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 Ср - теплоемкость газа, кал/г- С; G - расход газа, г/с; (/дк - сумма анодного и катодного падения напряжений дуги, В. Влияние основных параметров режима работы плазменной горелки на средне-массовую температуру Т и мощность плазменной струи на срезе сопла приведено на рис. 99. * Основными параметрами регулирования тепловых характеристик плазменной струи являются сила тока и длина дуги и расход плазмообразующего газа. Увеличение силы тока и длины дуги приводит к возрастанию температуры и удель- Гг, К 10000 5000
Рис. 99. Влияние основных параметров режима плазменной горелки - силы тока дуги / (/ = 30 мм; v = 2,35 мч; = 8 мм; dc = 6 мм), длины дуги / (/ = 200 А; у = 2,35 мч; = 8 мм; 4 = 6 мм), расхода аргона у (/ = 200 А; / = 30 мм; = = 5 мм), диаметра сопла канала d (/ = 100 А; / = 30 мм; у = 2,4 мч; = dc) на: а - среднемассовую температуру fj, плазменной струи аргона на срезе сопла; б - тепловую мощность струи аргона на срезе сопла плазменной горелки ной энтальпии струи; повышение расхода плазмообразующего газа при больших его значениях снижает среднемассовые параметры - температуру и удельную энтальпию. Важными характеристиками плазменной струи как источника теплоты при обработке материалов являются эффективная тепловая мощность, т. е. мощность, вводимая плазменной струей в обрабатываемое тело, и распределение этой мощности по пятну нагрева. Эффективная мощность q струи меньше мощности плазменной струи на срезе сопла вследствие конвективных и лучистых потерь. Увеличение силы тока дуги, длины ее в дуговой камере и уменьшение диаметра канала сопла приводят к повышению тепловой эффективной мощности струи. Увеличение расхода газа при малых его значениях приводит к резкому увеличению мощности струи. При больших расходах газа эффективная мощность изменяется незначительно. Увеличение расстояния между соплом и нагреваемой поверхностью снижает эффективную мощность струи вследствие возрастания потерь энергии струи в основном в результате конвективного теплообмена струи с окружающей средой. Конвективные потери возрастают при турбулентном истечении струи из сопла. Этим объясняется более резкое снижение эффективной мощности струи при повышении расхода газа, чему способствует также снижение температуры струа. по мере удаления из сопла. При воздействии плазменной струи на перпендикулярную к ее оси плоскую поверхность тела плотность теплового потока распределяется по закону, близкому к закону нормального распределения (рис. 100). Максимальную плотность теплового потока плазменной струи можно практически изменять от значений, -3001 -10 О 10 г, мм а)
-10 о 10 пмм 2) q.m/f/CMj -3001 -10 О 10 г,мм q2, ха/г1(ссм2)
-10 о 10 г, мм д) q2,Kan/(ccM) -10 о ЮГ.ММ 8) Рис. 100. Распределение плотности теплового потока q, по пятну нагрева плазменной струи в зависимости от: о - силы тока дуги / (расход аргона ь = 0,5 м /ч; углубление дуги в канал / = 25 мм; диаметр канала d, = Ъ мм; расстояние сопла от изделия Л = 10 мм); б - углубления / дуги в канал (v = 0,5 м/ч; / = 200 А; = 1° - Диаметра канала d и = 100 к; V = 0,5 м/ч; / = 25 мм; ft = 10 мм); г - расхода аргона v (I = ЮО А; 25 мм; = 8 мм; ft = 10 мм); д - расстояния ft между соплом и изделием (/ = 200 А; к = 0,5 м7ч; I = 25 мм; d = Ъ мм) соответствующих потоку газового пламени, до значений, соответствующих сварочной дуге. Она возрастает с увеличением тока и длины дуги и уменьшением диаметра сопла. Увеличение расхода газа вначале повышает максимальную плотность теплового потока, а затем несколько снижает ее. Плазменная струя оказывает заметное силовое воздействие на обрабатываемый материал. Влияние основных параметров работы плазменной горелки на давле -ние в центре струи и полное давление (силовое воздействие), оказываемое струей на пластину, показано на рис. 101. Сварка плазменной дугой находит применение при изготовлении изделий из нержавеющей стали, титана, никелевых сплавов, молибдена, вольфрама и многих других металлов и сплавов в авиационной и электронной промышленности. судостроении, в нефтехимическом машиностроении и ряде других отраслей техники. По сравнению с аргонодуговой сваркой плазменно-дуговая сварка отличается более стабильным горением дуги. При плазменной сварке обеспечивается более равномерное проплавление кромок. Наиболее распространен способ сварки плазменной дугой, при котором дуговой разряд возбуждается между неплавящимся электродом плазменной горелки и свариваемым изделием (рис. 102). смвод.ст;F,rc Рт,см вод. cm;F,rc Pfr CM вод. cm; F,rc 10 20 10
10 5 100 200 1,А д-) Рт, СМ Sod cm; F,rc гбО- 10 20 JO I, мм в) Рт, СМ вод.ст; Р,гс -40-
4 v,M/4 80 60 40 20 О - 15 -10 8 di;,MM Рис. 101, Влияаие параметров режима работы плазменной горелки на давление плазменной струи аргона в центре струи р и на полное давление (силовое воздействие) струи F (ток / = 100 - 200 А; расход аргона у 0,5 г/с; / = 30 мм; с = = 8 мм; Д = 5 мм): а - расстояния h до горелки; б - силы тока / дуги; s - длины / дуги; г - расхода V газа; о - диаметра сопла Плазменная дуга, используемая для сварки металла, по проплавляющей способности занимает промежуточное положение между электронным лучом и сварочной дугой, горящей в аргоне. Столб дуги и струя плазмы имеют цилиндрическую форму, поэтому величина поверхности металла, через которую осуществляется теплопередача от струи к металлу, не зависит от расстояния между электродом горелки и свариваемым изделием. Благодаря цилиндрической форме столба дуги процесс плазменно-дуговой сварки менее чувствителен к изменению длины дуги, чем процесс аргонодуговой сварки. Изменение длины дуги конической формы (при аргонодуговой сварке) всегда ведет к изменению диаметра пятна нагрева, а следовательно, и к изменению ширины шва. Плазменная дуга позволяет иметь практически постоянный диаметр пятна и дает возможность стабилизировать проплавление основного металла. Это свойство плазменной дуги с успехом используется при сварке очень тонких листов Пятну нагрева при сварке плазменной дугой может быть придана наиболее благоприятная форма. Изменения формы пятна нагрева достигают применением специальных сопл (рис. 103). Если необходимо иметь пятно нагрева вытянутой формы, то в сопле делают два дополнительных отверстия (рис. 103,6). Через эти Рис. 102. Схема сварки плазменной дугой: / - сварочный источник питания; 2 - высокочастотный генератор; 3 - вольфрамовый электрод; 4 - плазмообразующий газ; 5 - охлаждающая вода; 6 - защитный газ; 7 - сопло для защитного газа; S - сопло, формирующее дугу; 9 - дуга; 10 - изделие отверстия поступает холодный плазмообразующий газ, что приводит к уменьшению поперечного размера пятна нагрева и придает ему вытянутую форму. При сварке таким соплом зона термического влияния сужается, а скорость сварки возрастает на 50-100%. Рис. 103. Схемы плазмообразующих сопл для сварки плазменной дугой: а - с круглым пятном нагрева; б - с вытянутым пятном нагрева (/ - центральный канал для газа, обеспечивающий образование плазменной дуги; 2 - боковые отверстия для прохода холодного фокусирующего газа); в - с дополнительным газовым потоком для фокусировки дуги (/ - плазмообразующий газ; 2- ФокУсирУющий газ, 3 - защитный газ; 4 - очертания дуги при отсутствии фокусирующего газа; 5 - то же, с фокусирующим газом) Другая разновидность сопла с дополнительными отверстиями для создания фокусирующего газового потока приведена на рис. 103, s. Плазмообразующий газ / подается тангенциально, что позволяет при небольшом его расходе хорошо стабилизировать дугу. Поток фокусирующего газа направлен под углом к оси столба дуги и благодаря этому создает дополнительное сжатие ее. Специальные виды сварки Деформировать пятно плазменной дуги возможно путем наложения на нее неоднородного магнитного поля, создаваемого двумя парами магнитных полюсов. При помещении дуги в середину такой магнитной системы дуга вытягивается в одном направлении, превращаясь в линейный источник теплоты. Сварка плазменной дугой характеризуется глубоким проплавлением основного металла в форме замочной скважины . Расход плазмообразующего газа устанавливают таким, чтобы истечение плазмы из сопла не было турбулентным, а силовое воздействие плазменной струи на поверхность сварочной ванны не приводило к разбрызгиванию расплавленного металла. В качестве плазмообразующего газа обычно применяют аргон или его смеси с водородом или гелием, а для защиты металла сварочной ванны от окисления при сварке легированной стали, меди, никеля и сплавов на его основе - смесь аргона с 5-8% водорода. При сварке циркония и титана водород вообще нельзя применять ввиду большого сродства его к этим металлам. При укладке второго валика при двухслойной сварке или подварке корня шва рекомендуется применять гелий. При сварке низкоуглеродистой и низколегированной стали в качестве защитного газа можно применять углекислый газ. Состав плазмообразующего газа влияет на глубину проплавления при данной силе тока. Добавление к аргону небольшого количества водорода увеличивает проплавление. Оптимальное содержание водорода 7%. Глубина проплавления при использовании гелия меньше, чем при применении аргона или аргоно-водородной смеси. При сварке коррозионно-стойкой стали плазменной дугой добавка к аргону 7,5% водорода не вызывает пористости шва, которая при аргонодуговой сварке возникает при значительно меньшем содержании водорода в аргоне. Это явление, по-видимому, объясняется различными тепловыми условиями при кристаллизации металла в том и другом случае. Плазменной дугой сваривают листы толщиной до 9,5 мм встык без разделки кромок и присадочного металла. В ряде случаев успешно сваривают за один проход листы толщиной до 12,7 мм. При сварке листов толщиной до 25 мм требуется V- или U-образная подготовка кромок, причем глубина и угол разделки значительно меньше, чем для аргонодуговой сварки. При плазменно-дуговой сварке количество присадочного металла снижается примерно в 3 раза. Наибольшие преимущества сварка плазменной дугой дает при соединении толстых листов без разделки кромок и без присадочного металла. При сварке кольцевых швов, например при сварке труб, процесс сварки в начале и конце шва целесообразно производить с программным изменением параметров режима. Благодаря программированию параметров режима сварки можно успешно заварить замок шва, который получается ровным, без заметных шероховатостей и подрезов. Присадочный металл вводят в плазменную струю в конце сварочной ванны. При многопроходной плазменно-дуговой сварке толстых листов наложение последующих швов не должно сопровождаться проплавлением типа замочная скважина . Поэтому при укладке последующих слоев силовое действие плазменной струи регулируют изменением расхода плазмообразующего газа так, чтобы расплавленный металл не вытеснялся из сварочной ванны. При сварке плазменной дугой с проплавлением типа замочная скважина металл в шве удерживается за счет сил поверхностного натяжения. Однако для предохранения металла шва от окисления с нижней стороны его также рекомендуется защищать инертным газом. Для этого применяют подкладки с канавкой (как и при аргонодуговой сварке). При сварке со сквозным проплавлением типа замочная скважина изменение расстояния сопла плазменной горелки до свариваемых листов в пределах ±1,6 мм не влияет на очертание и форму проплавления шва. Сравнительно узкая зона проплавления при плазменной сварке требует, чтобы отклонение оси плазменной горелки от оси шва не превышало 1,3 мм. Плазменная сварка Плазменно-дуговая сварка может быть выполнена практически в любом пространственном положении. Режимы сварки плазменной дугой некоторых металлов и сплавов приведены в табл. 17. 17. Режимы сварки плазменной дугой стыковых соединений без присадочного металла
Сварку выполняли на обратной полярности; остальные металлы сваривали на прямой полярности. Большие преимущества плазменная дуга имеет при сварке труб, где ее применение обеспечивает резкое повышение производительности. Так, например, замена аргонодуговой сварки труб из нержавеющей стали с толщиной стенки 2,3 и 7 мм сваркой плазменной дугой позволяет увеличить скорость сварки на 50- 200%. При сварке труб с толщиной стенок до 3,8 мм содержание водорода в смеси с аргоном рекомендуется повышать до 15%. Сварку труб с большей толщиной стенок следует вести при меньшем содержании водорода (5-7%). Режимы сварки продольных стыков труб из нержавеющей стали приведены в табл. 18. Сварка микроплазменной дугой. Микроплазмеыыой дугой (сила тока 0,1- 10 А) сваривают листы толщиной 0,025-0,8 мм из углеродистой и нержавеющей стали, меди, инконеля, хастеллоя, ковара, титана, тантала, молибдена, вольфрама и других металлов и сплавов. Микроплазменная дуга находит широкое применение в радиоэлектронике и приборостроении для сварки тонких листов и фольги. По сравнению с аргонодуговой сваркой изменение длины микроплазменной дуги оказывает значительно меньшее влияние на качество сварного соединения. Исходя из допустимого 20%-ного изменения поперечного сечения пятна нагрева при сварке, длина плазменной дуги может колебаться в пределах ±1,27 мм, в то время как длина дуги при обычной дуговой сварке в аргоне ограничивается при тех же условиях ±0.127 мм. |
© 2011 - 2024 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено |