Как происходит перенос электродного металла

При дуговой сварке плавящийся электродный металл в виде капель и паров переходит в сварочную ванну. Наиболее легко этот процесс наблюдается при сварке открытой дугой. В первый период происходит образование капли и оплавление конца электрода. Затем капля вытягивается и замыкает дуговой промежуток.

Образовавшийся жидкий мостик малого сечения вследствие высокого электрического сопротивления мгновенно испаряется. Капля со взрывом переносится в сварочную ванну, и процесс возобновляется.

При этом надо иметь в виду, что весь процесс идет при весьма высокой температуре и с обильным газовыделением: металл кипит и перенос его происходит бурно, толчками, а не путем плавного перетекания с электрода в ванну.

Однако указанный процесс переноса существенно изменяется при наличии покрытия на электроде или флюсе: капли становятся значительно меньше, периоды замыкания дугового промежутка отсутствуют. Исследования И. Р. Пацкевича по ручной сварке и И. И. Фрумина по автоматической сварке под флюсом позволяют оценить размер переносимых капель.

Оба исследователя установили, что с увеличением силы сварочного тока размеры капель уменьшаются. При сварке толстопокрытыми электродами и под флюсом 60-80% капель имеют диаметр менее 2 5 мм, а при сварке голым электродом таких капель не более 30% и остальные капли более крупные. В том случае, когда дуга горит в защитных газах, процесс переноса имеет свои особенности.

Так, при стальном электроде диаметром 0,8 мм, плавящемся в среде С02, перенос крупнокапельный с частым замыканием дугового промежутка. Устойчивый мелкокапельный перенос металла в среде СО2 может иметь место при больших плотностях тока (100-300 а/мм2).

При сварке проволокой из нержавеющей стали 1Х18Н9Т диаметром 1,6-2,5 им в среде аргона наиболее устойчивое горение дуги и лучшее формирование шва получается при так называемом «струйном» переносе (А. В. Петров). При таком струйном переносе расплавленный металл перетекает с электрода на изделие в виде непрерывной тонкой струйки, состоящей из мельчайших капель.

Способствует струйному переносу добавка в аргон 1-4% кислорода, что снижает поверхностное натяжение металла и приводит к уменьшению величины критического тока. До настоящего времени нет единой точки зрения по вопросу о главном факторе, обусловливающем перенос металла с электрода на изделие.

Очевидно на процесс переноса влияет несколько факторов: 1) сила тяжести; 2) сила поверхностного натяжения; 3) силы газообразования; 4) электрические силы (электростатические и электродинамические). Сила тяжести имеет второстепенное значение в процессах переноса.

Силы поверхностного натяжения металла и межфазового (металл — шлак) интересны с точки зрения удержания сварочной ванны на изделии и частично в связи с переносом. Очевидно, что жидкая капля электрода, будучи приближена к поверхности сварочной ванны, притягивается последней под действием молекулярных сил.

Между молекулами поверхностного слоя и каплей возникает взаимодействие, и капля сливается со сварочной ванной. Приближенный расчет, без учета силы притяжения капли к электроду, показывает, что капля диаметром 2,5 мм может быть подтянута сварочной ванной на расстояние 18 мм.

Однако сила притяжения капли к электроду составляет значительную величину, и поэтому дуговой промежуток для потолочной сварки должен быть гораздо меньше. Практически при потолочной сварке поддерживают длину дуги 1,5-2 мм, и диаметр электрода выбирают 3-4 мм с тем, чтобы образовались капли сравнительно небольших размеров.

Некоторые исследователи считают силы газообразования основным фактором, обусловливающим перенос металла. Газы образуются, в основном, от сгорания углерода, входящего в состав стержня электрода. Углерод сгорает в СО; аналогичное выгорание происходит и в сварочной ванне.

При сварке голыми электродами СО выделяется через открытую поверхность, а при толстопокрытых электродах — через слой покрытия (в виде пузырей). Подсчеты показывают, что при температуре 3000° С из малоуглеродистой проволоки с содержанием углерода 0,25% выделяется около 10 см3 окиси углерода СО. Кроме окиси углерода, образуются пары марганца, кремния и железа.

Давление выделяющихся газов намного превышает атмосферное; оно создает усилие, отрывающее и выталкивающее капли в сварочную ванну, а частично, и в сторону от нее (разбрызгивание). С другой стороны, газы и пары металла, выделяющиеся из сварочной ванны, создают реактивные силы, направленные против движения капли.

Действие этих сил в районе активного пятна способствует увеличению размеров капель, образующихся на электроде. Если между перетекающей каплей металла и поверхностью электрода образуется шейка или жидкий мостик, то на этом участке цепи создается высокое омическое сопротивление.

В участке с повышенным сопротивлением происходит усиленное выделение теплоты, жидкий мостик мгновенно испаряется и образовавшиеся пары сообщают оторвавшейся капле дополнительную кинетическую энергию. И. И. Фрумин установил, что с повышением содержания в электродном стержне углерода размеры капель становятся меньше, что, по-видимому, объясняется обильным образованием СО.

Однако объяснять перенос только действием сил газообразования нельзя, так как это явление специфическое для стали и не может быть причиной переноса при сварке других металлов, например алюминия. Многие исследователи (К. К. Хренов, И. И. Фрумин, А. В.

Петров) основным фактором, определяющим перенос электродного металла в дуге, считают силы электрического происхождения (электродинамические и частично электростатические). Электростатические силы обусловливаются напряженностью электрического поля дуги, которое в прикатодной области достигает 10 в 6 степени в/см (правда, на очень малом протяжении).

Напряженность электрического поля вызывает направленное движение ионов, получающих дополнительную энергию для ускорения движения газов в столбе дуги. Эти силы не являются основными и не играют решающей роли в переносе металла; тем не менее они частично искажают поверхность сварочной ванны, делая ее вогнутой.

Вдавливание поверхности ванны происходит от ударов о нее потока ионов, получивших кинетическую энергию от электрического поля. Ионы, ускоряемые электрическим полем, увлекают за собой молекулы газа, находящегося в дуговом пространстве, и создают поток газов в столбе. Газы и пары увлекают за собой и мелкие капли жидкого металла. Более существенную роль в переносе играют электродинамические силы, возникающие в результате так называемого «пинч-эффекта». Явление пинч-эффекта состоит в том, что при прохождении тока по проводнику в последнем возникают сжимающие силы магнитного поля, направленные нормально линиям тока. Под действием этих сил проводник стремится уменьшить поперечное сечение. Радиальное давление, создаваемое пинч-эффектом, ввиду своей незначительной величины не сказывается на форме твердого проводника (электрода), однако оно может изменять форму газообразного или жидкого проводника. В электродном стержне линии тока параллельны и влияние эффекта сказывается наиболее сильно. В массе изделия ток расходится, и пинч-эффект уменьшается. Благодаря такому постепенному исчезновению поперечных сжимающих сил вдоль электрода и дуги возникают силы давления, направленные вдоль оси электрода. Под действием такой осевой силы начинается перемещение материальных частиц газа и жидких капель с конца электрода по направлению к свариваемому изделию. По-видимому, нельзя какой-либо один фактор считать основным; действует комплекс сил и в зависимости от условий сварки, рода материалов, наличия газообразующих веществ и силы тока — силы газообразования или силы электродинамические могут играть наиболее существенную роль в переносе.

  Подогрев двигателя на оку

Тепловая характеристика дуги. Электрическая дуга выделяет значительное количество тепла, которое образуется вследствие превращения энергии движения частиц в тепловую энергию при столкновении их с анодом, катодом и друг с другом.

Под действием тепла дуги основной металл расплавляется на некоторую глубину, называемую глубиной проплавления или проваром.

Основное количество тепла дуги выделяется в катодной и анодной зонах. В самой дуге выделяется меньшая часть тепла, расходуемого на испарение расплавленного металла и покрытия электрода и частично теряемого в окружающую среду.

Например, при сварке на постоянном токе угольной дугой выделяется на аноде — около 42%, на катоде — около 38% и в столбе — около 20% общего тепла дуги. Анод подвергается более сильной бомбардировке частицами, поэтому на нем выделяется больше тепла.

• Температура дуги также различна и составляет: при использовании угольных электродов — для катода около 3200° С, для анода около 3900° С; при использовании стальных электродов — для катода около 2400° С, для анода около 2600° С.
• Полная тепловая мощность дуги Q подсчитывается по формуле
• где I — сварочный ток, а;
• Uд — напряжение дуги, в, а 0,24 коэффициент перевода электрических величин, кал/вт*сек

Количество тепла, вводимое дугой в свариваемый металл в единицу времени, называется эффективной тепловой мощностью дуги.

Она меньше полной тепловой мощности дуги и слагается из следующего: тепла, выделяющегося в пятне дуги на свариваемом металле; тепла, вводимого в металл за счет теплообмена со столбом дуги и ее пятном на свариваемом металле; тепла, вносимого в свариваемый металл с каплями расплавленного металла электрода, электродного покрытия и флюса. Эффективную тепловую мощность дуги q можно подсчитать по формуле

Здесь буквой n рбозначен эффективный коэффициент полезного действия нагрева металла дугой. Коэффициент n равен:

  Развал колёс своими руками

Тепловой режим сварки характеризуется количеством тепла, вводимого в металл на единицу длины шва. Эта величина называется погонной энергией сварки и выражается отношением:

где v — скорость сварки, см/сек.

Величина погонной энергии имеет большое значение при определении рационального режима сварки легированных термообрабатываемых сталей.

Примерные балансы использования тепла сварочных дуг приведены в табл. 1.

Из табл. 1 видно, что при сварке под флюсом тепло дуги используется более полно, так как эффективная мощность дуги выше.

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/мм 2 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/мм 2 . 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.

1. 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.
2. Производительность процесса плавления металла. Количество электродного металла, расплавленного за определенное время, подсчитывают по формуле
3. где Gp — количество расплавленного металла электрода, г;
4. Кр— коэффициент расплавления, г/а-ч; I — величина сварочного тока, а; t — время горения дуги, ч.
5. Из формулы следует, что чем больше ток и длительнее горит дуга, тем большее количество металла будет расплавлено.

Коэффициентом расплавления КР называется количество расплавленного электродного металла в граммах в течение одного часа, приходящееся на один ампер сварочного тока, т. е.

Коэффициент расплавления зависит от материала электродного стержня, состава покрытия, а также от рода и полярности тока.

Для стальных электродов коэффициент расплавления может колебаться в пределах от 5 до 20 г/а*ч, составляя в среднем 8— 12 г/а * ч.

  Сколько стоят тормозные диски на ваз 2114

При сварке, вследствие частичного окисления, испарения и разбрызгивания, часть жидкого электродного металла теряется и не переходит в наплавленный металл шва.

Для подсчета количества наплавленного металла нужно в приведенной выше формуле коэффициент расплавления КР заменить величиной Кн, называемой коэффициентом наплавки. Коэффициент наплавки Кн равен

где GH — количество наплавленного металла, г.

При сварке на переменном токе электродами с толстым покрытием значения коэффициента наплавки могут быть в пределах Кн = 6-18 г/а*ч, составляя в среднем Кн= 7- 10 г/а * ч (см. табл. 5).

Коэффициент наплавки Кн меньше коэффициента расплавления КР на величину потерь электродного металла при сварке.

Эти потери выражаются коэффициентом потерь, представляющим отношение разности количеств расплавленного и наплавленного электродного металла к количеству расплавленного.

Коэффициент потерь обозначают буквой и выражают в процентах, определяя его по формуле

Величина коэффициента потерь ψ в % составляет: при сварке тонкопокрытыми электродами 10—20, толстопокрытыми 5—10, в защитных газах 3—6, под флюсом 1—3.

Пример. Сварка производится толстопокрытыми электродами током 300 а. Кн =11 г/а*ч. За 1 ч горения дуги сварщик может наплавить металла:

11 • 300=3300 г, или 3,3 кг.

Знать величину коэффициента наплавки важно для нормирования сварочных работ. Обозначим через v — скорость сварки, см/ч; F — площадь поперечного сечения шва, см 2 . Тогда скорость сварки можно подсчитать по формуле

• где число 7,85 обозначает массу 1 см 3 наплавленного металла (стали), г.
• Следовательно, скорость сварки будет тем выше, чем выше коэффициент наплавки Кн и чем больше ток I.
• Пример: Кн =11 г/а*ч; I = 300 а; F=l,l см 2 . Скорость сварки составит:

Администрация Общая оценка статьи:

Перенос электродного металла в сварочную ванну

Характер переноса электродного металла в сварочную ванну существенно влияет на степень развития физико-химических процессов при взаимодействии металлической, шлаковой и газовой фаз, а также на устойчивость самого процесса сварки. В зависимости от типа сварочной ванны наблюдается перенос электродного металла через газовую или шлаковую среду. Механизм переноса в обоих случаях имеет свои особенности.

Через газовую среду электродный металл переносится в вид капель разного размера – диаметром от 6 – 7 мм до тысячных долей миллиметра, а также в виде паров. Установлено, что независимо от способа сварки и положения в пространстве металл всегда переходит с электрода на изделие.

В процессе сварки одновременно образуются капли различных размеров, но в зависимости от условий преобладает тот или иной размер. Можно отметить такие главные формы переноса:

• крупнокапельный с короткими замыканиями дугового промежутка,
• мелкокапельный с короткими замыканиями дугового промежутка,
• капельный без коротких замыканий,
• струйный,
• а также перенос металла в виде паров.

Динамичность процесса, наличие комплекса действующих сил весьма затрудняют изучение различных форм переноса металла. Исследуется последний при помощи скоростной киносъемки дуги. Схематизируя процесс крупнокапельного переноса электродного металла, можно считать, что его механизм в общем случае включает следующие моменты (рис. 1):

• а, б – образование капли на торце электрода;
• в – появление шейки на стыке жидкого металла с твердым металлом электрода;
• г – замыкание каплей дугового промежутка;
• д – разрыв образованного мостика и возникновение дуги.

В период формирования капли на нее действует несколько сил способствующих или препятствующих ее отрыву от торца электрода:

• сила тяжести Р,
• злектродинамические силы Nэд,
• сила поверх ностного натяжения N п.н.

• Сила тяжести Р способствует отрыву капель при сварки в нижнем положении и противодействует отрыву при потолочно сварке.
• Электродинамические силы Nэд являются результатом наличия вокруг электрода при протекании по нему тока магнитного силового поля, оказывающего сжимающее действие на электрод (пинч-эффект). Возникают силы Nэд в результате одновременного действия таких сил:
• 1) усилий сжатия Nсж величина которых зависит от тока:
• Nсж =5,1*10-6*I2
• где I сварочный ток А.
• Силы Nсж направлены перпендикулярно к оси электрода, но по закону Паскаля одновременно действуют такие же силы, направленные вдоль оси;

Рис. 1. Схема образования капли и переноса ее в сварочную ванну

1. 2) дополнительной продольной силы Nдоп возникающей одновременно с образованием шейки и направленной от меньшего сечения капли, имеющего радиус r0, к большему с радиусом r1.
2. Результирующая электродинамическая сила Nэд направленная вдоль оси электрода в сторону ванны,
3. Nэд = 1,02*10-5I2ln(r1/r0) дин.
4. При замыкании каплей дугового промежутка, когда напряжение падает, а ток резко возрастает, сила Nэд также интенсивно увеличивается, но оказывается направленной от центра мостика вверх и вниз. Действующая вниз сила N'эд будет больше силы N''эд, направленной вверх, так как поверхность ванны значительно больше, чем поверхность электрода, а значит,
5. r2/r0 >> r1/r0

Поэтому электродинамическая сила Nэд действует в направлении отрыва капли. Она деформирует каплю, вытягивает ее и заставляет перемещаться вдоль оси дуги в сварочную ванну. Особенно значительна роль этой силы при повышенных токах.

Сила поверхностного натяжения Nп.н. в процессе формирования капли удерживает ее на торце электрода. При замыкании каплей дугового промежутка поверхностное натяжение металла ванны втягивает каплю и тем способствует отрыву ее от торца.

В условиях сварки толстопокрытыми электродами (рис. 2.) к главным силам, действующим на каплю, добавляется сила Nг.п. давления газового потока и сила реакции газов Nр.г., выделяющихся из капли. При этом плавление обмазки несколько отстает от плавления стержня и на торце электрода появляется своеобразная «трубка» или «козырек».

Выделяющиеся газы (СО2, Н2, СО, О2 и др.) нагреваются, расширяются и устремляются в виде прямолинейного потока к сварочной ванне. Сила Nг.п. давления газового потока, стремящаяся оторвать каплю от электрода, является вместе с тем одной из причин образования кратера в сварочной ванне.

Так как газовый поток симметричен относительно столба дуги, капля формируется в центре торцевой поверхности электрода.

Рис. 2. Схема действия сил на формирующуюся каплю при сварки толстопокрытыми электродами

Рис. 3. Схема действия сил на формирующуюся каплю при автоматической сварке под флюсом

Сила Nр.г. реакции газов выделяющихся из капли, связана с развитием процессов газообразования в самой капле. Установлено,что при плавлении электрода выделяется в среднем около 10 см3 газа на 1 см3 жидкого металла.

При автоматической сварке под флюсом на каплю действуют те же силы, но несколько меняется направление и величина некоторых из них (рис. 3). Вследствие того, столб дуги обычно наклонен, результирующая электродинамическая сила Nэд направлена по продольной оси дуги в сторону ванны.

Под действием этой силы каля сильно деформируется и вытягивается. Газовый поток здесь направлен не симметрично относительно оси дуги, а от передней части сварочной ванны назад. Сила Nр.г. давления газового потока, суммируясь с силой Nр.г.

реакции газов, выделяющихся из капли, создает результирующую силу Nг воздействия газовых потоков, под давлением которой происходит отклонение капли в сторону давления газовых потоков.

Большая часть капель поэтому после отрыва от электрода летит в потоке жидкого флюса, ограничивающего зону сварки, к задней части ванны.

После установления схемы действия на формирующуюся каплю различных сил можно выяснить факторы, влияющие на ее размер. Размер капли определяется соотношением сил, удерживающих ее на торце электрода, и сил, стремящихся ее оторвать.

Главной силой, удерживающей каплю на электроде, является сила поверхностного натяжения. На величину этой силы капли влияет:

• 1) удельное поверхностное натяжение электродного металла при температуре плавления;
• 2) наличие поверхностно-активных веществ, находящихся в соприкосновении с жидким металлом;
• 3) температура поверхности капли.

Некоторые вещества, такие как углекислые соли щелочных щелочноземельных металлов, свободный кислород и др. обладают способностью заполнять свободные связи на поверхности жидкости и тем самым уменьшать силы поверхностного натяжения. С увеличением температуры расплавленного металла поверхностное натяжение также несколько снижается.

Увеличение сварочного тока значительно влияет на силы отрыва:

1.растут электродинамические силы Nэд ;

2.увеличивается сила Nр.г. давления газовых потоков, а также результирующая сила Nг ;

3.нарастают процессы газообразования в капле и испарения.

Следовательно, увеличение сварочного тока приводит к росту всех сил отрыва, а значит, к измельчению капель.

Для сварки голым электродом на малых токах характерен преимущественно крупнокапельный перенос металла с периодическими замыканиями каплей дугового промежутка. В этом случае поверхностное натяжение металла капли повышенное, так как токи малы и поверхностно-активных веществ нет. Силы отрыва (P и Nэд) нарастают медленно, и поэтому капля успевает сильно увеличиться.

При сварке толстопокрытым электродом на больших токах наблюдается преимущественно мелкокапельный перенос металла с редкими замыканиями дугового промежутка.

В этом случае величина поверхностного натяжения металла капель снижается как за счет наличия поверхностно-активных веществ в шлаке, так и вследствие более высокой температуры капель. Силы отрыва нарастают интенсивнее и появляется дополнительная сила Nг.п.

давления газового потока. Активно развивающиеся процессы газообразования могут преждевременно «дробить» каплю.

При сварке под флюсом применяются еще более высокие сварочные токи. Силы отрыва, особенно электродинамические силы, резко возрастают. Увеличивается воздействие газового потока Nг усиливаются процессы газообразования в капле, а также испарения. В результате этого при сварке под флюсом наблюдается более мелкокапельный перенос металла, а также перенос в виде паров.

Установлено значительное влияние на размер переносимых капель не только величины, но и плотности тока. При некотором критическом его значении капельная форма переноса переходит в струйную. Подобная форма переноса наблюдается при сварке в аргоне. В.И.

Дятлов объясняет переход от капельного переноса к струйному увеличением размера столба (рис. 4, а, б), когда активное пятно охватывает боковую поверхность капли и увеличиваются сжимающие силы.

Тогда конец электрода заостряется, капля вытягивается в конус и возникает струйный перенос (рис. 4, в).

Рис. 4. Схема перехода крупнокапельного переноса металла в струйный

Размер переносимых капель оказывает существенное влияние на ход металлургических процессов.

Чем мельче капли, тем больше суммарная поверхность соприкосновения их с окружающей средой, а значит, полнее взаимодействие с этой средой (растворение газов, процессы легирования, окисления и др.).

Однако нельзя забывать что в таком случае время существования капель уменьшается, я поэтому снижается и полнота протекания реакций.

В этом отношении интересны данные исследований А. А. Ерохина, который изучал влияние режима сварки на частоту перехода капель и время их существования на торце электрода при ручной электросварке. Результаты опытного и расчетного определений этого влияния на время существования и удельную поверхность капель приведены в табл. 1.

Таблица 1. Влияние режима сварки на время существования капель на торце электрода и удельную поверхность

Как видно из табл. 1, при увеличении тока в интервале 110- З00 А удельная поверхность капель изменяется незначительно, но время существования капли на торце электрода уменьшается в 1,6 раза.

Между тем увеличение напряжения дуги в интервале 14 — 27 В уменьшает удельную поверхность капель в 2,2 раза, увеличивая время их существования в 8,3 раза. Таким образом, на развитии реакций в каплях особенно сильно сказывается увеличение напряжения на дуге.

Этот вывод подтверждают исследования химического состава наплавленного металла. Во время перехода через газовую среду капли частично или полностью покрываются оболочкой расплавленного шлака, в результате чего значительно активизируются реакции между ним и жидким металлом.

Возможно также перемешивание металла со шлаком – в результате бурного выделения газов. Ниже приведены данные о температуре капель при сварке электродами из малоуглеродистой стали:

Рассмотрим перенос электродного металла через шлаковую фазу (электрошлаковый процесс).

В этом случае применяют большие плотности тока, чем при дуговой сварке (100 – 120 а/мм2), поэтому нагрев электрода оказывается более интенсивным..

погруженный в шлаковую ванну, он плавится не только с торца, но и по боковой поверхности, поэтому конец его по мере плавления приобретает своеобразную заостренную форму.

Как показали рентгенографические исследования, при устойчивом процессе сварки металл электродной проволоки переносится в сварочную ванну в виде капель.

Формируясь, капля увеличивается за счет расплавления конца электрода и стекания металла по боковой поверхности электрода.

На каплю действуют те же основные силы: сила тяжести, электродинамическая сила и сила поверхностного натяжения, зависящая от свойств окружающей каплю среды – жидкого шлака.

С увеличением размера капли на конце электрода возрастают . силы тяжести и поверхностного натяжения. Вблизи границы капли с твердым металлом электрода появляется шейка. Плотность тока в ее сечении возрастает, что приводит к увеличению электродинамической силы.

Под действием этой силы при отрыве от торца электрода капли приобретает некоторое ускорение. Жидкий шлак тормозит движение капли и приобретает часть ее импульса. В связи с торможением среднее количество капель на единицу длины пути возрастает.

В этом случае возможно слияние капель между собой, сопровождающееся изменением проводимости шлаковой ванны.

На размер переносимых через шлак капель влияет величина тока, напряжение дуги, диаметр электродной проволоки, химический состав электродной проволоки и шлака. Уменьшение сварочного тока снижает температуру торца электрода и величину электродинамической силы, что приводит к укрупнению капель. Повышение напряжения вызывает уменьшение размера капель.

Перенос электродного металла в дуге и разбрызгивание

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 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 фиг. 47 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 (фиг. 47, 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 (фиг. 47, б).

В некоторый момент газ прорывает тонкий слой жидкого металла и шлака. Происходит взрыв (фиг. 47, 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.

Фиг.47.Схема образованияи отрыва капель при сварке без замыканий без дугового промежутка

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.

Фиг.48.Схема переноса электродного металла с замыканиями дугового промежутка

Фиг.49.Распределение электродного металла по поверхности свариваемого изделия

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 (фиг.

48, а) соприкасается с поверхностью сварочной ванны, и металл капли сливается с металлом ванны (фиг. 48, б). Под действием взрыва газов и паров мостик жидкого металла разрушается, значительная часть металла капли отделяется от электрода (фиг. 48, 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 фиг. 49.

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.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Перенос электродного металла через дуговой промежуток в основном осуществляется каплями.

Расплавленное покрытие частично переносится через дуговой промежуток в виде шлаковой оболочки вокруг капель металла, а частично непосредственно стекает в ванну.

В процессе сварки наблюдается значительное перемешивание металла и шлака, что увеличивает межфазную поверхность металл-шлак.

РќР° торце электрода Рё РІ РґСѓРіРѕРІРѕРј промежутке капли металла Рё шлака нагреваются РґРѕ температуры 2100 — 2300 РЎ, Р° средняя температура металла РІ сварочной ванне составляет примерно 1700 — 1800 РЎ.

Температура газов ( плазмы) РІ столбе РґСѓРіРё достигает 5000 — 6000 РЎ. Большие межфазные поверхности Рё высокая температура обеспечивают РїСЂРё сварке интенсивное взаимодействие металла СЃРѕ шлаком Рё газами.  [1]

Перенос электродного металла оказывает существенное влияние на протекание металлургических процессов и технологические показатели порошковой проволоки.

Для сварки неповоротных стыков труб находят применение преимущественно самозащитные порошковые проволоки двухслойной конструкции ( рис.

15), для которых характерным является равномерное плавление оболочки и сердечника. Двухслойная конструкция порошковой проволоки позволяет разделить компоненты по их металлургическому назначению.

Газо — Рё шлако-образующие компоненты Рё часть железного порошка размешают РІ наружном слое проволоки, Р° железный порошок Рё легирующие элементы ( ферросплавы) — РІРѕ внутреннем слое.

Такое размещение компонентов позволяет создать надежную защиту расплавленного металла РѕС‚ окружающей атмосферы.  [2]

Перенос электродного металла в сварочную ванну происходит в периоды коротких замыканий.

Признаком устойчивого процесса РІ данном случае является РЅРµ постоянство длины РґСѓРіРѕРІРѕРіРѕ промежутка, напряжения РґСѓРіРё Рё сварочного тока, Р° определенная периодичность изменения этих параметров режима сварки.  [3]

Перенос электродного металла СЃ учетом действия указанных СЃРёР» РЅР° образующуюся каплю может быть РєСЂСѓРїРЅРѕ — Рё мелкокапельным.  [5]

Перенос электродного металла РІ РґСѓРіРµ сопровождается выбросом части металла Р·Р° пределы сварочной ванны — разбрызгиванием.

Разбрызгивание связано главным образом СЃ электрическим взрывом перемычки между отделяющейся каплей Рё торцом электрода РїРѕРґ действием электромагнитных СЃРёР».  [7]

Перенос электродного металла РїСЂРё РґСѓРіРѕРІРѕР№ сварке оказывает определенное влияние РЅР° динамические характеристики электрических параметров сварочной РґСѓРіРё, металлургические процессы РІ сварочной ванне, РІ значительной мере определяет технологические возможности процесса, его стабильность Рё устойчивость.  [9]

Перенос электродного металла крупными каплями происходит при сварке электродами с тонкой обмазкой и небольшой силе сварочного тока.

При больших плотностях сварочного тока и электродах с толстым покрытием перенос электродного металла осуществляется в виде потока мельчайших капель.

РџСЂРё этом стержень электрода плавится быстрее Рё торец его оказывается несколько прикрытым чехольчиком обмазки.  [11]

Перенос электродного металла РІ РґСѓРіРµ сопровождается выбросом части металла Р·Р° пределы сварочной ванны — разбрызгиванием.

Разбрызгивание связано главным образом СЃ электрическим взрывом перемычки между отделяющейся каплей Рё торцом электрода РїРѕРґ действием электромагнитных СЃРёР».  [12]

Перенос электродного металла РІ РґСѓРіРµ сопровождается выбросом части металла Р·Р° пределы сварочной ванны — разбрызгиванием.

Разбрызгивание связано главным образом СЃ электрическим взрывом теремычки между отделяющейся каплей Рё торцом электрода РїРѕРґ действием электромагнитных СЃРёР».  [14]

Перенос электродного металла РІ сварочную ванну является важнейшей характеристикой процесса сварки плавящимся электродом РІ защитных газах, определяющей возможность Рё особенности выполнения сварки РІ разных пространственных положениях.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

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.

1. Здоровье и безопасность
2. Основные вредные производственные факторы, которые могут воздействовать на сварщика при сварке в защитных газах:
3. 1) выделение токсичных аэрозолей, в особенности при сварке порошковой проволокой:
4. 2) скопление газов, имеющих плотность больше плотности воздуха;
5. 3) взрыв баллонов, в которых начальное давление составляет Р=15 МПа;
6. 4) излучение дуги;
7. 5) поражение электрическим током;
8. 6) взрыв во время ремонта сваркой емкостей и трубопроводов, в которых находились горючие материалы;
9. 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 …