Свойства сварочной дуги - Страница 28

Способы дуговой сварки - Свойства сварочной дуги

Подробности

СВОЙСТВА СВАРОЧНОЙ ДУГИ И ТРЕБОВАНИЯ К ИСТОЧНИКАМ ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ

 

СТРОЕНИЕ СВАРОЧНОЙ ДУГИ ПОСТОЯННОГО ТОКА И ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ В НЕЙ

Сварка является технологическим процессом получения неразъемных соединений как металлических, так и неметаллических изделий. Различают сварку давлением и сварку плавлением. Наибольшее распространение получила электрическая сварка плавлением, в которой ведущее место занимает дуговая сварка. Физический процесс дуговой сварки основан на прохождении электрического тока большой плотности через газовый промежуток. Этот процесс впервые описан русским ученым В. В. Петровым (1802 г.) и получил название дугового разряда.

В зависимости от физико-химических свойств свариваемых металлов и технологических требований, обеспечивающих необходимое качество сварных изделий, применяют следующие виды дуговой сварки: покрытым электродом, под флюсом и в среде защитного газа. Дуговой разряд возбуждается и поддерживается энергией, получаемой от источника питания постоянного или переменного тока.

При рассмотрении физического процесса дуговой сварки применяют каналовую модель, в соответствии с которой сварочную дугу изображают в виде цилиндра, опирающегося своим нижним основанием на изделие. По внешним признакам сварочную дугу практически невозможно разделить на какие-либо конкретные зоны, так как вся область между электродом и изделием, называемая дуговым промежутком, представляет собой светящийся ионизированный газ. Вместе с тем в контактных областях: электрод — ионизированный газ — изделие находятся промежуточные слои газа, температура которых значительно ниже температуры ионизированного газа. Поэтому условно дуговой промежуток представляют тремя участками: столб дуги и две приэлектродные области.

Столб дуги — это ионизированный газ, который содержит атомы газов, паров, нейтральные молекулы, свободные электроны и положительные ионы. Количество отрицательных ионов при применяемых способах сварки очень мало. Свободные электроны движутся к аноду, а положительные ионы —- к катоду. Столб дуги считается квазинейтральным, так как в каждом сечении столба дуги имеется равное количество отрицательно и положительно заряженных частиц. При движении заряженных и нейтральных частиц в столбе дуги происходит их соударение, что вызывает ионизацию газа столба дуги. Степень ионизации

газа очень мала и определяется температурой столба дуги, потенциалами ионизации и возбуждения компонентов газовой смеси и паров, находящихся в дуговом промежутке. Газ с малой степенью ионизации называют низкотемпературной плазмой. Температура столба дуги по его продольной оси составляет более 6000 °С.

Области сварочной дуги, прилегающие к электроду и изделию, называют приэлектродными областями. Приэлектродная область, прилегающая к аноду (положительный полюс), называется анодной, а область, прилегающая к катоду (отрицательный полюс), называется катодной. Длина приэлектродных областей составляет 1 (10 5 -Ч- 107) м.

В приэлектродных областях происходит концентрация заряженных частиц, приводящая к возникновению объемного заряда. Создание объемного заряда вызывает резкое изменение напряженности электрического поля в приэлектродных областях. Распределение падения напря¬жения по длине дугового промежутка (напряжения дуги) зависит от физических условий, в которых горит сварочная дуга, и является суммой падения напряжений в приэлектродных областях и столба дуги (рис. I):

где U, — падение напряжения на сварочной дуге; UK — падение напряжения в приэлектродной области катода; UCT — падение напряжения в столбе дуги; Ua — падение напряжения в приэлектродной области аноде.

Для сварочной дуги при плавящемся электроде характерно UK"> Ua и С/к —f- ?/а> Ucx. Теплота, выделяемая в приэлектродных областях, расходуется на нагрев и плавление электрода и изделия.

При сварке плавящимся электродом, в приэлектродных областях температура столба дуги снижается до температуры плавления и кипения метал ia изделия и электрода, а при сварке неплавящимся электродом — до температуры нагрева конца электрода. В приэлектродных. областях на поверхности катода и анода образуются активные пятна. Активное пятно катода является источником свободных электронов, а активное пятно анода — местом нейтрализации электронов. Через активные пятна катода и анода проходит весь ток сварочной дуги, и поэтому они наиболее нагреты.

При горении сварочной дуги у активных пятен катода и анода возникают потоки ионизированного газа, называемые плазменными. Причина их возникновения — испарение металла электрода и изделия. Плазменные потоки, обладая значительной тепловой мощностью, влияют на баланс энергии всех областей сварочной дуги. Кроме того, эти потоки

поддерживают перпендикулярное направление столба дуги относительно поверхности активных пятен катода и анода, определяя, при сварке глубину проплавления и высоту валика. Во время /strongгорения сварочной дуги активные пятна хаотично перемещаются по поверхности катода и анода, заставляя хаотично перемещаться в пространстве плазменные потоки. Это увеличивает анизотропию дугового промежутка.

При горении сварочной дуги происходит взаимодействие электрического и магнитного полей, в результате чего возникают электромеханические силы. Эти силы направлены от наружной поверхности дуги к ее оси и оказывают сжатие (пинч-эффект) столба дуги.

При сварке происходит отклонение сварочной дуги от оси. Это приводит к снижению качества сварных изделий, а в отдельных случаях — к браку. Отклонение сварочной дуги обусловлено неравномерностью напряженности магнитного поля в зоне сварного шва, вызванной различными причинами (подключение токоподвода к изделию вдали от оси сварочной дуги, наличие ферримагнитных масс вблизи сварочной дуги и т. д.). Это явление называется магнитным дутьем. Для снижения магнитного дутья необходимо правильно выбрать наклон электрода относительно сварного шва, применить перемещаемый токоподвод или временно разместить дополнительные ферримагнитные массы.

При сварке плавящимся электродом особое значение имеет закономерность переноса капель жидкого металла с электрода в сварочную ванну. Размер капель расплавленного металла, переходящего с электрода в сварочную ванну, зависит от плотности сварочного тока и напряжения дуги. При увеличении плотности сварочного тока происходит уменьшение размера капель жидкого металла, а их число увеличивается. При повышении напряжения дуги размер капель жидкого металла увеличивается, а их число уменьшается. Для уменьшения разбрызгивания металла при дуговой сварке плавящимся электродом сварку проводят на повышенных плотностях сварочного тока при относительно малых значениях напряжения дуги или применяют импульсный режим сварки.

Ограничение площади поперечного сечения столба дуги приводит к уменьшению площади активного пятна анода, зоны его перемещения и, как следствие, к увеличению концентрации! энергии и температуры в приэлектродной области анода. Сварочная дуга с ограниченной площадью поперечного сечения столба дуги называется сжатой. Уменьшают площадь поперечного сечения столба дуги соплом специальной конструкции. Изменяя напряжение дуги, скорость движения охлаждающего газа и диаметр сопла, получают необходимые режимы сварки или резки.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

   
© ALLROUNDER