 |
Влияние индуктивности на характер сварки
|
|
|
|
| Максимальная индуктивность | Минимальная индуктивность |
|
|
Частота периодических замыканий дугового промежутка при циклическом режиме сварки короткой дугой может изменяться в пределах 90—450 замыканий в секунду. Для каждого диаметра электродной проволоки в зависимости от материала, защитного газа и т. д. существует диапазон сварочных токов, в котором возможен процесс сварки с короткими замыканиями. Данный режим удобен для сварки тонколистового металла и пригоден для полуавтоматической сварки во всех пространственных положениях. При оптимальных параметрах процесса потери электродного металла на разбрызгивание не превышают 7%.
Режим сварки оптимизированной короткой дугой.
Процесс сочетает в себе циклический режим сварки короткой дугой и очень высокую скорость подачи сварочной проволоки, что позволяет использовать короткую и мощную дугу (напряжение на дуге — до 26 В при токе до 300 А). Данный режим позволяет сваривать соединения с минимальным тепловложением и низкой степенью окисления металла шва.
Крупнокапельный процесс сварки.
Увеличение плотности сварочного тока и длины (напряжения) дуги (напряжение на дуге — от 22 до 28 В и ток — от 200 до 290 А) ведет к изменению характера расплавления и переноса электродного металла, переходу сварки короткой дугой с короткими замыканиями к процессу с редкими короткими замыканиями или без них. В сварочную ванну электродный металл переносится нерегулярно, отдельными крупными каплями различного размера, хорошо заметными невооруженным глазом. При этом ухудшаются технологические свойства дуги, затрудняется сварка в потолочном положении, а потери электродного металла на угар и разбрызгивание возрастают до 15%.
|
|
|
Рис. 3. 3. Крупнокапельный перенос металла при сварке (1 — дуга; 2 — капля электродного металла)
Крупнокапельный процесс сварки характеризуется некачественным формированием сварного шва.
С положительного электрода независимо от типа защитного газа крупнокапельный перенос металла происходит при низких плотностях тока. Крупнокапельный перенос характеризуется размером капли, капля имеет диаметр больше, чем сам электрод.
При использовании инертных защитных газов достигается осеориентированный перенос электродного металла без разбрызгивания. Длина дуги при этом должна быть достаточной, чтобы гарантировать отделение капли прежде, чем она коснется расплавленного металла (рис. 3. 3).
Использование углекислого газа в качестве защитного газа при крупнокапельном переносе всегда дает неосеориентированный перенос капель металла. Это является следствием электромагнитного отталкивающего воздействия на низ расплавленных капель. При углекислотной защите конец электродной проволоки плавится теплом дуги, переданным через расплавленную каплю. Капли в виде бесформенных шариков, произвольно направляемые через дугу, дают сильное разбрызгивание (рис. 3. 4). Сварной шов получается грубый, с волнистой поверхностью. -
Рис. 3. 4. Перенос электродного металла:
а — струйный; б — крупнокапельный
Дуга, обычно неустойчивая, сопровождается характерным треском. Для уменьшения разбрызгивания необходимо, чтобы конец электрода находился ниже поверхности металла, но в пределах полости, создаваемой дугой. Поскольку большая часть энергии дуги направлена вниз и ниже поверхности сварочной ванны, сварной шов имеет очень глубокое проплавление.
|
|
|
Режим импульсной сварки. Для улучшения технологических свойств дуги меняют периодическое изменение ее мгновенной мощности — импульсно-дуговая сварка. Теплота, выделяемая основной дугой, недостаточна для плавления электродной проволоки со скоростью, равной скорости ее подачи. Вследствие этого длина дугового промежутка уменьшается.
Под действием импульса тока происходит ускоренное расплавление электрода, обеспечивающее формирование капли на его конце. Резкое увеличение электродинамических сил сужает шейку капли и сбрасывает ее в направлении сварочной ванны в любом пространственном положении, т. е. режим импульсной сварки — режим, при котором капли расплавленного металла принудительно отделяются электрическими импульсами. За счет этого на токах, соответствующих крупнокапельному переносу, можно формировать качественные сварные швы подобно циклическому режиму сварки короткой дугой без разбрызгивания.
Импульсный режим использует одиночные импульсы или группу импульсов с одинаковыми или различными параметрами. В последнем случае первый или первые импульсы ускоряют расплавление электрода, а последующие — сбрасывают каплю электродного металла в сварочную ванну. За счет этого металл переносится порциями мелких капель и без разбрызгивания. Кроме того, за счет применения импульсной технологии возникает вибрация сварочной ванны, в результате чего газовые пузырьки выходят из нее и сварные швы получаются высокой плотности.
Устойчивость режима импульсной сварки зависит от соотношения основных параметров (величины и длительности импульсов и пауз). Соответствующим подбором тока основной дуги и импульса можно повысить скорость расплавления электродной проволоки, изменить форму и размеры шва, а также уменьшить нижний предел сварочного тока, обеспечивающий устойчивое горение дуги.
Преимуществом этого метода является низкое тепловложение, что важно при сварке тонких материалов. Импульсный режим обеспечивает высококачественную сварку низкоуглеродистых и низколегированных сталей. При сварке алюминия можно использовать электродную проволоку больших диаметров, при этом обеспечивается меньшая пористость. Основной недостаток этого процесса — сложный блок питания.
|
|
|
-
Рис. 3. 5. Режим импульсной сварки:
А — изменение сварочного тока во времени; б — перенос металла
Импульсный режим обеспечивает более высокий коэффициент тепловложения в наплавленный металл, чем циклический режим сварки короткой дугой без разбрызгивания, и осуществляется при напряжении на дуге от 28 до 35 В и токах от 300 до 350 А. На рисунке 3. 5 показан график изменения тока и процесс переноса металла.
Режим струйного переноса металла.
При достаточно высоких плотностях постоянного по величине (без импульсов или с импульсами) сварочного тока обратной полярности и при горении дуги в инертных газах (содержание аргона — не менее 80%) может наблюдаться очень мелкокапельный перенос электродного металла. Название «струйный» он получил потому, что при его наблюдении невооруженным глазом создается впечатление, что расплавленный металл стекает в сварочную ванну с торца электрода непрерывной струей.
Поток капель направлен строго по оси от электрода к сварочной ванне. Дуга очень стабильная и ровная. Разбрызгивание очень небольшое. Валик сварного шва имеет гладкую поверхность. Энергия дуги передается в металл в форме конуса, поэтому наплавляемый металл имеет поверхностное слияние. Глубина проплавления больше, чем при циклическом режиме сварки короткой дугой, но меньше, чем при крупнокапельном переносе.
Значение критического тока уменьшается при активировании электрода (нанесении на его поверхность тем или иным способом некоторых легко ионизирующих веществ), увеличении вылета электрода. Изменение состава защитного газа также влияет на значение критического тока. Например, добавка в аргон до 5% кислорода снижает значение критического тока. При сварке в углекислом газе без применения специальных мер получить струйный перенос электродного металла невозможно. Невозможно его получить и при использовании тока прямой полярности.
|
|
|
При переходе к струйному переносу поток газов и металла от электрода в сторону сварочной ванны резко интенсифицируется благодаря сжимающему действию электромагнитных сил. В результате под дугой уменьшается прослойка жидкого металла, в сварочной ванне появляется местное углубление. Повышается теплопередача к основному металлу, и шов приобретает форму с повышенной глубиной проплавления по его оси. При струйном переносе дуга очень стабильна — колебаний сварочного тока и напряжений не наблюдается.
Режим струйного переноса металла характеризуется узким столбом дуги и заостренным концом плавящейся электродной проволоки. Расплавленный металл проволоки передается через дугу в виде мелких капель — от сотен до нескольких сотен в секунду. Диаметр капель равняется диаметру электрода или меньше него. Поток капель осенаправленый. Скорость плавления проволоки — 42—340 мм/с.
Струйный перенос металла происходит при дуге высокой стабильности (напряжение на дуге — 28—40 В при токе 290—450 А) и позволяет формировать качественные сварные швы на высоких значениях тока. Данный режим необходим для сварки металлов толщиной более 5 мм.
Режим непрерывного вращающегося переноса металла (ротационный перенос).
Ротационный перенос металла возникает при образовании длинного столба жидкости на конце оплавляющегося электрода. Вследствие очень большого тока (напряжение на дуге — 40—50 В при токе 450—650 А) и большого вылета электрода температура образовывающейся капли настолько высока, что электрод плавится уже без действия дуги. Расстояние до токоведущего мундштука в этом случая составляет 25—35 мм. По причине продольного магнитного поля столб жидкости вращается вокруг своей оси и конически расширяется (рис. 3. 6). Капли металла переходят в радиальном направлении в основной материал и создают относительно плоское и широкое проплавление.
В зависимости от свариваемого металла и его толщины в качестве защитных газов используют инертные, активные газы или их смеси. В силу физических особенностей стабильность дуги и ее технологические свойства выше при использовании постоянного тока обратной полярности. При использовании постоянного тока прямой полярности количество расплавляемого электродного металла увеличивается на 25—30%, но резко снижается стабильность дуги и повышаются потери металла на разбрызгивание. Применение переменного тока невозможно из-за нестабильного горения дуги.
|
|
|
