Структура сварного соединения 2 страница
§ производить сварку на переменном токе, но это может потребовать изменения технологии сварки и замены электродов.
Зависимость напряжения дуги от тока в сварочной цепи при условии постоянной длины дуги называют статической вольт-амперной характеристикой дуги, которая графически представлена на рис. 1.6.
Рис. 1.6.Статическая вольт-амперная характеристика дуги в общем виде
В области 1 (до 100 А) с увеличением тока напряжение значительно уменьшается, так как при повышении силы тока увеличиваются поперечное сечение столба дуги и его проводимость. Вольт-амперная характеристика падающая, и дуга горит неустойчиво.
В области 2 (100…1000 А) при увеличении тока напряжение сохраняет постоянную величину, так как поперечное сечение столба дуги и площади анодного и катодного пятен увеличиваются пропорционально току. Вольт-амперная характеристика жесткая, дуга горит устойчиво, и обеспечивается нормальный процесс сварки.
В области 3 (более 1000 А) увеличение тока вызывает возрастание напряжения, так как увеличение плотности тока выше определенного значения не сопровождается увеличением катодного пятна из-за ограниченного поперечного сечения электрода; при этом вольт-амперная характеристика возрастающая. Дуга с возрастающей вольт-амперной характеристикой используется при сварке под флюсом и сварке в защитных газах.
|
|
|
1.2Типы сварочных дуг
Для классификации сварочных дуг используют ряд общих признаков:
§ применяемые электроды — сварочная дуга с плавящимся и неплавящимся электродом;
§ степень сжатия дуги — свободная и сжатая сварочная дуга;
§ схема подвода сварочного тока — сварочная дуга прямого или косвенного действия;
§ род тока — сварочная дуга постоянного или переменного тока (в последнем случае — однофазная или трехфазная);
§ полярность постоянного тока — сварочная дуга с током прямой или обратной полярности.
В зависимости от схемы подвода тока, рода тока, числа электродов и других признаков различают сварочные дуги прямого действия, косвенного действия, многоэлектродные и сжатые.
Дуга прямого действия (рис. 1.7, а) — дуговой разряд между электродом и заготовкой; используют при дуговой сварке покрытыми электродами, при сварке неплавящимся электродом в защитных газах, при сварке плавящимся электродом в защитных газах.
|
|
|
Рис. 1.7.Типы сварочных дуг:
а — дуга прямого действия; б — дуга косвенного действия; в — сжатая дуга; 1 и 4 — свариваемые детали; 2 — дуга; 3 — электрод; 5 — сопло
В случае применения неплавящегося электрода соединение выполняют расплавлением основного и присадочного металлов. При использовании плавящегося электрода сварочная ванна заполняется металлом электрода.
Дуга косвенного действия (рис. 1.7, б) — дуговой разряд между двумя неплавящимися или плавящимися электродами, при этом свариваемый металл не включен в электрическую цепь; используется при специальных видах сварки и атомно-водородной сварке.
Сжатая дуга (рис. 1.7, в) — дуга прямого или косвенного действия с неплавящимся вольфрамовым электродом, сжатая кольцевой струей газа; получают в специальных горелках — плазмотронах; применяют для резки и сварки металлов, в том числе тугоплавких.
Сварка плавящимся электродом с использованием дуги прямого действия на постоянном или переменном токе (рис. 1.8, а) получила наибольшее распространение при ремонтных работах. В качестве плавящегося электрода применяют металлический стержень необходимого химического состава, подаваемый в зону дуги по мере его расплавления. Шов образуется из частично расплавленного основного металла и металла электрода.
|
|
|
Рис. 1.8.Вид сварочной дуги по применяемым электродам:
а — при плавящемся электроде; б — при неплавящемся электроде
Сварку неплавящимся электродом с использованием дуги прямого (рис. 1.8, б) и (реже) косвенного действия применяют при сварке тонколистового металла, а также при ремонте и изготовлении кузовов автомобилей. Сварной шов образуется за счет расплавления основного металла или основного и присадочного металла, вводимого в зону дуги. Для избежания перегрева электрода сварку неплавящимся электродом ведут, как правило, постоянным током прямой полярности, т. е. электрод подключают к катоду.
1.3Дуга в защитных газах
При сварке в защитных газах в качестве источника энергии, обеспечивающего плавление присадочного и основного металлов, используют электрическую дугу. Дуга в отличие от других видов разрядов в газах характеризуется низким катодным падением потенциала, а следовательно, низким общим напряжением дуги и высокой плотностью тока. Электрическая дуга по длине подразделяется на три области, отличающиеся физическими явлениями, протекающими в них.
|
|
|
Участки, непосредственно примыкающие к электродам, называют катодной (у отрицательного электрода) и анодной (у положительного электрода) областями, а участок между ними — столбом дуги. Те части электродов, на которые опирается дуга и через которые проходит основной ток дуги, называют активными пятнами: на положительном электроде — анодным пятном, на отрицательном электроде — катодным пятном.
Размеры катодного пятна обычно меньше, чем анодного. Распределение потенциала по длине электрической дуги неравномерное. Общее падение напряжения на дуге
Uд = Uк + Uа + Uс,
(1.2)
где Uк, Uа — соответственно катодное и анодное падение напряжения; Uс — падение напряжения в столбе дуги.
Столб дуги, или дуговая плазма, — совокупность электронов, ионов, возбужденных и невозбужденных нейтральных атомов и молекул.
Изменение силы тока в столбе электрической дуги может происходить в результате изменения концентрации электронов, их направленной скорости, следовательно, длины свободного пробега, тепловой скорости и напряженности электрического поля в столбе дуги, а также сечения столба дуги. Концентрация электронов характеризуется степенью ионизации.
Поперечные размеры столба дуги, горящей в открытом объеме, определяются силой тока дуги, теплопроводностью газа, заполняющего дуговой промежуток, и давлением.
В молекулярных газах наблюдается иная картина. В центральной части столба основная часть молекул разделена на атомы, а снаружи газ находится в молекулярном состоянии. Молекулы, попадая в зону высоких температур, распадаются, поглощая соответствующую энергию. Следовательно, энергия по радиусу столба дуги передается не только за счет теплопроводности, но и за счет передачи энергии диссоциации.
Температура дуг при сварке плавящимся электродом сравнительно невелика — 5000…6500°С. В дугах с неплавящимися электродами температуры значительно выше. Низкие температуры дуг с плавящимся электродом определяются более низким эффективным потенциалом дугового газа из-за наличия большого количества паров металла в дуге, а также охлаждением столба электродным металлом, переходящим в ванну.
С увеличением давления повышается напряженность поля в столбе, а размеры дуги уменьшаются.
Таким образом, изменяя давление, при котором горит дуга, можно значительно изменять электрические и энергетические характеристики дуг.
Сварочная дуга в защитных газах характеризуется сильным излучением. Основным источником излучения является столб дуги. Наиболее вредными для глаз и кожи человека являются ультрафиолетовое и инфракрасное излучения.
При сварке плавящимся электродом поверхность в катодном пятне нагрета до температуры кипения и с его поверхности всегда происходит интенсивное испарение. Появление паров металла катода приводит к понижению катодного потенциала. Размеры катодного пятна и его подвижность зависят от материала и состояния поверхности катода, наличия на ней других элементов, а также силы тока дуги.
В большинстве случаев при сварке плавящимся электродом катодное пятно беспорядочно перемещается (блуждает) по поверхности катода.
Сечение анодного пятна зависит также от силы тока дуги и интенсивности теплоотвода от анода. Размеры анодного пятна обычно больше размеров катодного пятна. Анодное пятно также имеет тенденцию перемещаться по поверхности электрода, однако оно менее подвижно, чем катодное.
1.4Параметры режима дуговой сварки
Основные показатели сварочной дуги. Полная тепловая мощность Q, Дж/с, определяется выражением
Q = КмIсвUд,
(1.3)
где Км — коэффициент мощности (для постоянного тока Км = 1; для переменного тока Км = 0,80…0,95); Iсв — сила тока в сварочной цепи, А; Uд — напряжение дуги, В.
Выделяющаяся тепловая энергия расходуется на нагрев и плавление электродного и основного металлов, а также электродного покрытия или флюса, а часть энергии рассеивается в окружающую среду.
Эффективной тепловой мощностью g, Дж/с, дуги называется количество теплоты, сообщенное свариваемой детали дугой и расходуемое на нагрев и плавление электродного и присадочного металлов в единицу времени:
g = КмIсвUдh,
(1.4)
где h — эффективный КПД процесса нагрева металла дугой, который в зависимости от вида сварки имеет следующие значения: при сварке электродами с тонким покрытием — 0,50…0,65; при сварке электродами с толстым покрытием — 0,70…0,85; при сварке неплавящимся электродом в защитных газах — 0,5…0,6.
Погонной энергией gп, Дж/с, сварки называется количество теплоты, сообщенное дугой детали на единицу длины шва:
gп = g/vсв = (КмIсвUдh)/vсв,
(1.5)
где vсв — скорость сварки, м/ч.
Количество расплавленного металла Gp, г, в единицу времени электродного металла определяется по формуле
Gp = арIсвtсв,
(1.6)
где ар — коэффициент расплавления, г/(А×ч); tсв — время горения дуги, ч.
Коэффициентом расплавления называется величина, соответствующая массе, г, электродного металла, расплавленного сварочным током силой 1 А за 1 ч горения дуги.
При плавлении часть электродного металла теряется на разбрызгивание, испарение и окисление; при этом потери электродного металла при ручной сварке тонкопокрытыми электродами составляют 10…20%, электродами с толстым покрытием — 5…10% и при сварке в защитных газах — 3…6%; соответственно и масса наплавленного металла Gн, г, будет меньше, чем расплавленного:
Gн = анIсвtсв,
(1.7)
где ан — коэффициент наплавки, г/(А×ч).
Коэффициент наплавки зависит от присадочного материала, материала электрода и его покрытия, рода и полярности тока, а также от потерь при сварке.
Для ручной сварки он колеблется от 6 до 18 г/(А×ч) и составляет в среднем 8…12 г/(А×ч).
Коэффициент потерь y, %, соответствующий количеству металла, теряемого на угар, испарение и разбрызгивание, зависит от состава проволоки, типа покрытия, режима сварки и т. д. При увеличении плотности сварочного тока он возрастает. Числовое значение коэффициента потерь
y = [(ар − ан)/ар]100.
(1.8)
В зависимости от вида сварки коэффициент потерь y имеет следующие значения: для сварки электродами с тонким покрытием — 10…20%; для сварки электродами с толстым покрытием —5…10%.
Основные параметры дуговой сварки. К основным параметрам дуговой сварки относятся: ток дуги (сила сварочного тока) Iсв, напряжение дуги Uд и скорость сварки vсв.
Ток дуги — параметр, в наибольшей степени определяющий тепловую мощность. При постоянном диаметре электрода с увеличением силы тока дуги возрастает концентрация тепловой энергии в пятне нагрева, повышается температура плазмы столба дуги и стабилизируется положение активных пятен на электроде и на детали. С увеличением силы сварочного тока увеличивается длина и ширина сварочной ванны; особенно интенсивно увеличивается глубина проплавления. Это обусловлено не только увеличением тепловой мощности и сосредоточением энергии в пятне нагрева, но и значительным повышением давления дуги на сварочную ванну, которое пропорционально квадрату силы сварочного тока. В определенных пределах изменения тока глубина проплавления h может быть приблизительно оценена зависимостью, близкой к линейной:
h = kIсвlд,
(1.9)
где k — коэффициент, зависящий от рода тока, полярности, диаметра электрода и степени сжатия дуги и др.; lд — длина дуги.
При сварке стыковых соединений без разделки кромок и без зазора расплавленный металл электрода образует выпуклость сварного шва. По мере увеличения толщины свариваемых элементов для полного их проплавления необходимо увеличение силы сварочного тока; одновременно с этим увеличивается и количество расплавленного электродного металла. В результате образуются швы с чрезмерно большой выпуклостью. Для получения швов с нормальной выпуклостью следует снижать скорость плавления электрода или прибегать к разделке кромок.
При сварке неплавящимся электродом отсутствует перенос расплавленного металла через дуговой промежуток. Это в значительной мере облегчает условия горения дуги и обусловливает более высокую ее стабильность. Присадочный металл по мере необходимости подается в головную часть сварочной ванны. В отличие от сварки плавящимся электродом скорость плавления присадочного металла не связана жесткой зависимостью с величиной сварочного тока. Количество присадочного металла, подаваемого в ванну, выбирают из условия обеспечения требуемой доли участия присадочного металла в образовании шва. При сварке стыковых соединений без разделки кромок присадочный металл необходим в основном для образования сварочного валика.
Переход присадочного металла в сварочную ванну, минуя дуговой промежуток, исключает его разбрызгивание. Сокращаются потери на испарение, и ограничивается взаимодействие расплавленного металла с газовой фазой столба дуги.
При сварке неплавящимся электродом создаются благоприятные условия для защиты ванны и формирования шва. Стойкость вольфрамового электрода, в первую очередь, определяется плотностью тока. Большое влияние оказывают род тока и его полярность.
С увеличением напряжения дуги возрастает тепловая мощность дуги, а следовательно, и размеры сварочной ванны. Ширина ванны е связана с напряжением прямой зависимостью:
е = kIсвlд/(svсв),
(1.10)
где s — толщина свариваемого металла.
При постоянной величине сварочного тока повышение напряжения дуги незначительно сказывается на глубине проплавления ванны.
Скоростью сварки называется отношение длины l шва ко времени tсв горения дуги:
vсв = l/tсв = (анIсв)/(Sg),
(1.11)
где l — длина шва; tсв — время горения дуги; S — площадь сечения шва; g — плотность наплавленного металла, г/см3.
При постоянном значении погонной энергии увеличение скорости сварки вызывает повышение термического КПД процесса, а это, в свою очередь, приводит к увеличению глубины проплавления и снижению ширины шва.
Дополнительные параметры дуговой сварки. Дополнительные параметры связаны с условиями ведения процесса сварки и особенностями горения дуги. Так, например, при одной и той же погонной энергии можно изменять диаметр электрода, род тока и полярность, использовать импульсный и непрерывный режимы горения дуги. В некоторых случаях применяют сжатую дугу, а иногда колебания электрода. Эти особенности процесса также сказываются на формировании сварочной ванны и конечных размерах сварного шва.
Диаметр электрода . При постоянной величине сварочного тока диаметр электрода определяет плотность энергии в пятне нагрева и подвижность дуги. В связи с этим при увеличении диаметра электрода глубина проплавления сварочной ванны уменьшается, а ее ширина увеличивается.
Род тока иполярность. В зависимости от рода тока и полярности на изделии выделяется различное количество теплоты. Если теплоту, выделяющуюся на аноде Wa и катоде Wк, приближенно оценивать по эффективному падению напряжений, то получим следующие зависимости:
Дата добавления: 2021-04-24; просмотров: 282; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!