Главная Классификация процессов сварки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 [ 39 ] 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 вляется во внутренней зоне дуги, имеющей форму конуса. Площадь основания 1Л1 ! УР й з° ь1 дуги, через которыйнапавлен в сварочную ванну ос тока диаметоГТ..поя Р сварочго тппппЛ электродной проволоки, длины дуги, физических свойств элек- тродного металла и среды, в которой горит дуга. При ?варке дугой с крупнока- Расшнив S окрцтающцю среду х20% Потерина разбрызгивание 0,5% Перенос с каплями электродного металлдягб Перенос спором электродноео металла2 Поглощение оснодного металла 30,5% Рис. 90. Баланс тепла, сообщаемого основному металлу при сварке плавящимся электродом в среде аргона. Обратная полярность; проволока Св-12Х18Н9Т 0 2 мм; /д = 350 А; (Уд = 25 В; t>cB = 32 м/ч пельным переносом металла тепловое и силовое воздействие распространяется на большей площади. Зависимость геометрических параметров шва от условий и режима сварки обусловливается изменением интенсивности теплового и силового воздействия дуги на свариваемый металл. Сварочный ток. При малых токах, когда происходит крупнокапельный перенос металла, проплавление имеет форму кругового сегмента (рис. 91). При токе больше критического, при струй-ком переносе металла, проплавление имеет местное углубление, получившееся в результате сосредоточенного потока электродного металла. Длина дуги. С удлинением дуги уменьшается ее силовое воздействие, а также интенсивность теплового потока. Это приводит к уменьшению глубины и площади проплавления, а также к уменьшению местного углубления при струйном переносе металла. Диаметр электродной проволоки. С увеличением диаметра проволоки увеличивается размер капель, уменьшается концентрация потока газов и паров металла. Следствием этого является уменьшение удельного силового воздействия дуги и интенсивности теплового потока и соответственно уменьшение глубины и площади проплавления. Полярность. При прямой полярности площадь и глубина проплавления меньше, чем при обратной. Например, при наплавке в аргоне на пластины из коррозионно-стойкой хромоникелевой стали дугой прямой полярности при силе 7 S) Рис. 91. Форма проплавления в зависимости от силы тока: а - при I < 1; б - при I > I тока 360 А и диаметре проволоки 2,0 мм площадь проплавления на 28% и глубина проплавления на 36% меньше, чем при обратной полярности. Состав защитного газа. С изменением состава защитного газа изменяется перенос металла и мощность дуги. Это обусловливает форму и размеры проплавления. Например, при добавлении к аргону COg повышается напряжение на дуге (см. рис. 46), растет эффективная мощность дуги, увеличивается площадь проплавления (рис. 92). Глубина проплавления увеличивается незначительно, так как с переходом от струйного переноса металла в аргоне к крупнокапельному в СО2 уменьшается сосредоточенность теплового и газового потока. Форма проплавления с местным углублением в среде Аг переходит к сегментовидной в среде COj. Аналогичным образом влияют на проплавление водород и азот. Плавление электродной проволоки. Часть мощности q дуги расходуется на нагрев и плавление электродной проволоки: 79 = эд = 11э(;/. мм 2 26 22 18 /4 10 -4 6 -2 а,Ъ,Ь,нм
7о Аг 40 20 0% ю% 20 /о SD/o WOVoCO Рис. 92. Влияние состава защитной смеси Аг = СО2 на форму и размеры проплавления. Основной металл - сталь ЗОХГСА; проволока СВ-20ХМА 0 2 мм; сила тока 300 А Коэффициент г]э. называемый эффективным КПД нагрева электрода, характеризует долю мощности дуги, расходуемой на плавление электрода, и зависит от условий передачи энергии электроду. Нагрев и плавление электрода обусловливаются тепловыми процессами в приэлектродных областях. Энергия, выделяемая в столбе дуги, играет второстепенную роль в плавлении электрода и ею практически можно пренебречь. Состояние катода, в отличие от анода, в значительной степени влияет на выделение энергии в приэлектродной области, что обусловливает существенную зависимость коэффициента расплавления электрода при прямой полярности от состава и подготовки электродной проволоки (таол. 35). Состав защитного газа практически не влияет на коэффициент плавления электрода (табл. 36). 35. Зависимость от состояния поверхности электрода
При сварке плавящимся электродом в среде защитных газов при высокой плотности тока плавление электрода обусловливается не только энергией дуги, но и теплом, выделяющимся в вылете электрода при прохождении сварочного тока. Поэтому коэффициент расплавления электродной проволоки где - составляющая, обусловленная энергией, выделяемой в дуге; Кр - составляющая, обусловленная нагревом вылета электрода током. Величину можно определить, экстраполируя зависимость ар от вылета электрода (рис. 93). пропорциональна мощности PR, выделяемой вылетом электрода. Поэтому способ повышения производительности наплавки иногда называют Я?-нагревом. При линейной аппроксимации зависимости электросопротивления проволоки от температуры = ро (1 + РЛ- 36. Коэффициент расплавления а , г/А ч Рис, 93. Зависимость коэффициента расплавления электрода от вылета. Постоянный ток; обратная полярность; проволока СВ-12Х18Н9Т 0 1,6 мм; сила тока 346 А
Температуру нагрева электрода можно определить по формуле \ р / 0.24Рро/2 где °С; 7*0 - начальная температура электрода (температура окружающей среды), Р - удельное электросопротивление электродной проволоки при О °С, Ом-см; Р-температурный коэффициент электросопротивления, 1/°С; / - плотность тока, А/см; су - удельная объемная теплоемкость, кал/(смЗ х X С); V - скорость подачи проволоки, см/с; z - расстояние данной точки электрода от токоподводящего мундштука, см. Количество тепла, выделяемого в электроде при заданном режиме сварки, можно определить по формуле [53] где Я - вылет электрода, см; г радиус электрода, см. За счет увеличения вылета можно значительно повысить скорость плавления электрода. Например, при силе тока 345 А с увеличением вылета с 5 до 20 мм скорость плавления электродной проволоки Св-12Х18Н9Т ф 1,6 мм увеличивается в 2 раза. Саморегулирование дуги. Для получения постоянного высокого качества сварных швов необходимым условием является поддержание по- - 0,24ял2рро/2ЯГо, стоянной длины дуги. Постоянство длины дуги можно обеспечить применением системы автоматического регулирования скорости подачи проволоки в зависимости от напряжения дуги при питании ее от источника с падающей внешней характеристикой. Однако такие системы нашли применение только при сварке проволоками больших диаметров (3-6 мм). Для сварки проволоками малых диаметров рациональнее применять системы, основанные на саморегулировании дуги. Интенсивность саморегулирования дуги зависит от статических характеристик дуги и источника питания. Условием статической устойчивости системы источник-дуга является соотношение >0, ипредставляют собой тангенсы угла наклона вольт-амперной ха- рактеристики дуги и источника при рабочем токе /р. Дуга с плавящимся электродом в среде защитных газов имеет возрастающую вольт-амперную характеристику (рис. 94) и может быть выражена зависимостью (/д= 0+ V- Значения йд=-, характеризующего подъем вольт-амперной характеристики, приведены в табл. 37. 37. Коэффициент в зависимости от условий сварки (обратная полярность)
Электоические параметры дуги определяются точкой пересечения статических хаоактетик дуги и источника! При этом режиме длина дуги автоматически под-дерется постоянной, если скорость плавления электродной проволоки v, равна скорости ее подачи Уц. На рис. 95 показаны две характеристики дуги длиной /i и 4 и внешние характеристики источника питания (/, 2> 3, 4), имеющие различный наклон к оси /. При заданном режиме и характеристике / источника удлинение дуги с li до k и, В 350 I, A
Рис, 94. Вольт-амперные характеристики дуги с электродами из стали 12Х18Н9Т Рис. 95. Вольт-амперные характе- ристики дуги длиной /i источника питания связано с уменьшением силы тока с 1 до /а, при этом скорость плавления электрода уменьшается и дуга восстанавливает свою первоначальную длину. При уменьшении напряжения холостого хода источника j(xapактеристики 2, 3 и4 на рис. 95) одному и тому же изменению длины дуги соответствует большее изменение силы тока. Поэтому с уменьшением напряжения холостого хода источника питания интенсивность саморегулирования дуги повышается. На рис. 96 показаны вольт-амперные характеристики дуги при постоянной скорости подачи проволоки для разных вылетов электрода. На этом же графике нанесены внешние характеристики источника: падающая, жесткая и возрастающая. Из сопоставления характеристик следует, что с увеличением вылета электрода длина дуги при падающей внешней характеристике источника увеличивается, а при возрастающей уменьшается. В наименьшей степени длина дуги изменяется с изменением вылета электрода при жесткой характеристике источника. На основании сопоставления вольт-амперных характеристик дуги и источника (см. рис. 95 и 96) можно сформулировать требования к источникам питания. При полуавтоматической сварке, когда возможны значительные изменения вылета электрода, следует пои-менять источники питания с жесткой внешней характеристикой; при автоматической сварке, когда вылет электрода изменяется мало, можно применять источники с жесткой и возрастающей характеристиками. При неравномерной подаче проволоки рекомендуется применять источники с возрастающей характеристикой ----Характеристика источника питания Ш 1,А Рис. 96. Вольт-амперные характеристики дуги при постоянной скорости подачи проволоки и разных вылетах электрода Для облегчения возбуждения дуги рекомендуется применять источники, у которых наряду с возрастающими характеристиками в рабочей части при малых нагрузках и холостом ходе повышено напряжение. При сварке плавящимся электродом короткой дугой, сопровождающейся замыканиями дугового промежутка каплями металла с частотой 20-200 в секунду, стабильность процесса и качество сварки в значительной мере зависят от динамических свойств источников питания и сварочной цепи. Динамические свойства обусловливают время возбуждения и стабильность горения дуги. За критерий динамических свойств источника принята скорость нарастания при коротких замыканиях дугового промежутка. При сварке силы тока проволоками диаметром 0,5-1,4 мм с частыми короткими замыканиями рекомен- дуется = 70-т-200 кА/с. Для сварки проволокой диаметром > 1,6мм реко- мендуется = 10 30 кА/с. Техника сварки. К основным параметрам режима сварки плавящимся электродом относятся сила тока, полярность, напряжение дуги, диаметр и скорость подачи электродной проволоки, расход и состав защитного газа, вылет электрода, скорость сварки. Сварку плавящимся электродом обычно производят на обратной полярности. При прямой полярности скорость расплавления в 1,4-1,6 раза выше, чем при обратной полярности, однако дуга горит менее стабильно с интенсивным разбрызгиванием. Вылет электрода благодаря высокой плотности тока оказывает существенное влияние на энергетический баланс при сварке и на стабильность процесса. Оптимальные величины вылета стального электрода следующие: Диаметр электродной проволоки, мм Вылет электрода, мм ........ 0,5 0,8 1,0 1,6 2,0 2,5 3,0 и более 5 7 6-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-30 Сварочный ток, обусловливающий размеры шва и производительность процесса, зависит от диаметра и состава проволоки и устанавливается в соответствии со скоростью подачи проволоки (рис. 97). Для проволоки различного диаметра рекомендуются определенные пределы сварочного тока, при которых обеспечивается стабильность процесса сварки (рис. 98). Напряжение на дуге устанавливается в зависимости от силы тока (рис. 99) с учетом формирования шва, разбрызгивания металла и производительности процесса. В ряде случаев для повышения производительности применяют форсированные режимы (см, рис. 98 и 99). Выбор защитного газа осуществляют с учетом состава свариваемого металла, требований к сварным соединениям, их свойствам и внешнему виду, производительности и экономичности процесса. При применении инертных газов тонколистовые материалы толщиной <-3 4 мм сваривают короткой дугой с периодическими замыканиями дугового промежутка. Материалы большей толщины сваривают при токе больше критического, при струйном переносе металла. Оптимальная внешняя составляющая длины дуги при этом равна 5-7 мм, что составляет 24-35 В в зависимости от силы тока. В случаях применения в качестве защитной среды углекислого газа сварку ведут в основном с короткими замыканиями дугового промежутка, реже с крупнокапельным переносом металла. При крупиокапельном переносе металла происходит значительное разбрызгивание, которое можно уменьшить при погружении дуги в ванну. Оптимальная внешняя составляющая длины дуги, при которой хорошо формируется шов с небольшим разбрызгиванием, равна 2-3 мм. |
© 2011 - 2024 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено |