Зоны - Страница 3

Способы дуговой сварки - Зоны

Подробности

В установившейся сварочной дуге (см. рис. 7, г) различают три зоны: катодную /, анодную 3 и столба дуги 2. Катодная зона длиной около 10~б см начинается с раскаленного торца катода, на котором расположено так называемое катодное пятно. Отсюда вылетает поток свободных электронов, осуществляющих ионизацию дугового промежутка. Плотность тока на катодном пятне достигает 60 ... 70 А/мм*. К катоду устремляются потоки положительных ионов, которые бомбардируют его и отдают ему свою энергию, вызывая нагрев до температуры 2500-3000° С. Анодная зона расположена у торца положительного электрода, в котором выделяется небольшой участок, называемый анодным пятном. К анодному пятну устремляются и отдают свою энергию потоки электронов, накаляя его до температуры 2500 ... ...4000° С. Столб дуги, расположенный между катодной и анодной зонами, состоит из раскаленных и ионизированных частиц. Температура в этой зоне достигает 6000 ...7000° С в зависимости от плотности сварочного тока. В начальный момент для возбуждения дуги необходимо несколько большее напряжение, чем при ее последующем горении. Это объясняется тем, что при возбуждении дуги воздушный зазор неднентов покрытий подробно изучал К. К. Хренов. Значения максимальной длины дуги при обрыве, полученные им во время испытаний некоторых веществ, приведены в табл. 1. Опыты проводились на переменном токе с применением непокрытых стальных электродов диаметром 4 мм. Испытываемое вещество перед зажиганием дуги насыпалось на планку. Из этой таблицы видно, что наиболее благоприятно влияют на устойчивость дуги красная кровяная соль, поташ, сульфат натрия, мел, титановая руда. Положительное влияние этих веществ объясняется содержанием в них элементов с низким потенциалом ионизации — калия, кальция, титана. Некоторые вещества, например окись алюминия, каолин, песок, бура не поддерживают или даже затрудняют горение дуги. Ухудшает устойчивость также влага, содержащаяся в покрытиях.остаточно нагрет и степень ионизации недостаточно высокая. В связи с этим необходимо большее напряжение, способное сообщить свободным электронам достаточно большую энергию, чтобы при их столкновении с атомами газового промежутка могла произойти ионизация. Увеличение концентрации свободных электронов в объеме дуги приводит к интенсивной ионизации дугового промежутка, а отсюда к повышению его электрической проводимости. Вследствие этого напряжение тока падает до величины, необходимой для устойчивого горения дуги. Зависимость напряжения дуги от величины тока в сварочной цепи называют статической вольтамперной характеристикой дуги. Эта зависимость графически представлена на рис. 8. Вольтамперная характеристика дуги (рис. 8, а) ![CDATA[ google_ad_client = в зависимости от разрядного тока при различных условиях имеет три области: падающую /, жесткую 2 и возрастающую 3. В области 1 (до 100 А) с увеличением тока величина напряжения значительно уменьшается. Это происходит в связи с тем, что при повышении тока увеличивается поперечное сечение, а следовательно, и проводимость столба дуги. В области 2 (100 ... 1000 А) при увеличении тока величина напряжения сохраняется постоянной, так как сечение столба дуги и площади анодного и катодного пятен увеличивается пропорционально току. Область характеризуется постоянством плотности тока. В области 3 увеличение тока вызывает возрастание напряжения вследствие того, что увеличение плотности тока выше определенного значения не сопровождается увеличением катодного пятна из-за ограниченного сечения электрода. Поэтому напряжение на дуге возрастает. Дуга области 1 горит неустойчиво и поэтому имеет ограниченное применение. Дуга области 2 горит устойчиво и обеспечивает Я нормальный процесс сварки. Вольтамперная характеристика дуги (рис. 8, б) при ручной дуговой сварке низкоуглеродистой стали представлена в виде кривых а и б. Кривые гид относятся к автоматической сварке под флюсом при высоких плотностях тока. 90 120 150 180 210 240 270 300 Рис. 8 Напряжение тока, необходимое для возбуждения дуги, зависит от рода тока (постоянный или переменный), величины дугового промежутка, материала электрода и свариваемых кромок, покрытия электродов и ряда других факторов. Значения тех напряжений тока, при которых обеспечивается возникновение дуги при величине дугового промежутка, равной 2...4 мм, находятся в пределах 40 ... 70 В. Напряжение тока (В) для установившейся сварочной дуги может быть определено по формуле где а коэффициент, по своей физической сущности составляющий сумму падений напряжений в зонах катода и анода, В; b - коэффициент, выражающий среднее падение напряжения на единицу длины дуги, В/мм; /д - длина дуги, мм. Длиной дуги называется расстояние между торцом электрода и поверхностью ванны расплавленного металла на свариваемой детали. «Короткой» дугой называют дугу длиной 2 ... 4 мм. Длина «нормальной» дуги составляет 4 ... 6 мм. Дугу длиной более 6 мм называют «длинной». Оптимальный режим сварки обеспечивается при короткой дуге. При длинной дуге процесс протекает неравномерно, дуга горит неустойчиво, металл, проходя через дуговой промежуток, больше окисляется и азотируется, увеличивается угар и разбрызгивание металла.

Электрическую сварочную дугу считают гибким газовым проводником, по которому протекает ток, так как дуга может быть отклонена от своего нормального положения. Отклонение дуги производится при помощи магнитных полей, создаваемых вокруг дуги и в свариваемой детали. Эти поля действуют на движущиеся заряженные частицы и тем самым оказывают воздействие на всю дугу. Такое явление принято называть магнитным дутьем. Воздействие магнитных полей на дугу прямо пропорционально квадрату силы тока и достигает заметного значения при сварочных токах более 300 А. Магнитные поля оказывают

свариваемой детали и наклона электрода на отклонение дуги. Наличие вблизи сварочной дуги значительных ферромагнитных масс нарушает симметричность магнитного поля дуги и вызывает отклонение дуги в сторону этих масс. Магнитное дутье в некоторых случаях затрудняет процесс сварки, и поэтому принимаются меры по снижению его действия на дугу. К таким мерам относятся: сварка короткой дугой, подвод сварочного тока в точке, максимально близкой к дуге, наклон электрода в сторону действия магнитного дутья, размещение у места сварки ферромагнитных масс. В сварочной дуге, питаемой переменным током, анодное и катодное пятна меняются местами с частотой, равной частоте тока. С течением времени напряжение и ток периодически изменяются от нулевого значения до наибольшего. Изменение тока и напряжения в дуге, питаемой переменным током за один период показаны на рис. 10, где Ux x - напряжение зажигания дуги. Вследствие изменения напряжения и тока меняются температура дуги и степень ионизации газовой среды зоны дуги. Это приводит к неустойчивому горению дуги. При нулевых значениях напряжения ток в дуге прекращается, дуга гаснет. Чтобы поддержать горение такой дуги, необходимо большее напряжение, чем при постоянном токе. Кроме того, для устойчивости горения дуги при переменном токе применяют электродные покрытия и флюсы, содержащие легко ионизирующие компоненты (калий, натрий, кальций и др.), которые увеличивают количество заряженных частиц в объеме дуги и способствуют устойчивому горению дуги. Важное значение имеет сдвиг фаз между напряжением и током: необходимо, чтобы при переходе тока через нулевое значение величина напряжения была достаточна для возбуждения дуги. Тепловые свойства дуги Энергия мощных потоков заряженных частиц, бомбардирующих катод и анод, превращается в тепловую энергию электрической дуги. Суммарное количество теплоты Q, выделяемое дугой на катоде QK, аноде Qa и в столбе дуги Qc, может быть определено по формуле (MlUt Дж (Q = 0,24/67 кал), (2) где / - сварочный ток, A; U - напряжение дуги, В; t - время горения дуги, с. При питании дуги постоянным током (рис. 11) наибольшее количество теплоты выделяется в зоне анода. Это объясняется тем, что анод подвергается более мощной бомбардировке заряженными частицами, чем катод, а при столкновении частиц в столбе дуги выделяется меньшая доля общего количества теплоты. При сварке угольным электродом температура в катодной зоне достигает 3200° С, в анодной - 3900° С, а в столбе дуги среднее значение температуры составляет 6000° С. При сварке металлическим электродом температура катодной зоны составляет около 2400° С, а в анодной зоне - 2600° С. Разная температура катодной и анодной зон и разное количество теплоты, выделяющееся в этих зонах, используются при решении технологических задач. При сварке деталей, требующих большого подвода теплоты для прогрева кромок, применяют так называемую прямую полярность, при которой анод (плюсовая клемма источника тока) подсоединяют к детали, а катод (минусовая клемма источника тока) - к электроду. При сварке тонкостенных изделий, тонколистовых конструкций, а также сталей, не допускающих перегрева (нержавеющие, жаропрочные, высокоуглеродистые и др.), применяют сварку постоянным током обратной полярности. В этом случае катод подсоединяют к свариваемой детали, а анод - к электроду. При этом не только обеспечивается относительно меньший нагрев свариваемой детали, но и ускоряется процесс расплавления электродного материала за счет более высокой температуры анодной зоны и большего подвода теплоты. Полярность клемм источника постоянного тока может быть определена с помощью раствора поваренной соли (половина чайной ложки соли на стакан воды). Если в такой раствор опустить провода от клемм источника тока, то у отрицательного провода происходит бурное выделение пузырьков водорода. При питании дуги переменным током различие температур катодной и анодной зон и распределение теплоты сглаживаются вследствие периодической смены катодного и анодного пятен с частотой, равной частоте тока. Практика показывает, что в среднем при ручной сварке только 60 ... 70% теплоты дуги используется на нагревание и плавление металла. Остальная часть теплоты рассеивается в окружающую среду путем излучения и конвекции парами и нагретыми газами. (3) Количество теплоты, используемое на нагрев и плавку свариваемого металла в единицу времени, называется эффективной тепловой мощностью дуги Щ. Она равна полной тепловой мощности дуги, умноженной на эффективный коэффициент полезного действия нагрева металла дугой г): Qa = IUr\ Вт (1 0,24/?/т) кал/с). Величина зависит от способа сварки, материала электрода, состав электродного покрытия и других факторов. При ручной дуговой сварке электродом с тонким покрытием или угольным электродом составляет 0,5 ... 0,6, а при качественных электродах - 0,7 ... 0,85. При аргонодуговой сварке потери теплоты значительны (т] = 0,5 ... ... 0,6). Наиболее полно используется теплота при сварке под флюсом (г) = 0,85 ... 0,93). Для характеристики теплового режима процесса сварки принято определять погонную энергию дуги, т. е. количество теплоты, вводимое в металл на единицу длины однопроходного шва, измеряемое в Дж/м (кал/см). Погонная энергия равна отношению эффективной тепловой мощности к скорости сварки v:

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

   
© ALLROUNDER