УП ФОИЭС (841336), страница 19
Текст из файла (страница 19)
2.45), можно обеспечить мелкокапельный перенос металла порциями с частотой воздействия импульсов. При этом внесколько раз уменьшается нижний допустимый предел Iб сварочного тока. Основными параметрами импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом помимо известных параметров процесса сварки являются амплитуда импульса Iп длительности80импульса tи, паузы tп и цикла, tц = tи + tп, частота импульсов f = 1/tц, ток в промежуткахмежду импульсами – базовый ток Iб.В свою очередь импульсные параметры могут быть подобраны длякаждой скорости подачи проволоки так,что с каждым импульсом будет переноситься только одна капля присадочногометалла.
В результате можно получитьхорошо управляемую дугу без брызг вовсех диапазонах тока, обеспечиваюРис. 2.45. Осциллограммы тока и на- щую процесс формирования высококапряжения на дуге при импульсно-дуговойчественных швов в разныхсварке плавящимся электродомпространственных положениях. Такое управление сварочным процессом называетсясинергетическим.Синергетическая импульсная сварка плавящимся электродом достаточно полнореализуется при использовании инверторных источников питания, обеспечивающихуправление длительностью импульса и паузы в интервале 1 мс .. 5 с при частотепульсаций до 300 Гц и выше.
Импульсное управление переносом металла позволяетвлиять также и на металлургию процесса, регулируя выгорание (окисление) отдельных элементов.2.9. Сварочные дуги переменного тока2.9.1. Особенности дуги переменного токаПо сравнению с дугой постоянного тока дуга переменного тока имеет следующие главные особенности.Каждый полупериод, т.е. 0,01 с при f = 50 Гц, электрический ток в дуге меняетсвое направление, а напряжение — полярность.
Катод и анод меняются местами, икаждый полупериод дуга возбуждается вновь. Кривые тока и напряжения дуги несинусоидальны.Повторное возбуждение дуги облегчается остаточной термоэлектронной эмиссией электродов или остаточной ионизацией дугового промежутка. Если ионизациянедостаточна, то в каждом полупериоде существует пик зажигания Uз > Uд. Дуга повторно возбуждается, если соблюдается соотношение Umsinψ ≥ Uз. Угол ψ сдвига фазмежду напряжением U и током I источника питания зависит от величины сопротивления дуги, а также индуктивного и активного сопротивлений цепи дуги.Фазу ψ, при которой возбуждается дуга, можно найти из соотношенияψ = arcsin U з / U m .(2.101)Поскольку амплитуда напряжения источников питания Um ограничена соображениями безопасности, уменьшать ψ можно только путем снижения пика зажиганияUз.Дуга переменного тока может гореть не весь полупериод, а только часть его.Время перерыва в горении дуги обычно тем больше, чем меньше время существования остаточной термоэмиссии с электродов, чем быстрее происходит распад плазмыстолба, чем длиннее дуга и хуже динамические свойства источника питания.812.9.2.
Вентильный эффектВ связи с изменяющимися условиями существования дуги переменного тока наэлектродах (различие в работах выхода ϕ1 и ϕ2, разные температуры Тпл и Ткип, разные формы электродов и разный теплоотвод от них) возможна асимметрия токов инапряжений в разные полупериоды горения дуги — так называемый вентильный эффект (рис. 2.46).Например, при аргонодуговой сварке алюминия вольфрамовым электродом относительная асимметрия токов ΔI = IW –IAl может достигать 50% и более от значенияIW.
В этом случае стационарная термоэлектронная эмиссия с W-катода и его остаточная эмиссия значительно больше, чем с «холодного» Al-катода по трем основнымпричинам:1) Tплw ≈ 4000 К >> Т плAl ≈ 950 К;2) катодное падение напряжения U кAl значительно больше, чем U кw ;3) теплоотвод в массивное алюминиевое изделие больше, чем в W-стержень.Вентильный эффект обычно ухудшает стабильность процесса, формированиешва, чистоту поверхности, прочностные свойства соединения. Кроме того, постоянная составляющая вредно сказывается на работе сварочных трансформаторов иуменьшает катодное распыление на алюминиевом изделии. Для уменьшения постоянной составляющей включают конденсаторы, аккумуляторы или другие устройства,компенсирующие вентильный эффект.Рис.
2.46. Ассиметрия токов и напряжений в дуге W-Al (вентильныйэффект): а – схематизированная осциллограмма; б – схема питания электрода при смене полярности822.10. Сварочные дуги с плавящимся электродомРаспределение энергии в сварочных дугах, их энергетическая структураопределяются рядом факторов, главнейшие из которых следующие два:1) состав плазмы, размеры и условия стабилизации столба дуги;2) материал, размеры и форма электродов (особенно катода).Кроме того, большое влияние оказывает режим сварки: плотность тока, его значение, полярность, наличие импульсов, их амплитуда и частота, динамические характеристики источника питания и т.
п. Все эти факторы взаимосвязаны.Основные технологические применения Ме-дуг — сварка и резка плавящимсяэлектродом. Me-дуги используют при сварке электродами без покрытия, покрытыми ипорошковыми электродами и проволоками, при сварке под флюсом и в защитных газах (СО2, Аr, Не), а также при сварке в вакууме.Защитные среды для металлических дуг в большинстве случаев обеспечиваютширокие возможности регулирования металлургических процессов при сварке.2.10.1.Ручная дуговая сварка электродами с покрытиямиРучная дуговая сварка Ме-дугой ведется обычно электродами диаметром 2-6мм на постоянном и переменном токах 100-300 А при плотностях тока по сечениюэлектрода j < 20 А/мм2 в любом пространственном положении. Широко применяютсяэлектроды с качественными обмазками (покрытиями), поэтому поверхность катодапредлагается рассматривать как сложную систему из расплавленного металла ишлаковых пленок.
Перенос металла в дуге крупнокапельный, обычно с короткими замыканиями. КПД дуги составляет около 75%. Анализ энергетической структуры такихдуг показывает, что мощность в столбе дуги составляет примерно от 7 до 30% общеймощности дуги (табл. 2.5).Т а б л и ц а 2.5. Энергетическая структура некоторых Ме-дугМатериал U , ВдпокрытияМраморБез покрытияПлавиковыйUк +UaLд.ср ммЕ, В/мм Uст , ВВUст /Uд,%Lразр,мм17,012,01,005,05,029,415,721,216,01,453,65,324,88,434,231,82,361,02,47,05,3шпатОстальная мощность выделяется в приэлектродных областях.
Значение Uк + Uаопределяли из опытов экстраполированием прямой по уравнению Айртона Uд = a + bl(рис. 2.47).Важным фактором при ручной сварке является устойчивость дуги. На устойчивость дуги оказывают влияние внутренние условия в самой дуге (состав и свойстваплазмы) и внешние условия — статические и динамические свойства источника питания, и свойства электрической цепи, определяющие в большой мере переходныепроцессы в дуге.
Наиболее известна оценка устойчивости дуги по ее разрывной длине lразр. Чем больше разрывная длина дуги, тем выше ее устойчивость (см. табл. 2.5).Многие авторы указывают, что введение в дугу элементов с низким потенциалом Ui (в первую очередь щелочные) повышает ее устойчивость. Введение таких элементов облегчают возбуждение дуги, горение ее на переменном токе, а также стаби-83стабилизируют положение катодного пятна и изменяют характер разряда на постоянном токе. При достаточной концентрации этих элементов можно получать диффузионную привязку дуги на катоде, что существенно влияет на характер плавления и переноса электродного материала.Считается, что пары легкоионизируемых элементов попадают в столб дуги иповышают степень ионизации в нем. Объяснение действия элементов-ионизаторовможно связать с воздействием их на работу выхода катода, поскольку значение φтесно связано с потенциалом ионизации. Пары веществ-ионизаторов попадают в зону катода, понижают его работу выхода, что снижает катодное падение, повышаетэлектропроводность катодной области и устойчивость дуги в целом.
Анодное падение мало изменяется и составляет в Ме-дугах, как уже отмечалось, 2,5 ± 0,5 В.При уменьшении Uк + Uа увеличивается градиент напряжения в дуге (рис. 2.48).Это, например, облегчает сварку на автоматах с регуляторами напряжения дуги.Рис. 2.48. Зависимость градиента напряжения (продольной напряженностиРис. 2.47. Прямая Uд = a + blд иэлектрического поля) Е в столбе дугисхема определения Uк + Uаот суммы катодного и анодного падений потенциала Uк + UаВведение элементов-ионизаторов приводит к уменьшению мощности, выделяемой вприэлектродных областях, и к увеличению доли энергии, затрачиваемой в столбе дуги. Производительность расплавления при этом обычно снижается.2.10.2. Сварка под флюсомДуга под флюсом отличается от свободной (открытой) сварочной дуги в первуюочередь тем, что газовый разряд происходит в изолированном расплавленным шлаком пространстве.
Наличие газового пузыря обусловливает повышение давления внем, например, около 3 кПа при токе порядка 500 А.Флюсовая защита позволяет значительно повысить по сравнению со сваркойоткрытой дугой токи Iсв (до 1000 А и более), мощность дуги и плотность тока на электродах jсв (до 200 А/мм2 и выше).Высокая плотность тока, избыточное давление, некоторое шунтирование дугифлюсом и присутствие во флюсе ионизирующих компонентов обеспечивают высокуюустойчивость процесса сварки. Практически отсутствует разбрызгивание металла,шов хорошо формируется.Высокая плотность тока обусловливает возрастание вольт-амперной характеристики дуги, что позволяет применять источники питания с жесткой или пологойвнешней характеристикой (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
