 0,9 1,15 1,22 1,51 2,252,68 1,10/2,500,3-0,4(*Числитель – с содержанием азота 0,02%, знаменатель – 0,23%.)Чем меньше α, тем мельче капли жидкости и вероятнее переход к мелкокапельному и струйному переносу металла.Соприкосновение жидкого металла с газами и шлаками может изменить его поверхностное натяжение. Например, кислород снижает поверхностное натяжение стали, поэтому при сварке в инертных газах в смесь добавляют до 5% кислорода.
Поданным И.К.Походни и А.М.Суптеля, при сварке на обратной полярности анодноепятно стабильно на торце жидкой капли и с увеличением тока его плотность остаетсяпостоянной, а размер пятна растет. Поэтому перегрев капли и ее кипение наступаютпри меньших токах, чем на прямой полярности, когда катодное пятно беспорядочноперемещается. При увеличении плотности тока, например при j > 20 А/мм2 , можетнаблюдаться так называемый электрокапиллярный эффект, сопровождающийся понижением α и способствующий струйному переносу металла.Электромагнитные силы пинч-эффекта сильно влияют на перенос металла,особенно при больших токах, когда они способствуют появлению плазменных потоков от мест сужения столба.
Поэтому, например, в слаботочных дугах, где эти силымалы, преобладает крупнокапельный перенос, а в сильноточных — струйный. Появлению струйного переноса способствует также перегрев капель, который достаточновелик при сварке, особенно на обратной полярности.Струйный перенос особенно характерен для газоэлектрической сварки. Он сопровождается образованием конуса жидкого металла на конце электрода. При этомсредний размер капель монотонно уменьшается с увеличением тока примерно по гиперболической кривой. При некотором значении тока, называемом критическим, которое при сварке на обратной полярности ниже, чем на прямой, капельный переносметалла переходит практически в струйный (рис.
2.44). Охват дугой конца электродаспособствует струйному переносу металла.Реактивные силы давлением паров, обычно противодействуют начальному обрыву капли. Если реактивные силы имеют взрывной характер, то они могут сильнозатруднить переход к струйному переносу. При сварке на обратной полярности реактивное давление паров меньше, чем на прямой (так как Uа < Uк), и струйный переносметалла возникает при меньших силах тока.
В.И.Дятловым определена, например,реактивная сила истечения паров, действующих на каплю металла при сварке в среде СО2 проволокой Св.08. Оказалось, что так же, как и сила давления паров на ванну,она пропорциональна квадрату сварочного токаF = kI2,TiMoW(2.99)79где коэффициент k ≈ (1…5)·10-7 Н/А2 —для прямой полярности и обычно k <3·10-8 Н/А2 — для обратной полярности.Электростатические силы возникают вследствие большого градиентапотенциала (напряженности поля) в переходных областях дуги, особенно укатода, где Е может достигать 104…106В/мм. В столбе дуги Ест << Ек (в тысячираз), поэтому создается разность давлений и течение газа от катода (илианода) в столб дуги становится подобным «электрическому ветру» с заряженного острия.Рис.
2.44. Схемы перехода крупнокапельного переноса металла в струйный: а - малая плотность тока; б – средние значенияплотности тока; в – плотность тока вышекритической (dэ, dс – диаметры электрода истолба дуги)Разность давлений может быть оценена по формуле, аналогичной формуле (2.95)для магнитного давленияΔр = ркат – рст = [εо/8π)](Е2кат – Е2ст),(2.100)где εо ≈ 8,85·10-12 А·с/(В·м) – электрическая постоянная.Давление Δр достигает значений 10…100 Па. Например, электрическое поле высокойнапряженности может деформировать металл сварочной ванны, вытягивая его в виде конуса от катода к аноду при сварке на токе обратной полярности.При сварке в среде молекулярных газов (азот, углекислый газ) практически получить струйный перенос металла очень трудно. Это можно объяснить «стягиванием» пятна на поверхности капли (см. рис.
2.44, а) и увеличением степени сжатия сварочной дуги из-за охлаждения ее при образовании «стержня диссоциации», которыйв этих газах появляется при сравнительно низких температурах.Силы давления плазменных струй также могут сильно влиять на перенос металлав дуге. В некоторых случаях, например в Ме-дугах, мощная катодная струя к изделиювызывает отраженную анодную струю, которая, как отмечалось выше, может охватывать катодную струю. Такая анодная струя затрудняет перенос металла, вызываясдвиг капли металла в сторону или даже подъем ее над уровнем торца катода.
Этоособенно заметно, если катодная струя дуги не охватывает электрод (как на рис.2.44,а), а стягивается в катодном пятне на его конце, как, например, при сварке в СО2.2.8.2. Импульсное управление переносом металла в дугеЧтобы сделать перенос металла мелкокапельным или струйным, обычно требуются большие токи, особенно при сварке на прямой полярности. Электромагнитные силы пропорциональны квадрату тока, поэтому, подавая периодически кратковременные импульсы увеличенного тока Iп >> Iб (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
