ГлавнаяЭлектродВиды переноса электродного металла

Типы переноса электродного металла и их применение. Виды переноса электродного металла


Типы переноса электродного металла и их применение

МЕЖДУНАРОДНЫЙ ИНЖЕНЕР-СВАРЩИК

При сварке плавящимся электродом открытой дугой перенос электродного металла представляет сложный процесс. Много факторов оказывает влияние на перенос: состав и свойства защитного газа, состав и свойства электродного металла, род тока и полярность, параметры режима сварки, вольт-амперная характеристика источника тока и его динамиче­ские свойства и др.

Можно выделить следующие виды переноса электродного металла:

- без коротких замыканий дуги и с короткими замыканиями;

- крупно-, средне-, мелкокапельный и струйный;

- без разбрызгивания и с разбрызгиванием.

Наиболее благоприятные условия для переноса электродного металла наблюдаются при сварке в инертных одноатомных газах аргоне и гелии. В аргоне имеет место два вида переноса: крупнокапельный без коротких замыканий с небольшим разбрызгиванием на докритическом токе и струйный на токе больше критического. Вид переноса влияет на форму проплавления Сварка со струйным переносом рекомендуется на металле средней толщины.

В гелии наблюдается капельный перенос с корот­кими замыканиями (к. з.) дупи (малые ток и напряжение) и без к. з. на повышенном токе и напряжении при незначи­тельном мелкокапельном разбрызгивании. Форма вали­ка в гелии имеет меньшую выпуклость, чем в аргоне, так как аргон повышает поверхностное натяжение в сталях.

Применение смеси Аг+Не позволяет использовать пре­имущества обоих газов.

При сварке в С02 имеют место перенос мелкокапельный с к. з. и небольшим разбрыз­гиванием, крупнокапельный с к. з. и без к. з. с большим разбрызгиванием. На больших токах, когда дуга погружается в основной металл, перенос становится мелкокапельным, разбрыз­гивание уменьшается (рис. 1.08.6), однако валик имеет чрезмерную выпуклость. Известно, что 02 понижает по­верхностное натяжение металла. По­этому его содержание в смеси с Аг обеспечивает мелкокапельный перенос с минимальным разбрызгиванием и вы­сокой стабильностью процесса Смеси Аг + 02, Аг + С02і Аг + С02 + 02 находят широкое применение при сварке низко - и высоколегированных сталей, так как обеспечивают снижение критического тока и повышение стабильности, умень­шение разбрызгивания и улучшение формирования шва, предупреждают пористость. С этой же целью применяют смесь С02 + О. Однако в этом случае тре­буется проволока с более высоким содержанием рас- кислителей. Следует также отметить снижение прива­ривания брызг при окислительной защите и увеличе­ние глубины проплавления (рис. 1.08.8).

Конструкция стыковых, тавровых, угловых и на - хлесточных соединений при сварке в защитных газах регламентируется стандартом ГОСТ 14771-76.

Стыковые соединения без скоса кромок сварива­ют за один проход в инертных газах толщиной 0.8-6 мм. в активных газах - 0.8-8 мм. В случае применения

аргона такие соединения можно сваривать со струйным переносом. При многопроходной сварке лучше применять варианты сварки с капельным переносом электродного металла, обеспечивающим эллиптическую форму провара.

б. Специальные способы сварки.

Импульсная дуговая сварка выполняется в аргоне или гении. С помощью импульсов обеспечивается управляемый перенос электродного металла в различных пространствен­ных положениях сварки.

Сварка в С02 проволокой большого диаметра (3, 4 мм) на токах до 1000 А позволяет увеличить скорость сварки до 100 м/час при небольшом разбрызгивании.

Сварка в С02 на форсированных режимах (плотность тока 350-450 А/мм2) увеличивает глубину провара, процесс осуществляется без разбрызгивания, однако валики чрезмерно выпуклые.

Сварка в вертикальном положении с принудительным формированием шва может выполняться сплошной проволокой в С02, порошковой или активированной проволоками. Металл толщиной 20-60 мм сваривается за один проход.

Сварка в смеси активных газов с увеличенным вылетом позволяет снизить разбрыз­гивание, уменьшить приваривание брызг и повысить производительность.

Сварка в узкую щелевую разделку возможна на металле толщиной до 300 мм. При этом можно исключить дорогостоящую термическую обработку после сварки.

Сварка порошковой проволокой под водой выполняется «мокрым» способом. Меха­низм подачи проволоки погружается к месту сварки, а источник тока находится на палубе судна.

Здоровье и безопасность

Основные вредные производственные факторы, которые могут воздействовать на сварщика при сварке в защитных газах:

1) выделение токсичных аэрозолей, в особенности при сварке порошковой проволокой:

2) скопление газов, имеющих плотность больше плотности воздуха;

3) взрыв баллонов, в которых начальное давление составляет Р=15 МПа;

4) излучение дуги;

5) поражение электрическим током;

6) взрыв во время ремонта сваркой емкостей и трубопроводов, в которых находились горючие материалы;

7) возникновение пожаров.

Гибкие производственные системы для сборочно-сварочных работ должны обеспечи­вать автоматизацию следующих операций: 1. Сборка под сварку. 2. Загрузочно-разгрузочные работы. 3. Складирование заготовок и сваренных конструкций. 4. Складирование и замена оснастки. 5. …

1. Изменение сварной конструкции и технологии ее изготовления при заданном типе сва­рочного робота. 2. Выбор другого сварочного робота либо оснащение его дополнительными технологиче­скими средствами. 3. Одновременная доработка конструкции, технологии и …

Эффективность применения роботизированной сварки зависит от технологичности свариваемой конструкции. Разработана специальная методика оценки технологичности, ко­торая позволяет: 1. Выбирать сварные конструкции (СК), как объект роботизированной сварки, из числа пред­варительного отбора сварных …

msd.com.ua

Перенос металлов сварочной дуги

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Кафедра

«Сварка и металлургия»

Реферат на тему:

«Перенос металлов сварочной дуги»

Выполнил студент группы б2МНСТ-31

Мальцев В.В.

Проверил к.т.н., доцент

Куц Л. Е.

Саратов

2014

Содержание

Введение 3

Перенос металла в дуге 4

Перенос без замыканий дугового промежутка 5

Разбрызгивание электродного металла 8

Заключение 10

Список литературы 11

Введение

Во время сварки происходит расплавление и частичное испарение электродного материала. Расплавленный металл и шлак переходят на деталь главным образом в виде капель. В зависимости от их размеров и длины дуги перенос электродного металла может осуществляться без замыкания или с замыканием дугового промежутка. Для современных режимов сварки толстопокрытыми электродами более характерен первый вид переноса.

Перенос металла в дуге

 Дуга расплавляет электрод с довольно большой скоростью; например, стальной электрод длиной 450 мм расплавляется за 1,5—2 мин. Расплавленный электродный металл переносится в сварочную ванну в виде капель разного размера — от тысячных долей мм до 5—6 мм диаметром. Размер капель определяется в первую очередь плотностью тока в электроде, а также зависит от состава электрода и покрытия, электромагнитных явлений в дуге и других факторов, определяемых способом сварки. При ручной дуговой сварке в виде капель переносится до 90% электродного металла, остальные 10%—это брызги и пары, значительная часть которых теряется. В зависимости от диаметра капли в секунду может переноситься: при диаметре 1 мм — до 150, при 2 мм — до 20, при 5—6 мм — от 1 до 2 капель.

Перенос металла в виде крупных капель с кратковременным замыканием дугового промежутка характерен для сварки электродами с тонким (меловым или др.) стабилизирующим покрытием и сварки в защитных газах, при плотностях тока до 50 а/мм2 на обратной полярности, а при сварке на прямой полярности — даже и при более высоких плотностях тока в электроде, но при низком напряжении дуги.

Перенос металла в виде потока мелких капель без замыкания ими дугового промежутка характерен для сварки толстопокрытыми электродами и сварки под флюсом. В этом случае большинство капель заключено в оболочку из шлака. Так же переносится металл и в процессе сварки в защитных газах при плотности тока в электроде от 50 до 100 а/мм2. И наконец, металл переносится в виде очень мелких, часто отделяющихся от электрода капель. Капли образуют сплошную струю жидкого металла: поэтому такой перенос называется струйным переносом металла и характерен для сварки в аргоне плавящимся электродом из нержавеющей стали при высоких плотностях тока.

В момент прохождения через дуговой промежуток металл нагревается до 2100—2300° С и при этой температуре протекают все металлургические процессы и химические реакции в капле.

Перенос без замыканий дугового промежутка

В формировании и отрыве капель при переносе без замыканий дугового промежутка главную роль играют сила тяжести, сила поверхностного натяжения капель расплавленного металла и сила давления газов, образующихся при расплавлении металла электрода. Характер переноса и размеры капель зависят в основном от силы давления газа.

Процесс расплавления электрода сопровождается интенсивным растворением кислорода, поступающего в капли из окружающей газовой среды и шлака. Это способствует выгоранию углерода с образованием практически нерастворяющегося в металле газа — окиси углерода. По подсчетам из одного кубического сантиметра расплавленного электродного металла при сварке толстопокрытыми электродами выделяется 20—70 см3, а при сварке непокрытыми электродами 60—110 см3 окиси углерода. Количество выделяющегося газа увеличивается за счет паров металла.

Газ, включая и пар, во время расплавления непокрытых электродов выделяется частично непосредственно через поверхность капель, частично собирается в виде пузырьков внутри капель.

При выделении газа непосредственно через поверхность капель без образования пузырьков создаются реактивные силы, действующие на поверхность капель. Эти силы препятствуют; отрыву капель и обусловливают их подвижность на конце электрода, увеличивающуюся с увеличением содержания углерода в электроде. Слой шлака на каплях при сварке толстопокрытыми электродами затрудняет выделение газа непосредственно через поверхность и способствует этим уменьшению подвижности капель. Большую роль играют пузырьки газа внутри капель. Давление газа в пузырьках, наряду с силой тяжести, способствует отрыву капли. При взрывах пузырьков капли электродного металла приобретают большую скорость и отбрасываются к детали.

На рис. 1 изображены составленные автором схемы развития пузырьков и отрыва капли при сварке в нижнем положении на умеренных силах тока. Пузырьки газа зарождаются обычно у границы расплавления электрода (Рис. 1, а). Зародившись, они быстро растут за счет поступления в их полости новых порций окиси углерода и пара. Одновременно пузырьки поднимаются вверх, вследствие меньшего удельного веса газа по сравнению с металлом, и концентрируются вблизи границы расплавления (Рис. 1, б). В некоторый момент газ прорывает тонкий слой жидкого металла и шлака. Происходит взрыв (Рис. 1, в), в результате которого от электрода отрывается крупная капля н образуется несколько мелких капель. К моменту взрыва возникают новые пузырьки, которые затем также растут, взрываются и отрывают определенные порции металла и шлака.

Рис. 1. Схема образованияи отрыва капель при сварке без замыканий без дугового промежуткая: 1 – электродный стержень; 2 – покрытие; 3 – расплавленный электродный металл; 4 – газовый пузырек.

Пузырьки газа могут зарождаться также на границе между металлом и шлаком. Эти пузырьки не достигают больших размеров. В результате их взрывов от сравнительно крупной капли расплавленного металла на конце электрода отрываются мелкие капли, размер которых составляет доли миллиметра.

Исследования показывают, что во время расплавления электрода одновременно образуются капли различных размеров. Весовое соотношение между ними зависит от количества образующегося газа, характера и скорости его выделения. Л это, в свою очередь, зависит от состава электродных стержней и покрытий, рода сварочного тока и полярности, силы тока.

Величина тока при этом оказывает наибольшее влияние. С увеличением тока увеличиваются температура расплавленного металла на конце электрода, скорость выделения газа, частота и интенсивность взрывов. Вследствие этого увеличивается число капель, образующихся за единицу времени, и уменьшается их размер. Например, во время сварки на прямой полярноста постоянного тока электродами ОММ-5 диаметром 5 мм получены следующие данные. При силе тока в 160 а 83,9% электродного металла переходит на деталь в виде капель размером более 5 мм. Причем за 1 сек. таких капель образуется примерно 1 шт. При токе в 315 а максимальный размер капель не превышает 4 мм. При этом 30—34% металла переходит на деталь в виде капель менее 1 мм. Таких капель образуется за секунду примерно 200—300 шт.

Рис. 2.Схема переноса электродного металла с замыканиями дугового промежутка.

Перенос электродного металла с замыканиями дугового промежутка. При сварке короткой дугой на небольших токах перенос электродного металла происходит при замыкании дугового промежутка. В таких случаях образующаяся на конце электрода капля (рис. 2, а) соприкасается с поверхностью сварочной ванны, и металл капли сливается с металлом ванны (рис. 2, б). Под действием взрыва газов и паров мостик жидкого металла разрушается, значительная часть металла капли отделяется от электрода (рис. 2, в). Затем капля образуется снова, и процесс повторяется.

В зависимости от режимов сварки число замыканий дугового промежутка может составлять от 1—2 до 30—50 в сек. В периоды между замыканиями от крупной капли идет постоянный отрыв мелких капель за счет действия выделяющихся газов.

Перенос с замыканиями дугового промежутка играет наибольшую роль при сварке в потолочном положении. В этом случае для улучшения переноса сварка должна вестись на самой короткой дуге.

Разбрызгивание электродного металла

Хорошо известно, что расплавленный электродный металл не весь переходит в шов: часть его в виде брызг вылетает из зоны сварки и составляет потери на разбрызгивание. Наличие таких потерь уменьшает производительность процесса сварки, увеличивает расход электродов, электроэнергии и требует дополнительного времени на очистку изделий от брызг.

Явление разбрызгивания представляет частный случай переноса металла в дуге. При взрывообразном выделении газа из расплавленного электродного металла капли металла приобретают сравнительно большие скорости и разлетаются в различных направлениях. Распределение капель по поверхности изделия соответствует графику, представленному на рис. 3.

Рис. 3.Распределение электродного металла по поверхности свариваемого изделия (q – количество металла, приходящееся на единицу площади изделия).

Прямая ей обозначает ширину сварочной ванны. Как видно, основная часть электродного металла распределяется вблизи от шва и попадает в сварочную ванну. Заштрихованная часть графика соответствует потерям на разбрызгивание.

Величина потерь зависит от состава электродных стержней и покрытий, рода, силы тока и его полярности, а также от других факторов, влияющих на процесс газовыделения при расплавлении электрода. Она зависит также от длины дуги, вида сварного соединения и техники выполнения сварки.

С увеличением тока и длины дуги потери сильно возрастают. Потери возрастают также при увеличении содержания углерода в электроде, например, за счет применения доменного ферромарганца вместо электропечного в покрытиях ОММ-5 и ЦМ-7.

Обычно величина потерь на разбрызгивание определяется совместно с потерями на угар. Средние значения общих потерь для различных марок электродов приведены в главе III. Потери на угар, как правило, составляют незначительную величину по сравнению с потерями на разбрызгивание.

Заключение

Наиболее проблемным остается обеспечение стабильного переноса металла с учетом всех кинетических, электрических и других параметров сварочной дуги в условиях действия всевозможных возмущающих факторов.На данный момент практически отсутствуют исследования спектральных частот сварочной дуги, что дает определенный пробел знаний в данной области.

Список литературы

  1. Потапьевский, А. Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом. М. : Машиностроение, 1974г.

  2. Зайцев, А. И. Способ электродуговой сварки плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка. 1978 г.

  3. Шатило, С. П. Модель переноса электродного металла при РДС. 1999г.

  4. Сайт http://old.ugatu.ac.ru/.

  5. Сайт http://metallicheckiy-portal.ru/.

studfiles.net

Перенос электродного металла на изделие

Перенос электродного металла на изделие

Категория:

Сварочная дуга

Перенос электродного металла на изделие

При сварке плавящимся электродом на его конце под действием высокой температуры происходит плавление металла, образование капли, отрыв и перенос ее на изделие. В зависимости от размера и скорости образования капель можно различать капельный и струйный перенос (рис. 1). При ручной сварке в виде капель переносится до 95% электродного металла; остальные 5% — брызги и пары, значительная часть которых осаждается на изделии. Диаметр капель и скорость их образования зависят от вида дуговой сварки, диаметра электрода, силы тока, Длины дуги и других условий.

Рис. 1. Процесс переноса электродного металла на изделие при короткой дуге: а — крупнокапельный, б —струйный; 1 — 1V — последовательные этапы процесса, dK — диаметр капли, йэ —диаметр электрода

Перенос металла каплями без замыкания ими дугового промежутка происходит при сварке штучными покрытыми электродами. В этом случае большинство капель заключено в оболочку из шлака, образовавшегося от плавления покрытия. Так же переносится металл электрода в шов при сварке порошковой проволокой и в защитном газе.

При струйном переносе образуются мелкие капли, которые следуют одна за другой в виде непрерывной цепочки (струи). Струйный перенос электродного металла возникает при сварке проволокой малого диаметра с большой плотностью тока. Например, при полуавтоматической сварке в аргоне проволокой диаметром 1,6 мм струйный перенос металла осуществляется при критическом токе 300 А. При сварке на токах ниже критического наблюдается капельный перенос металла. Обычно струйный перенос электродного металла приводит к меньшему выгоранию легирующих примесей в сварочной проволоке и к повышенной чистоте металла капель и шва. Скорость расплавления сварочной проволоки при этом увеличивается. Поэтому струйный перенос электродного металла имеет преимущества перед капельным. При сварке штучными электродами струйный перенос электродного металла невозможен ввиду низкой плотности тока на электроде (10—20 А/мм2).

Производительность наплавки электродов. Расплавленный металл электрода неполностью переносится в шов, часть его теряется на разбрызгивание, испарение и угар в процессе горения дуги.

Величины коэффициентов расплавления и наплавки используются для нормирования расхода электродов и времени сварки.

Читать далее:

Особенности металлургии сварки

Статьи по теме:

pereosnastka.ru

2.8. Перенос металла в сварочной дуге

Значения коэффициента поверхностного натяжения α для различных материалов приведены ниже:

Материал Mg Zn

Al Cu Fe

Ti

Mo W

Сталь

Сварочный шлак

α,Н/м. 0,65 0,77

 

 

 

18-8*

 

0,9 1,15 1,22

1,51

2,25

2,68 1,10/2,50

0,3-0,4

(*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. По данным И.К.Походни и А.М.Суптеля, при сварке на обратной полярности анодное пятно стабильно на торце жидкой капли и с увеличением тока его плотность остается постоянной, а размер пятна растет. Поэтому перегрев капли и ее кипение наступают при меньших токах, чем на прямой полярности, когда катодное пятно беспорядочно перемещается. При увеличении плотности тока, например при j > 20 А/мм2 , может наблюдаться так называемыйэлектрокапиллярный эффект, сопровождающийся понижениемα и способствующий струйному переносу металла.

Электромагнитные силы пинч-эффектасильно 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 силы малы, преобладает крупнокапельный перенос, а в сильноточных —струйный. Появлению струйного переноса способствует также перегрев капель, который достаточно велик при сварке, особенно на обратной полярности.

Струйный перенос особенно характерен для газоэлектрической сварки. Он сопровождается образованием конуса жидкого металла на конце электрода. При этом средний 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 перенос металла переходит практически в струйный (рис. 2.44). Охват дугой конца электрода способствует струйному переносу металла.

Реактивные силы давлением паров, обычно противодействуют начальному обрыву капли. Если реактивные силы имеют взрывной характер, то они могут сильно затруднить переход к струйному переносу. При сварке на обратной полярности реактивное давление паров меньше, чем на прямой (так какUа <Uк), и струйный перенос металла 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 тока

 

F = kI2,

(2.99)

studfiles.net

Перенос электродного металла

ЭЛЕКТРОГАЗАСВАРЩИК

Металл электрода в виде капель переходит в сварочную ванну. Схематично перенос металла электрода можно пред­ставить в следующем виде.

В начальный момент металл на конце электрода под - плавляется и образуется слой расплавленного металла. За­тем под действием сил поверхностного натяжения и силы тяжести этот слой металла принимает форму капли с обра­зованием у основания тонкой шейки. Поперечное сечение шейки капли с течением времени уменьшается, что приво­дит к значительному увеличению плотности тока у шейки капли. Удлинение шейки продолжается до момента каса­ния капли поверхности сварочной ванны. В этот момент происходит короткое замыкание сварочной цепи. Резкое воз­растание тока приводит к разрыву шейки и в следующее мгновение вновь возникает, но уже между торцом элект­рода и каплей. Под давлением паров и газов зоны дуги капля с ускорением внедряется в жидкий металл сварочной ван­ны. При этом часть металла в виде брызг выбрасывается из зоны сварки. Затем процесс каплеобразования повторя­ется.

Время горения дуги и короткого замыкания составляет примерно 0,02—0,05 секунды. Частота и продолжитель­ность короткого замыкания в значительной степени зави­сят от длины сварочной дуги. Чем меньше длина дуги, тем больше коротких замыканий if тем они продолжитель­нее. Форма и размеры капель металла зависят от сварочно­го тока, состава и толщины электродного покрытия, поло­жения шва. Перенос электродного металла крупными кап­лями происходит при сварке на малых токах электродами с тонким покрытием. При больших плотностях сварочного тока и при использовании электродов с толстым покрыти­ем перенос металла происходит в виде потока мельчайших капель. Электродное покрытие снижает поверхностное на­тяжение металла. Кроме того, газообразующие компонен­ты, выделяя большое количество газов, создают в зоне дуги повышенное давление, которое способствует размельчению капель жидкого металла.

На процесс переноса капель металла в дуге действует газовое дутье, представляющее собой поток газов, направ­ленный вдоль дуги в сторону сварочной ванны. При сварке электродом с толстым покрытием стержень электрода пла - 'вится быстрее, и торец его оказывается немного прикры­тым «чехольчиком» покрытия. Интенсивное газообразова­ние в небольшом объеме «чехольчика» приводит к явле­нию газового дутья, ускоряющего переход капель металла в сварочную ванну.

Влияние силы тяжести особенно сказывается при свар­ке нижних швов (способствует отрыву капель) и потолоч­ных швов (препятствует переносу металла в шов).

Важным фактором, влияющим на перенос металла в дуге, являются электромагнитные силы. Плотность тока, проходящего через жидкую каплю, велика, поэтому сжи­мающее действие магнитного поля оказывается заметным. Магнитное поле ускоряет образование и сужение шейки капли, а следовательно, и отрыв ее от торца электрода. Электрическое поле, напряженность которого направлена вдоль дуги в сторону сварочной ванны, действует на жид­кую каплю^ ускоряя процесс отрыва капель от торца элект­рода и переход ее в сварочную ванну металла. Перенос ка­пель электродного металла на свариваемый шов при пото­лочной сварке обеспечивается в основном действием маг­нитного и электрического полей, а также явлением газово­го дутья в дуге.

Капли металла, проходящие через дугу, имеют шлако­вую оболочку, которая образуется от плавления веществ, входящих в покрытие электрода. Эта оболочка защищает металл капли от окисления и азотирования, обеспечивая хорошее качество металла шва.

Доля электродного металла в составе металла шва раз­лична и зависит от способа и режима сварки, а также от вида сварного шва. При ручной сварке доля электродного металла колеблется в широких пределах (30—80%), при ав­томатической сварке она составляет 30—40%.

Производительность сварки в значительной степени зависит от скорости расплавления электродного металла, которая оценивается коэффициентом расплавления. Коэф­фициент расплавления численно равен массе электродного металла (г), расплавленного в течение одного часа, прихо­дящегося на один ампер сварочного тока.

Коэффициент расплавления зависит от ряда факторов, влияющих на процесс плавки электродного металла. При обратной полярности коэффициент расплавления больше, чем при прямой полярности, так как на аноде выделяется больше теплоты и температура анода выше, чем у катода. Состав покрытия и его толщина влияют на коэффициент расплавления. Это объясняется, во-первых, значением эф­фективного потенциала ионизации газов; во-вторых, изме­нением баланса теплоты дугового промежутка. Коэффи­циент расплавления при ручной дуговой сварке составляет 6,5—14,5 г/(А ч). Меньшие значения имеют электроды с тонким покрытием, а большие — электроды с толстым покрытием.

Для оценки скорости сварки шва пользуются коэффи­циентом наплавки. Этим коэффициентом оценивают ко­личество электродного металла, введенного в свариваемый шов.

Коэффициент наплавки меньше коэффициента расплав­ления на величину потерь электродного металла из-за уга­ра и разбрызгивания. Эти потери при ручной сварке дости­гают 25—30%; при автоматической сварке под флюсом по­тери составляют только 2—5% от количества расплавлен­ного электродного металла. Знание этих коэффициентов по­зволяет произвести расчет необходимого количества элек­тродного металла для сварки шва установленного сечения и определить скорость сварки шва.

Величина коэффициента наплавки указывается в пас­портных данных на каждой пачке электродов, что позволя­

ет оценивать производительность процесса сварки при вы - бопе той или иной марки электрода.

Техника безопасности при работе с газосварочным обо­рудованием заключается в выполнении следующих требо­ваний: 1. Запрещается устанавливать оборудование и произво­дить сварочные работы вблизи огнеопасных материалов. Подвижные ацетиленовые генераторы должны устанавли­ваться не ближе …

При работе на контактных машинах возможны пораже­ния электрическим током, ожоги нагретым металлом, брыз­гами и выплесками расплавленного металла, отравление испарениями металла и его покрытий в зоне сварки, а так­же травматизм от …

§ 65. Техника безопасности при электрической сварке При электросварочных работах возможны следующие виды производственного травматизма: поражение электри­ческим током; поражение зрения и открытой поверхности кожи лучами электрической дуги; ожоги от капель …

msd.com.ua

Капельный перенос металла без коротких замыканий дугового пространства.

СЛАЙД 29 Этот вид переноса металла наблюдается при сварке такой длинной дугой, что электродная капля при переходе в сварочную ванну не замыкает дуговой промежуток.

СЛАЙД 30 Механизм переноса капель таков (рис.5).

Рис.5. Механизм переноса капли расплавленного электрода без замыканий дугового промежутка.

При таком переносе металла с уменьшением размеров капли переход легирующих элементов из электродной проволоки в капельный металл увеличивается, что улучшает качество сварного шва.

С уменьшением размеров капли увеличивается стабильность процесса сварки, а, следовательно, и качество сварных соединений.

Измельчение капель добиваются при сварке на прямой полярности (минус на электроде), используя электроды с покрытиями, содержащими поверхностно активные вещества (редкоземельные, щелочные ).

Используют сварку на повышенных плотностях тока, когда силы пинч-эффекта отрывают небольшие по величине капли.

Для измельчения электродных капель применяют вибрацию электродов без замыкания. Возникающие силы инерции способствуют отрыву мелких капель. Используется импульсно -дуговая сварка. Особенностью этого способа сварки является то, что на дуговой разряд небольшой мощности накладываются импульсы сварочного тока большей (в три, четыре раза) величин. Именно во время этих импульсов происходит плавление электрода и перенос электродного металла за счет сил пинч-эффекта.

Данный вид переноса металла происходит при сварке под флюсом при плотностях тока свыше А/мм.

Струйный перенос металла.

СЛАЙД 31 При струйном переносе металла находящееся на электродах активное пятно охватывает не только торец, но и боковую поверхность электрода, которая также оплавляется. В результате этого конец электрода превращается в конус, с конца которого стекают мельчайшие капли жидкого металла. Стабильность дугового разряда при этом особенно велика, а потери на разбрызгивание малы.

СЛАЙД 32 Механизм струйного переноса имеет вид (рис.6):

Рис. 6. Механизм переноса капли расплавленного электрода при струйном переносе металла

Струйный перенос металла происходит при сварке в инертных газах тонкой проволоки при плотности тока свыше .

Формирование сварочной ванны

СЛАЙД 33 Формирование сварочной ванны происходит под действием силы тяжести расплавленного металла Рм, давления источника теплоты (например, давления дуги) Рд и сил поверхностного натяжения Рп, действующих на поверхности металла (рис. 7).

СЛАЙД 34 Характер действия этих сил зависит от положения сварки.

СЛАЙД 35 При сварке в нижнем положении при сквозном проплавлении жидкая ванна удерживается на весу силами поверхностного натяжения Рп, которые уравновешивают давление, оказываемое на ванну источником теплоты Рд, и силу тяжести (вес) жидкого металла Рм: Рд + Рм = Рп

В том случае, если сила тяжести расплавленного металла и сила давления источника теплоты превысят силы поверхностного натяжения, т. е. Рд+Рм>Рп произойдет разрыв поверхностного слоя проплаве, и жидкий металл вытечет из ванны, образуя прожог.

В условиях движущейся сварочной ванны (во время сварки) возникают дополнительные гидродинамические силы, вызванные перемещением расплавленного металла в хвостовую часть ванны.

В случаях, когда силы поверхностного натяжения не могут уравновесить разрушающие силы, необходимо применять специальные меры – ограничивать объем сварочной ванны, применять сварку на подкладках, использовать удерживающие приспособления. Удержание ванны от стекания имеет особенно важное значение при сварке в вертикальном и потолочном положениях. При сварке в вертикальном положении процесс можно вести сверху вниз (на спуск) и снизу вверх (на подъем). В обоих случаях сила тяжести ванны направлена вниз по продольной оси шва. При сварке на спуск удержанию ванны от стекания способствует давление дуги и силы поверхностного натяжения, при этом глубина провара уменьшается, а ширина шва увеличивается. При сварке на подъем ванна удерживается только силами поверхностного натяжения, при этом глубина провара увеличивается, а ширина шва уменьшается. При сварке в вертикальном положении для удержания ванны необходимо ограничивать тепловую мощность и размеры ванны.

СЛАЙД 36 Выполнение швов в потолочном положении осложняется не только опасностью стекания ванны. Возникает необходимость переноса присадочного металла в ванну в направлении, противоположном действию силы тяжести. При сварке в потолочном положении ванна удерживается силами поверхностного натяжения и давлением дуги. Для удержания ванны в потолочном положении также необходимо ограничивать ее объем.

СЛАЙД 37 Очень неблагоприятные условия формирования шва при выполнении горизонтальных швов на вертикальной плоскости. Расплавленный металл ванны натекает на нижнюю свариваемую кромку, что приводит к формированию несимметричного усиления шва, а также подрезов. При сварке горизонтальных швов предъявляются жесткие требования к сокращению размеров сварочной ванны.

Рис. 7 Схема сил, действующих в сварочной ванне, и формирование шва в разных пространственных положениях:

а – нижнее положение; б – вертикальное; в – потолочное

18

studfiles.net

Перенос электродного металла | Инструмент, проверенный временем

Перенос металла с электрода на изделие является одной, из важ­нейших характеристик сварки плавящимся электродом в за­щитных газах (рис. 17), он определяет технологические харак­теристики и области применения процессов сварки. Перенос металла может происходить в виде жидких капель различных размеров и пара. Основные виды переноса электродного метал­ла следующие:

при сварке стационарной дугой

1) крупнокапельный1 с короткими замыканиями разрядного промежутка;

2) крупнокапельный без коротких замыканий;

3) перенос каплями среднего размера без коротких замыка­ний;

4) струйный перенос;

при сварке нестационарной дугой

1) перенос каплями среднего размера без коротких замыка­ний;

2) перенос с принудительным закорачиванием разрядного промежутка каплями.

При сварке нестационарной дугой перенос электродного ме­талла выполняют принудительно по определенной программе. Перенос с принудительными короткими замыканиями можно осуществить по двум схемам: принудительным перемещением только капли электродного металла и изменением скорости пла­вления электродной проволоки и давления дуги. Последний вид переноса называют часто переносом с частыми короткими замы­каниями.

Силы, действующие при переносе электродного металла

При сварке в защитных газах на каплю электродного метал­ла действуют следующие основные силы: сила тяжести Fr; сила поверхностного натяжения FnM; электродинамическая сила F3al реактивное давление испаряющегося с поверхности капли метал­ла и выделения газа Fp; сила давления потоков плазмы и бом­бардировки заряженными частицами Fa.

1 Крупными каплями будем считать капли диаметром 1.5 йл и более, сред­ними—капли диаметром (0,7-г-1,4) d9, мелкими — капли диаметром менее 0,7

тем программирования силі

Помимо этих сил, в ряде случаев оказывают существенное влияние сила давления струи защитного газа и энерция движе­ния капли, например при вибрации электрода.

Сила тяжести. Сила Fr оказывает существенное влияние только при значительных размерах капель. В зависимости от пространственного расположения шва сила FT способствует от­рыву капли от электрода (в нижнем положении), препятствует отрыву (в потолочном) или стремится отклонить каплю от оси электрода (в вертикальном положении). Капля на конце элек­трода имеет обычно шарообразную или эллиптическую форму. Силу FT в этих случаях можно вычислить по простейшим зави­симостям:

для сферической капли

Fr = а — i — nRlyg (19)

о

для эллиптической капли

FT = aj-nRlhyg, (20)

где а — коэффициент, учитывающий часть жидкого металла, ос­тающегося на электроде; RK — радиус капли; h — большая ось капли; у — средняя плотность металла капли при температуре жидкой капли; g— ускорение свободного падения.

Размер капли определяют по данным скоростной киносъем­ки или расчетным путем по скорости подачи проволоки и часто­те переноса. Так, с учетом температуры капли в расчетах можно принимать: для алюминия уА = (2,2ч-2,3) 103 кг/м3 (при темпе­ратуре капель 1200—1600 К) [18]; для сталей Св-08ГС и Св — 08Г2С уст = 7* 103 кг/м3 (при температуре капель 2200—2600 К) [20].

Сила поверхностного натяжения. Сила Fn.}, обычно препят­ствует переносу капель с электрода в ванну. Местом приложения силы Fn. H может быть принято такое сечение* на жидкой капле, в котором эта сила минимальна. До образования шейки местом приложения силы FnM может быть принята плоскость, проходя­щая через границу между твердым и жидким металлом. В этом сечении силу Fп. н, направленную по касательной к поверхности капли, можно разложить на составляющие: осевую FnMiQ), удер­живающую каплю на электроде, и радиальную /’п. н(рь стремя­щуюся сжать каплю и образовать шейку (сечение АА, рис. 18).

Эти составляющие можно определить следующим образом:

Fn. n(o) = 2xt(j/?3cos <р; (21)

F„.H(p) = 2лаЯ, sin <р, * (22)

где о — коэффициент поверхностного натяжения материала электрода при заданной температуре в месте приложения силы

Fn. H, ф — угол между касательной и образующей поверхности электрода в месте перехода от твердого к жидкому металлу.

После образования шейки местом приложения силы Fn u мо­жно считать плоскость, проходящую через минимальное сечение шейки жидкого металла (сечение А’А’, рис. 18,6). Размер ка­пель, отрываемых принудительно от электрода, влияет на соот­ношение сил /Чн(0) и Fn. H(p) и отрыв капель. Эксперименты пока­зывают, что наиболее легкий отрыв капель наблюдается при со-

чивается сила FП. Н(0), что затрудняет образование шейки и отрыв

D

капли. При —— > 1,5 размер капель чрезмерно велик и прину — Лэ

дительный отрыв их также затруднен. Определение силы F„,n за­труднено в основном из-за отсутствия достоверных данных о величине коэффициента поверхностного натяжения а. Литератур­ные данные разноречивы; так, как для стали приведены значе­ния а от 1000* Ю-2 до 1570* 10 2 Н/см [20], а для сплавов алю­миния типа АМг — от 320 • 10-2 до 600 • 10~2 Н/см [18]. В. И. Дят­лов полагает, что коэффициент а мало зависит от температуры [18]. Другие авторы придерживаются иного мнения. Приближенно величину о можно подсчитать по формуле

где Т^-Гкип; т~ температура капли; Тк„„ — температура

О

кипения металла капли; М—молекулярная масса металла кап­ли; у — удельный вес.

Коэффициент о зависит от легирующих элементов, а также от окружающей каплю атмосферы. При увеличении содержания азота от 0,02 до 0,23% в хромоникелевой стали сила Fnn повы­шается от 1100* 10-2 до 2500* I0-2 Н/см. Кислород, понижает по­верхностное натяжение. Небольшие количества шлака на по­верхности капель при сварке в защитных газах, по-видимому, незначительно изменяют поверхностное натяжение.

В расчетах при сварке в защитных газах принимают для стали а= 1200-10~2 Н/см, а для сплавов алюминия типа ЛМг а = 445*10~2 Н/см [60]. Изменение радиуса шейки при от­рыве капли приводит к изменению F„.„ (рис. 18,6).

Электродинамическая сила F3a возникает при прохождении тока по проводнику из-за взаимодействия тока с собственным магнитным полем. Если сечение проводника постоянно, то эта сила направлена по радиусу к оси проводника и стремится его сжать. Осевая составляющая ее равна

Если сечение проводника неодинаковое по длине, то возни­кает осевое усилие ЕЭД(а), направленное от меньшего сечения к большему. Это усилие на участке проводника радиусами Rі < /?2 можно записать так:

(25)

тока.

Изменение поперечного сечения проводника возможно в ме­сте перехода от твердого электрода к жидкой капле и в месте перехода от капли к дуге. Местом приложения электродинами­ческой силы при отрыве капли от электрода можно условно при­нять плоскость, в которой жидкая шейка минимальна, и в рас­четах принимать R равным радиусу шейки, a R2 — равным ра­диусу активного пятна на капле.

Реактивное давление испаряющегося металла и выделения газа. Расплавленный металл на электроде и изделии в зоне активных пятен находится при температуре, близкой к темпе­ратуре кипения (18, 20]. Поэтому с активных пятен происходит интенсивное испарение, а иногда и газовыделение. Из газов, ко­торые могут образоваться на электроде, существенно образова­ние окиси углерода. Можно полагать, что окисление углерода оказывает заметное влияние только при сварке высокоуглероди­стых сталей. При сварке низкоуглеродистых сталей окисление

углерода и газовыделение невелико и реактивное давление опре­деляется в основном испарением металла. Потоки паров напра­влены перпендикулярно к испаряющейся поверхности, но по­скольку пары в дуге ионизируются, то дальнейшее направление потока пара определяется направлением собственного или внеш­него магнитного поля в дуге. Реактивную силу испарения можно подсчитать по формуле

где М — масса металла, испаряющегося с поверхности в едини­цу времени; v — начальная скорость струи пара.

Сила давления потоков плазмы дуги. Потоки плазмы обра­зуются в результате испарения металла и действия электродина­мических сил. В большинстве дуг с плавящимися электродами наблюдается одновременно два потока плазмы, двигающихся от электродов навстречу один другому. Мощность этих потоков не­одинакова. Более мощный поток подавляет слабый и определяет результирующее усилие, действующее на электрод и ванну. Плазменные потоки, часто обладающие большой кинетической энергией, оказывают значительное давление на электроды. По­мимо этого, может возникать отраженный поток, оказывающий воздействие на каплю. Не исключена возможность создания плазменным потоком зоны пониженного давления у электродов, с которых они истекают [74]. Усилие, создаваемое плазменным потоком, может быть найдено следующим образом:

FПЛ Мпл^і

где М„л — масса потока плазмы, проходящая через заданное се­чение в единицу времени; v — скорость потока плазмы в задан­ном сечении.

hssco.ru