Cele mai moderne aparate de sudat au în proiectarea lor un bloc de diode redresoare, care, la rândul lor, asigură un curent de sudare constant. Pentru dispozitivele care folosesc sârmă ca material de sudură (mașini de sudură semi-automate), aceasta este condiție prealabilă. Pentru dispozitivele care folosesc electrozi pentru funcționare, aceasta este deja o opțiune, permițând utilizarea aproape oricărei mărci de electrozi pentru lucrări de sudare.
Clasificarea arcului de sudare în funcție de polaritatea curentului continuu:
a - polaritate dreaptă; b - polaritate inversă
Când utilizați un dispozitiv semi-automat, este necesar să respectați polaritatea conexiunii. Astfel, sudarea cu sârmă acoperită cu cupru convențional într-un mediu de gaz de protecție se realizează cu un curent de polaritate dreaptă. Adică, un plus este furnizat produsului și un minus suportului (polaritate dreaptă la sudare). Cu această conexiune, curentul curge de la sârmă la produs și, prin urmare, produsul se încălzește mai mult decât sârma de sudură. Și asta este firesc. Piesele care trebuie sudate au semnificativ suprafata mare, în consecință, necesită mai multă încălzire pentru a forma un bazin de sudură. Sârma, care are o suprafață mai mică, se topește destul de ușor și intră în locul de sudare sub forma unei picături topite. Curentul care curge, și curge precis de la plus la minus, captează materialul topit, contribuind din nou la formarea unui bazin de sudură de înaltă calitate.
Judecând după comentariile vizitatorilor site-ului nostru, a existat o mică confuzie cu privire la direcția în care curge curentul în circuit. Să încercăm să lămurim această problemă!
Este necesar să înțelegem că „direcția curentului” în inginerie electrică este mai mult o convenție adoptată pentru desenarea circuitelor. În mod tradițional, pe diagrame, se obișnuiește să se tragă de la plus la minus, ca și cum fluxul de curent ar fi de la plus la minus, deși mișcarea reală a purtătorilor de sarcină are loc în cele mai multe cazuri în direcția opusă! Dacă conductorul este un metal (sârmă, electrod etc.), purtătorii de sarcină reali - electronii - zboară de la minus la plus (deoarece electronii sunt particule încărcate negativ). Dacă conductorul este un gaz ionizat sau un lichid cu ioni, atunci ionii zboară în ambele direcții.
Când se operează o mașină semi-automată fără un mediu de protecție împotriva gazului, se folosește un fir special cu miez de flux (cu miez de flux). În acest caz, polaritatea de conectare a suportului și masă trebuie schimbată. Adică, pământul este „minus”, iar suportul este pozitiv (polaritate inversă la sudare). Acest lucru se datorează faptului că temperatura de topire a fluxului este aproximativ aceeași cu temperatura de topire a metalului, totuși, pentru a obține o sudură de înaltă calitate, este necesar ca fluxul să ardă și să formeze un mic nor gazos în mediul în care va avea loc procesul de sudare. După cum s-a menționat mai sus, curentul curge de la minus la plus, prin urmare, căderea picăturii de metal topit va fi oarecum mai mică, ceea ce va asigura o încălzire mai mică a metalului sudat, deoarece răcirea acestuia din urmă nu este efectuată de ecranare. mediu gazos și formarea bazinului de sudură va fi aproximativ aceeași ca și în cazul sudării cu gaz.
Sudarea metalelor neferoase, în special a aluminiului, se realizează de obicei cu un electrod special de wolfram. În acest caz, de obicei folosesc polaritate dreaptă atunci când sudează - minus pe electrod. Acest tip de conexiune face posibilă obținerea unei temperaturi mai ridicate în zona de încălzire, ceea ce este deosebit de critic pentru aluminiu, deoarece inițial este necesară „ruperea” filmului de oxid, mai ales că punctul de topire al acestuia din urmă este mult mai mare decât metalul în sine.
Polaritatea dreaptă, printre altele, face posibilă obținerea unui arc electric mai concentrat și îngust, o penetrare mai profundă a metalului și, în consecință, o sudură de mai bună calitate și, important, utilizarea unui diametru mai mic al unui electrod de wolfram scump, precum și reducerea consumul de gaz la fel de ieftin.
Când un electrod de wolfram este conectat în polaritate inversă în timpul sudării - cu un plus pe suport - cusătura este mai puțin adâncă. Această metodă este bună la sudarea plăcilor subțiri - în acest caz nu există pericolul de a arde prin materialul sudat. Cu toate acestea, un alt dezavantaj este efectul de „suflare magnetică”. În acest caz, arcul rezultat se dovedește a fi rătăcitor, iar cusătura se dovedește a fi mai puțin frumoasă și etanșă. Detalii Categorie: Sudare
Cartea examinează proprietățile tehnologice ale arcurilor electrice de sudare la sudarea cu electrozi cu conținut scăzut de carbon, cu diferite acoperiri. Este prezentată influența proceselor energetice la catod, anod și în coloana arcului asupra performanței de topire și efectului de penetrare al electrozilor, precum și asupra transferului de metal în arc și stabilitatea arderii acestuia. A fost stabilită natura schimbării stării energetice a zonelor individuale de arc atunci când în ea sunt introduse diferite substanțe.
Pe baza teoriei propagării căldurii în timpul sudării, au fost dezvoltate metode de calcul a unor caracteristici tehnologice ale electrozilor.
Cartea este destinată inginerilor, lucrători științificiși studenții absolvenți interesați de utilizarea descărcării cu arc și de caracteristicile energetice ale acesteia.
Proprietățile arcului electric ar trebui să aibă o influență decisivă asupra caracteristicilor procesului de sudare cu electrozi. Acest lucru se datorează faptului că arcul este principala sursă de energie termică. Alte surse posibile energie (încălzirea electrodului cu curent și căldură reactii chimice la topirea învelişului) au o importanţă secundară. Acest lucru este confirmat de următoarele date. Când tijele cu un diametru de 4-5 mm din oțel cu conținut scăzut de carbon sunt încălzite prin curent de sudare la o densitate de curent de până la 20 ajmm2, numai aproximativ 20% din căldura necesară pentru topire este eliberată în ele, iar cantitatea principală de căldură este eliberată la sfârșitul topirii electrodului, când rezistența lui ohmică crește semnificativ pentru încălzire. Efectul termic al reacțiilor chimice pentru cei mai uzuali electrozi industriali, determinat în lucrare cu ajutorul unei tehnici speciale de calorimetrie, nu depășește ±8-9% din puterea arcului.
Caracteristicile energetice ale arcurilor de sudare depind de tipul de acoperire a electrodului. Această dependență poate fi stabilită la același curent I din diferența de tensiune a arcului Da, deoarece puterea arcului este /Da* Este recomandabil să se compare valorile așa-numitei tensiuni nominale de arc (tensiunea arcului caracteristică unui anumit arc). electrod la modul optim de sudare).
Mai jos sunt valorile tensiunii nominale de arc obținute de A. A. Erokhin pentru sârmă cu emisii scăzute de carbon cu diferite acoperiri subțiri la curent continuu de polaritate directă (în v):
Neacoperit.................................................. ....... ............18
Strat subțire de sticlă lichidă............................................. ......17
Cretă și sticlă lichidă.................................................. ........... .15
Nisip de cuarț și sticlă lichidă.................................24
Caolin și sticlă lichidă.................................................. .....28
Este evident că arcuri de sudură cu o tensiune nominală mai mare, cu altele condiţii egale va fi mai puternic. Motivul modificării puterii arcului de sudare la aplicarea anumitor acoperiri constă în modificarea condițiilor fizice de existență a descărcării arcului cauzată de acoperiri.
În prezent, caracteristicile arcurilor electrice specifice la sudarea cu diverși electrozi au fost studiate extrem de prost. Într-o anumită măsură, sunt cunoscute doar fenomenele din coloana arcului. În același timp, procesele din regiunile apropiate de electrozi care au mare valoare să înțeleagă rolul tehnologic al arcului electric în procesul de sudare. Rezultatele studiului arcurilor electrice nesudate dau o idee despre fenomenele din zonele apropiate de electrozi ale arcurilor de sudare. Astfel, datorită varietății de tipuri de arcuri electrice, fizicienii au încercat să le clasifice aproximativ în funcție de fenomenele de la catod.
A. Engel consideră că este recomandabil să se împartă arcurile electrice autosusținute în două grupe: arcuri în care catozii se evaporă vizibil la temperaturi când încă nu există emisie termoionică (arcuri cu catod „rece”) și arcuri în care catozii au o temperatură suficientă pentru o emisie termoionică semnificativă (arc cu catod termoionic).
Baza electrozilor de sudare cu conținut scăzut de carbon este fierul, al cărui punct de fierbere este de aproximativ 2740 ° C. Impuritățile prezente în oțel pot duce la scăderea punctului de fierbere al electrodului sau la fierbere selectivă la o temperatură sub punctul de fierbere de fier. De exemplu, manganul se evaporă deja la 1900° C, pierderile sale în timpul sudării din cauza evaporării pot fi semnificative. Suprafața picăturilor de la capătul electrodului este aproape întotdeauna acoperită cu zgură și oxizi, al căror punct de fierbere poate fi și mai mic decât punctul de fierbere al fierului (A!203-2250e C, Si02-2230° C etc. .). Temperatura catozilor de fier, acoperiți cu zguri și oxizi din cauza evaporării lor în arc și a consumului semnificativ de energie pentru o astfel de evaporare, poate să nu atingă punctul de fierbere al fierului.
La un punct de fierbere relativ scăzut de fier și posibile impurități și zguri, emisie termoionică vizibilă de la suprafața picăturilor la presiunea atmosferică este teoretic imposibilă și, prin urmare, arcurile de sudură cu electrozi consumabili ar trebui clasificate conform clasificării lui Engel ca arcuri cu catod „rece”. Trebuie remarcat faptul că împărțirea arcurilor propusă de Engel nu este strictă. Cercetările au arătat că, datorită creșterilor locale ale presiunii și temperaturii în regiunea catodului în arcele cu catod „rece”, este posibilă și emisia termoionică.
Recent, au apărut gradații fenomenologice mai subtile ale arcurilor. Astfel, W. Finkelnburg și G. Mecker consideră că există arce fără un punct catodic, arce cu un punct catodic foarte comprimat și staționar și arce nestaționare cu un punct catodic în mișcare rapidă și haotică. În arcurile nestaționare, durata de viață a spotului catodic este foarte scurtă, care, atunci când dispare, este înlocuită cu un punct similar nou format (sau mai multe puncte). Aceste arcuri, în parametrii lor (curent, presiune, starea suprafeței catodului), sunt cele mai apropiate de arcurile de sudură cu un electrod consumabil.
Lucrarea indică faptul că intensitatea mișcării vârfului este influențată semnificativ de materialul catodului. S-a găsit o relație între intensitatea evaporării catodului și mișcarea spotului. Cu catozii cu evaporare slabă, pata se mișcă mai intens.
Un arc cu un punct catod se poate transforma, în anumite condiții, într-un arc fără punct. Potrivit lui W. Weitzel, într-un arc fără punct catod, emisia termică de electroni din catod joacă un rol semnificativ. Într-un arc cu un punct catod, un nor de ioni pozitivi se formează în plasma contractată lângă catod, smulgând electronii din acesta.
Un arc fără pată pe curent alternativ trebuie să ardă fără vârfuri de tensiune în fiecare jumătate de ciclu din cauza inerției termice mari a electrozilor. Într-un arc cu un punct catod, există întotdeauna un vârf de tensiune la începutul fiecărui semiciclu. Energia cheltuită pe acest vârf este cheltuită pentru reorientarea norului de ioni pozitivi și crearea condițiilor de emisie necesare la catod.
Studiul fenomenelor din regiunea catodului ar fi, fără îndoială, important pentru arcurile de sudare, dar pentru arcurile cu un electrod consumabil acest lucru este dificil, deoarece lungimea scurtă a dușului, prezența unui manșon din acoperire și transferul picăturilor de metal. previne observațiile directe în regiunea catodului.
În ciuda acestui fapt, pot fi obținute unele date care convinge de o diferență semnificativă în procesele la catodul arcurilor de sudare a diferiților electrozi. De exemplu, analizând sudarea în curent alternativ folosind oscilograme de tensiune, se poate stabili că arcurile diferiților electrozi diferă între ele prin natura excitației în fiecare semiciclu și, prin urmare, prin caracteristicile catozilor. În cazul electrozilor TsM7, OMM5 și TsTs1, vârfurile de tensiune în timpul excitațiilor arcului există în fiecare jumătate de ciclu și, conform lui V. Weinel, astfel de arce pot fi clasificate ca arce cu un punct catod. Cele mai înalte vârfuri de tensiune sunt observate la electrozii TsTs1. Electrozii cu un strat de bază (UONI13, SMI, > 112) în aceleași condiții formează un arc cu un vârf de tensiune într-un singur semiciclu (Fig. 1).
Există și diferențe în intensitatea rătăcirii locului. De exemplu, după cum arată filmările de mare viteză, pe electrozii acoperiți cu cretă, punctul catodic se mișcă lent, în timp ce pe electrozii acoperiți cu spat fluor se mișcă rapid de-a lungul suprafeței picăturii.
Mișcarea spotului nu este constantă. Poate rămâne relativ în repaus pentru o perioadă de timp și apoi începe brusc să se miște. Punctul poate face mișcări rapide de rotație în jurul picăturii. Din cadrele de film filmate cu o viteză de 5000 de cadre pe secundă, este dificil de judecat dacă mișcarea petelor este continuă sau sacadată. Dacă spotul se mișcă foarte repede, se pare că se stinge și reapare instantaneu într-un loc nou, mai favorabil, care poate fi chiar și de cealaltă parte a picăturii. Astfel, comportamentul punctelor active ale arcului de sudură corespunde, conform clasificării lui V. Finkelnburg și G. Mecker, celui de-al treilea tip de arc cu punct catodic nestaționar. 
Este foarte probabil ca natura mișcării unui spot pe un catod lichid în timpul sudării să fie apropiată de natura rătăcirii unui spot pe un catod de mercur, care aparține și catozilor de tip „reci”. Punctul catodic de pe mercur este format din celule individuale. Restructurarea acestor celule (apariția celor noi și dispariția celor vechi) duce la o mișcare haotică rapidă a întregului loc. Dimensiunile celulelor sunt foarte mici. Densitatea de curent într-o celulă este de aproximativ 106 A/cm2. Arcurile de la catozii de mercur, datorită structurii celulare a catodului, pot arde simultan din mai multe puncte catodice. Un fenomen similar se observă într-un număr de cazuri în timpul filmării de mare viteză a sudării cu sârmă cu emisii scăzute de carbon la o densitate de curent mai mare de 18 A/mm2 Pa de polaritate dreaptă.
Astfel, chiar și o considerație pur fenomenologică arată că arcurile electrice la sudarea cu electrozi diferiți au diferențe semnificative în procesele fizice care au loc în ele. Aceste diferențe sunt motivele modificărilor atât ale puterii arcului, cât și ale stabilității acestuia la aplicarea diferitelor acoperiri.
Diferențele dintre caracteristicile fizice și energetice ale pajiștilor ar trebui să conducă inevitabil la diferite caracteristici tehnologice ale electrozilor. Observațiile arată că arcurile de sudură care consumă mai multă putere sunt caracterizate de rătăcirea mai intensă a punctelor active. Pentru prima dată, G. M. Tikhodeev a acordat atenție conexiunii dintre tensiunea nominală a arcului și stabilitatea acestuia. Tensiunea nominală este, de asemenea, legată de viteza de topire a electrodului. Acest lucru a fost stabilit de I. D. Davydenko și A. A. Erokhin.
În ciuda importanței practice a acestor fapte, relativ puține lucrări au fost dedicate relației dintre caracteristicile tehnologice ale electrozilor și caracteristicile arcurilor electrice de sudare. Putem indica doar câteva lucrări în această direcție.
Astfel, K-K-Khrenov a arătat că substanțele cu un potențial de ionizare scăzut, introduse în arc chiar și în cantități mici, ajută la creșterea stabilității acestuia și permit efectuarea sudării cu curent alternativ. În această lucrare, o creștere a stabilității arcului a fost asociată cu o creștere a gradului de ionizare a plasmei.
A. A. Erokhin a descoperit că coeficientul de topire cu polaritatea directă crește odată cu creșterea tensiunii nominale a arcului. Cu polaritate inversă, coeficientul de topire este mai puțin dependent de tensiunea nominală. Acest rezultat al cercetării lui A.L. Erokhin, așa cum va fi arătat mai jos, este de o importanță fundamentală.
O serie de lucrări au arătat că proprietățile arcurilor de sudură cu un electrod consumabil și caracteristicile tehnologice ale procesului depind de polaritatea în timpul sudării, de materialul electrozilor, de starea suprafeței acestora și de atmosfera arcului. Cu toate acestea, în majoritatea cazurilor, aceste lucrări nu încearcă să coreleze energia arcului și caracteristicile tehnologice ale electrozilor.
Cercetarea este dedicată în principal luării în considerare a fenomenelor din coloana arcului. Se pot sublinia, de exemplu, monografiile lui K. K. Khrenov, A. Ya Brown și G. I. Pogodin-Alekseev, G. M. Tikhodeev, care sunt caracteristice în acest sens. Cu toate acestea, coloana arcului de sudare consumă de obicei o cantitate mică de energie și nu poate avea un efect semnificativ asupra acțiunii reciproce a arcului și a electrozilor. Regiunile aproape de electrozi slab studiate ale arcului ar trebui să aibă o influență semnificativ mai mare asupra acestei interacțiuni.
Marea importanță a energiei eliberate în regiunile apropiate de electrod, la evaluarea efectului termic al arcului asupra electrodului, a fost atrasă în atenția lui B. E. Paton, care scrie: Cercetări și cercetări Lachy efectuate recent la Institutul de Electricitate. Sudarea efectuată de D. M. Babkin a arătat că principala energie termică folosită pentru a încălzi și topi electrodul este eliberată în regiunea apropiată de electrod.”
Dintre lucrările consacrate arcului de sudare, pot fi denumite doar câteva în care se studiază topirea electrodului în legătură cu caracteristicile regiunilor apropiate de electrod. D. M. Babkin a examinat efectul regiunilor apropiate de electrod ale unei suduri puternice cu arc scufundat asupra topirii firului de electrod. Deși unele prevederi ale lucrării lui D. M. Babkin (valori egale ale curentului electron și ionic la catod) se întâlnesc cu obiecții, el a fost primul care a exprimat o idee importantă despre necesitatea de a lua în considerare separat efectul regiunilor apropiate de electrod asupra topirea electrodului și a efectuat calculele corespunzătoare. Cercetătorul japonez S. Ozawa a făcut o încercare similară de a lua în considerare topirea diverșilor electrozi în legătură cu energia din regiunile apropiate de electrozi ale arcului.
Un anumit impact negativ asupra dezvoltării cercetării în zonele apropiate de electrozi ale arcului de sudare a fost exercitat de poziția incorectă a lui K. Compton, cea pentru arcuri. presiune mare căderea de tensiune a catodului este numeric egală cu potențialul de ionizare al gazului arc. Acest lucru a creat iluzia posibilității de a calcula căderea de tensiune în regiunea catodică a arcului de sudare pe baza potențialului de ionizare al vaporilor de metal al electrodului fără măsurători speciale. Pe baza acestui punct de vedere, de exemplu, s-a încercat crearea unui model de arc de sudură în care căderea de tensiune a catodic a diferitelor arcuri cu un electrod consumabil din oțel cu conținut scăzut de carbon a fost în toate cazurile egală cu 8 V, ceea ce aproximativ corespuns potențialului de ionizare al vaporilor de fier, în realitate, căderea de tensiune a catodului unui arc de sudare poate varia foarte mult în funcție de starea suprafeței electrodului, tipul de acoperire sau flux, modul de sudare și un astfel de model nu este justificat.
Legătura evidentă dintre fenomenele din arc și caracteristicile tehnologice electrozii de sudare creează anumite posibilități de reglare proprietăți tehnologice sudarea tijelor de obraz, care poate fi efectuată în mai multe moduri. Este posibilă, în anumite limite, stabilizarea proceselor în arc (pentru îmbunătățirea stabilității arderii și reducerea stropilor) prin selectarea adecvată a parametrilor electrici ai surselor de curent și a circuitului de sudare. Principiul unei astfel de reglementări este de a selecta feedback-ul corect în sistemul arc - circuit de sudare - sursă de curent, care este asociat în principal cu stabilirea unei anumite forme a caracteristicii curent-tensiune a sursei de curent și proprietățile sale mecanice.
Aceste fenomene au fost studiate în detaliu de B. E. Paton. V. P. Nikitin, I. Ya-Rabinovich, V. K. Lebedev și M. N. Sidorenko, D. B. Keita și alții Această metodă poate fi numită o metodă externă de reglare a proprietăților sinologice.
O altă modalitate, mult mai puțin studiată, de reglare a proprietăților tehnologice ale electrozilor este influențarea activă a proceselor energetice din arcul propriu-zis prin introducerea diferitelor substanțe în arc, uneori în cantități foarte mici.
Această carte este dedicată rezultatelor cercetării privind posibilitatea unei astfel de reglementări a proprietăților tehnologice ale electrozilor.
Natura topirii și transferului metalului electrodului are o mare influență asupra performanței de sudare, interacțiunea metalului cu zgura și gazele; stabilitatea arderii arcului, pierderea metalului, formarea sudurii și alți factori tehnologici depind de aceasta.
Topirea electrodului. Topirea electrodului are loc în principal datorită energiei termice a arcului. Principala caracteristică a topirii electrodului este viteza de topire liniară sau în masă, măsurată prin lungimea sau masa electrodului (sârmă) topit pe unitatea de timp. Viteza de topire depinde de compoziția sârmei de sudură, acoperire, flux, gaz de protecție, modul de sudare, densitatea curentului și polaritatea, stickout-ul electrodului și o serie de alți factori. Dar chiar și pentru aceleași condiții de sudare, viteza de topire a electrodului nu rămâne constantă, ci se poate modifica treptat. Prin urmare, în practică, viteza medie de topire a electrodului este utilizată ca caracteristică, care este de obicei determinată pe o perioadă de timp care este arbitrară, dar depășește semnificativ durata perioadei de tranziție a picăturilor.
Deoarece viteza medie de topire depinde în mare măsură de modul de sudare, atunci când se evaluează influența diferiților factori asupra topirii electrodului, uneori este mai convenabil să se utilizeze valoarea specifică (pe unitate de curent) a acestei caracteristici, numită coeficient de topire. Viteza de topire a electrodului Gp este legată de coeficientul de topire ap prin expresia
unde k este un coeficient în funcție de alegerea unităților de măsură.
Cei mai importanți indicatori care caracterizează procesul de topire a electrodului sunt și coeficientul de depunere ssn și coeficientul de pierdere i|). Coeficientul de depunere, ca și coeficientul de topire, este valoarea specifică a vitezei
costume de baie Viteza magazinului bn este legată de coeficientul ^bm d9-
expresia trunchiului de baie
unde gp și gn sunt masele de metal topit și respectiv depus.
Expresia (2-14) este valabilă numai pentru electrozii care nu conțin aditivi metalici (pulbere de fier sau feroaliaje) în acoperire.
În prezența aditivilor metalici în acoperire, coeficientul „f” poate primi valori negative. În astfel de cazuri, reprezintă diferența dintre cantitatea de metal pierdută și cantitatea de metal transferată de la acoperire. coeficientul de pierdere totală poate fi determinat din expresie
aditivii metalici din acoperire.
Folosind indicatorii considerați, este posibil să se determine astfel de caracteristici precum randamentul metalului depus kc și randamentul metalului utilizabil k3.
Pentru electrozii cu aditivi metalici în acoperire, acest indicator poate fi semnificativ mai mare decât unitatea (sau mai mult de 100%).
Randamentul metalului adecvat k3 este raportul dintre masa metalului depus și masa părții topite a electrodului:
piese de electrozi; kn este coeficientul de masă de acoperire, care este raportul dintre masa de acoperire și masa părții acoperite a tijei electrodului.
Viteza de topire a electrodului pentru toate metodele de sudare cu arc cu un electrod consumabil crește odată cu creșterea curentului (Fig. 2-23). Într-o gamă largă de moduri, există o proporționalitate între rata de topire a electrodului și puterea curentului de sudare. Cu toate acestea, în regiunea curenților mici și mari, proporționalitatea este încălcată, ceea ce este asociat cu modificări ale caracteristicilor energetice ale arcului, dimensiunea punctelor active și densitățile de curent din ele și încălzirea electrodului de către curent. O creștere a vitezei de topire a electrodului la densități mari de curent este cauzată și de încălzirea tijei electrodului de către curentul care trece. Încălzirea electrodului la extensie este proporțională cu pătratul puterii curentului, rezistența firului și lungimea extensiei.
Viteza de topire a electrodului este determinată în principal de condițiile de eliberare și transfer de căldură în regiunile anodului și catodic și depinde de polaritatea curentului. La sudarea cu polaritate inversă, coeficientul de topire este practic independent de compoziția firului, a acoperirii, a fluxului sau a gazului de protecție. La sudarea cu polaritate directă, coeficientul de topire variază foarte mult în funcție de compoziția și starea suprafeței firului, compozițiile de acoperire, fluxul sau gazul de protecție (Fig. 2-24). Tensiunea arcului se modifică în consecință. În practică, de obicei folosesc valoarea tensiunii nominale a arcului UH - tensiunea caracteristică a unei mărci date de electrod, sârmă, flux sau gaz de protecție la lungimea arcului de lucru.
Viteza de topire a electrodului poate fi ajustată prin modificarea curentului sau a mărimii căderii de tensiune a catodului. Posibilitatea de a crește viteza de topire a electrozilor acoperiți cu
creșterea puterii curentului este limitată din cauza supraîncălzirii tijei electrodului. Cu metode automate și semi-automate de sudare, aceasta
limitarea este mai puţin semnificativă din cauza conplomelor mici de sârmă.
Introducerea de substanțe în fir, înveliș sau flux care măresc căderea de tensiune a catodului (și, prin urmare, tensiunea nominală a arcului) ajută la creșterea ratei de topire a firului la polaritate dreaptă. Modificarea compoziției gazului de protecție are un efect relativ mic asupra vitezei de topire a firului. Aplicarea unor cantități mici de săruri ale metalelor alcaline sau alcalino-pământoase pe firul de sudură reduce brusc viteza de topire a catodului. Acest fenomen este uneori folosit la așa-numita activare a firului pentru a încetini viteza de topire și pentru a produce transferul de picături fine de metal la polaritate dreaptă.
La sudarea cu electrozi acoperiți, viteza de topire a electrodului depinde și de grosimea stratului de acoperire. Îngroșarea stratului de acoperire duce la un consum suplimentar de căldură pentru topirea acestuia, precum și la o creștere a puterii eliberate în coloana arcului. Pentru electrozii fără aditivi metalici în acoperire, o creștere a grosimii stratului de acoperire duce la costuri inutile pentru topirea acestuia. Prin introducerea de aditivi metalici sau pulbere de fier în acoperire, viteza de depunere poate fi crescută semnificativ. Creșterea grosimii acoperirii și creșterea conținutului de pulbere de fier în acesta poate crește semnificativ densitatea curentului fără teama de supraîncălzire a tijei electrodului. Toți acești factori contribuie la creșterea productivității sudurii.
UDC 621.791.754"293
INFLUENȚA PARAMETRILOR DE MOD ASUPRA STABILITĂȚII SPAȚIALE A ARCULUI LA SUDAREA aliajelor de aluminiu CU UN ELECTROD NECONSUMABIL ÎN ARGON
CA. Kiselev, A.S. Universitatea Politehnică Gordynets Tomsk E-mail: [email protected]
Sunt prezentate rezultatele studiilor privind influența modulării de amplitudine a curentului dreptunghiular alternativ asupra stabilității spațiale a arcului la sudarea aliajelor de aluminiu cu un electrod neconsumabil într-un mediu cu argon. S-a demonstrat că o creștere a curentului de polaritate inversă la 10 A sau mai mult contribuie la extinderea zonei de mișcare a petelor catodice și, în consecință, la o abatere mai mare a arcului de la axa electrodului de wolfram. S-a stabilit experimental că la sudarea aliajelor de aluminiu într-o gamă largă de valori efective ale curentului dreptunghiular alternativ, poziția spațială a arcului în timpul curgerii curentului de polaritate directă ocupă o poziție aproape coaxială cu electrodul de tungsten în cazul o limitare pe termen scurt a curentului de arc de polaritate inversă la nivelul de 5 A în etapa finală a arderii sale.
Sudarea cu arc, aliaje de aluminiu, electrod neconsumabil, curent alternativ dreptunghiular, modulație de amplitudine.
Energia termică a arcului electric este transferată către electrod, iar piesa de prelucrat este sudată în principal prin puncte active și fluxuri de gaz. Rătăcirea petelor active de pe suprafața electrodului și a produsului, precum și abaterea coloanei arcului de la axa electrodului duce la dispersia fluxurilor de căldură, ceea ce provoacă o încălcare a stabilității de topire a metalului. fiind sudate. Acest lucru este cel mai evident când de mare viteză sudare și curent de arc scăzut. Astfel, unul dintre factorii care determină eficiența procesului de sudare este stabilitatea spațială a arcului.
Stabilitatea spațială a unui arc cu un electrod neconsumabil este determinată de viteza fluxului de plasmă în direcția axială. Pe măsură ce viteza acestui flux crește, deplasarea arcului în direcția transversală sub influența forțelor externe este limitată, adică stabilitatea spațială a arcului crește. Una dintre modalitățile de a controla stabilitatea spațială este de a influența parametrii săi electrici, deoarece viteza fluxului de plasmă și presiunea arcului sunt interconectate cu acestea.
Utilizarea curentului dreptunghiular alternativ contribuie la creșterea stabilității spațiale a arcului la sudarea aliajelor de aluminiu cu un electrod neconsumabil într-un mediu cu argon. Acest lucru este evidențiat indirect de rezultatele a numeroase studii. Lucrările arată influența parametrilor reglabili ai modului de sudare asupra naturii de penetrare a unui produs din aliaj de aluminiu și a lățimii zonei de pulverizare catodică. În special, sa remarcat că o scădere a curentului și a duratei arcului de polaritate inversă și o creștere corespunzătoare a parametrilor similari ai arcului de polaritate directă fac posibilă creșterea adâncimii de penetrare și reducerea lățimii sudurii și a zona de pulverizare catodică. În acest caz, presiunea arcului capătă un caracter pulsatoriu clar exprimat.
Astfel, pentru a asigura stabilitatea spațială a unui arc de curent dreptunghiular alternativ, este necesară setarea asimetriei maxime a parametrilor modului de ardere a arcului.
Kiselev Alexey Sergeevich,
Ph.D. tehnologie. Științe, conferențiar al Departamentului de Echipamente și Tehnologie de Producție de Sudură, Institutul de Încercări Nedistructive TPU. E-mail: [email protected] Domeniul de interes științific: controlul parametrilor modului de sudare cu arc și rezistență.
Gordynets Anton Sergheevici,
inginer, asistent al departamentului de „Echipamente și tehnologie de producție de sudare” al Institutului de Încercări Nedistructive TPU. E-mail: [email protected] Domeniul de interes științific: echipamente și procese de sudare cu arc.
polarități directe și inverse. Cu toate acestea, acest lucru poate duce la o scădere a calității îmbinare sudata din cauza indepartarii insuficiente a peliculei de oxid de suprafata.
Scopul lucrării este de a determina posibilitatea creșterii stabilității spațiale a arcului la sudarea aliajelor de aluminiu cu un electrod neconsumabil într-un mediu cu argon prin modularea în amplitudine a curentului dreptunghiular alternativ.
Metode de cercetare, rezultatele lor și discuții
Influența valorii curente în timpul perioadei de ardere a unui arc de polaritate inversă asupra stabilității sale spațiale a fost studiată folosind filmări de mare viteză (3000 de cadre pe secundă). În primul caz, curentul arcului cu polaritate inversă a fost setat egal cu 5 A, în al doilea - 32 A, în al treilea, curentul a fost modulat astfel încât la începutul perioadei să fie egal cu 5 A și apoi discret crescut la 32 A. Parametrii rămași ai modului sunt dați în Tabel. 1. Electrozii au fost o tijă de tungsten EHF cu diametrul de 1,0 mm și o placă din aliaj AMg6 de 100*30*3 mm. Viteza de mișcare a plăcii după excitarea arcului a fost stabilită ținând cont de formarea unui bazin de metal topit pe suprafața sa.
Tabelul 1. Parametrii modului de ardere cu arc
Curent de arc de polaritate normală, A 36
Frecvența de modificare a polarității, Hz 50
Raportul perioadelor de ardere a arcului de polaritate directă și inversă 2
Consum de gaz de protecție (argon), l/min 5
Analiza rezultatelor experimentale a arătat că în timpul arderii unui arc de polaritate inversă la o valoare curentă de 5 A, petele catodice se deplasează intens de-a lungul suprafeței oxidate a metalului direct adiacent topiturii bazinului de sudură. În acest caz, lățimea zonei de pulverizare catodică a filmului de oxid de suprafață în fața și pe părțile laterale ale băii nu depășește 0,3 mm. O creștere a curentului arcului de polaritate inversă până la un nivel de 32 A atât la începutul perioadei de ardere, cât și după un timp, ajută la extinderea zonei de mișcare intensă a petelor catodice de-a lungul suprafeței oxidate. În acest caz, lățimea zonei de pulverizare catodică și, prin urmare, îndepărtarea maximă a petelor catodice din topitura bazinului de sudură este de 1,6...1,8 mm. Un model similar de modificări ale lățimii zonei de mișcare a petelor catodice cu creșterea curentului arcului de polaritate inversă este observat atunci când suprafața de capăt a unei plăci de aliaj de aluminiu se topește. În acest caz, odată cu creșterea curentului, arcul de polaritate inversă se abate într-o măsură mai mare de la axa electrodului de wolfram, deoarece direcția sa este determinată de poziția relativă a punctelor active.
Stabilitatea spațială a arcului în timpul perioadei de curgere a curentului de polaritate directă a fost studiată cu o distanță crescută între electrozi pentru a determina vizual direcția coloanei arcului în raport cu axa electrodului de wolfram.
Analiza filmogramelor a arătat că în perioada inițială de ardere a unui arc de polaritate directă (după schimbarea polarității curentului de la invers în direct), locația acestuia în spațiu coincide cu locația anterioară a arcului de polaritate inversă (Fig. 1). ). Aceasta indică faptul că spotul anodic se formează la locul concentrației anterioare de puncte catodice. După un timp, în funcție de gradul de concentrare a petelor catodice și de distanța lor față de baia topită în timpul perioadei finale de ardere a arcului de polaritate inversă, coloana arcului de polaritate directă ocupă o poziție aproape coaxială cu wolfram. electrod.
Pentru a confirma relația dintre locația formării spotului anodic pe suprafața produsului sudat și concentrația anterioară a petelor catodice, a fost efectuat următorul experiment. Esența sa a fost înregistrarea curentului de polarități directe și inverse în circuitul unui produs secționat format din trei plăci groase de 2 mm din aliaj AMg6, izolate între ele. În acest caz, placa centrală a fost amplasată simetric în raport cu electrodul de wolfram. Plăcile produsului secţionat au fost conectate la circuitul de sudare prin derivaţii coaxiale (Fig. 2). Spațiul dintre plăci în timpul procesului de refluxare
suprafața de capăt a fost de 0,2...0,3 mm. Parametrii modului de ardere cu arc dreptunghiular alternativ au corespuns celor indicați în tabel, iar curentul arcului cu polaritate inversă a fost setat la 32 A.
Orez. 1. Filmograme arcului la schimbarea polarității: 1pp - curent de arc de polaritate dreaptă (36 A); 1op - curent de arc de polaritate inversă (32 A); 4п - perioada de ardere a arcului de polaritate inversă; 4п - perioada de ardere a unui arc de polaritate directă; viteza de fotografiere 3000 fps
Orez. 2. Schema de conectare a produsului secţionat la circuitul de sudare: 1, 3 - plăci laterale; 2 - placa centrala; 4, 5 - osciloscoape; 6 - sursa de curent dreptunghiular alternativ; RS1, RS2 - șunturi coaxiale
Rezultatele experimentului au arătat că în timpul mișcării relative a electrozilor cu o viteză care asigură topirea suprafeței de capăt a plăcii centrale a produsului secționat și topirea parțială a suprafețelor plăcilor laterale, în timpul arderii se formează periodic pete catodice. a arcului de polaritate inversă atât pe plăcile centrale cât și pe cele laterale (Fig. 3).
Orez. 3. Oscilograma curentului din circuitul plăcilor laterale ale produsului secţionat = 17,8 A/div; c, = 0,1 s/div)
În plus, au fost înregistrate cazuri de existență simultană a petelor catodice pe plăcile adiacente. De aici rezultă că în momentul excitării repetate a arcului de polaritate directă, locul de formare a spotului anodic, care are dimensiuni finite și densitate de curent, este determinat de preistoria existenței arcului de polaritate inversă.
În special, dacă în momentul care precede schimbarea polarității, un arc de polaritate inversă a ars între electrodul de wolfram și placa laterală, atunci punctul anod, atunci când arcul de polaritate directă este reexcitat, tinde să ia, de asemenea, o poziție. pe această farfurie. Mai mult, aria de acoperire a suprafeței plăcii laterale de către spotul anodic și, în consecință, cantitatea de curent de polaritate directă înregistrată în circuitul acestei plăci crește într-o măsură mai mare în cazul excitației și arderii predominante. a unui arc de polaritate inversă pe acesta. Odată cu o modificare ulterioară a naturii arderii arcului de polaritate inversă, și anume arderea sa predominantă pe placa centrală, spotul anodic în perioadele de ardere a arcului de polaritate directă se deplasează spre placa centrală.
Astfel, rezultatele experimentului folosind un produs secționat sunt în concordanță cu datele de la filmările de mare viteză. Modelul remarcat al comportamentului arcului în timpul perioadei de curgere a curentului de polaritate directă și inversă poate fi explicat după cum urmează. Se știe că arderea unui arc de polaritate inversă pe un catod rece, a cărui suprafață este acoperită cu o peliculă de oxid, este însoțită de mișcarea intensă a petelor catodice în limita haloului de gaz. În acest caz, poziția relativă a petelor catodice se schimbă periodic de la concentrat la împrăștiat, chiar și la un curent minim.
De îndată ce topirea suprafeței catodului începe într-o zonă locală, punctele catodice sunt localizate predominant la interfața dintre fazele solide și lichide ale metalului. Schimbarea naturii locației și mișcării petelor în acest caz se datorează unei scăderi a grosimii peliculei de oxid de suprafață la interfață și, în consecință, unei scăderi a energiei legării sale cu metalul substrat, care este motivul scăderii curentului de arc de prag. Odată cu o creștere a curentului arcului de polaritate inversă, unele dintre punctele catodice sunt deplasate de la limita de fază la suprafață cu o peliculă de oxid mai groasă. Ca rezultat, zona de pulverizare catodică crește și, prin urmare, arcul de polaritate inversă este mai supus abaterilor de la axa electrodului de tungsten.
Abaterea la reexcitarea unui arc de polaritate directă spre concentrarea anterioară a petelor catodice este asociată cu fenomene reziduale în intervalul interelectrod și pe suprafața electrozilor la curent zero. Se ştie că după
După ce arcul este stins, este nevoie de o perioadă finită de timp pentru dispariția vaporilor din electrozi din fostele locații ale punctelor active, precum și a particulelor încărcate din spațiul interelectrod. Având în vedere că configurația experimentală oferă o durată foarte scurtă a pauzei de timp mort la schimbarea polarității de la invers la direct, aceste fenomene se manifestă într-o măsură mai mare. În plus, deviația unui arc de polaritate directă este influențată de natura distribuției temperaturii mediului gazos în care arcul este excitat și arde în perioada corespunzătoare.
În special, O.Ya. Novikov a arătat că, cu încălzire suplimentară, zona de conducere a arcului electric se mișcă în direcția sursei de încălzire. De aici rezultă că zona de conducere a arcului de polaritate inversă, care are o temperatură maximă în raport cu mediu, în cazul unei abateri caracteristice a arcului de la axa electrodului de wolfram și o modificare instantanee a polarității curentului poate fi considerată ca un suplimentar sursă externăîncălzire pentru un arc de polaritate directă. Încălzirea suplimentară contribuie la asimetria conductivității arcului și la redistribuirea corespunzătoare a liniilor de curent. Natura netedă a modificării poziției spațiale a arcului de polaritate directă și a spotului anodului este asociată cu inerția termică a spotului și a gazului în spațiul interelectrod.
Rezultatele experimentale prezentate mai sus confirmă ipoteza prezentată anterior că parametrul principal al modului de sudare a aliajelor de aluminiu cu un electrod de tungsten, care determină stabilitatea spațială a arcului de curent dreptunghiular alternativ, este valoarea curentului în circuitul de sudare la final. stadiul de ardere a arcului de polaritate inversă. Luând în considerare această dependență, este posibil să se rezolve contradicția dintre cerințele pentru modul de sudare în ceea ce privește curățarea de înaltă calitate a suprafeței produsului de pelicula de oxid și creșterea stabilității spațiale a arcului. Pentru a face acest lucru, este necesar să se limiteze forțat curentul din circuitul de sudare la o valoare minimă imediat înainte de a schimba polaritatea de la invers la direct.
Această concluzie este confirmată de rezultatele unui experiment suplimentar folosind un produs secționat. Din oscilogramele din fig. 4 rezultă că, în ciuda valorii efective relativ mari a curentului în perioada de ardere a arcului de polaritate inversă (30...32 A) și a rătăcirii intense a petelor catodice (Fig. 4, b), limitarea forțată a curentului înainte de schimbarea polarității la nivelul de 5 A reduce abaterea arcului de polaritate directă de la axa electrodului de wolfram.
Orez. 4. Oscilograme ale curentului în circuitul de sudare şi în circuitul plăcilor laterale ale produsului secţionat: a) curent în circuitul de sudare (d- = 17,8 A/div); b) curent în circuitul plăcilor laterale (d = 8,9 A/div); d = 0,02 s/div
1. O creștere a curentului de polaritate inversă la 10 A sau mai mult promovează o extindere a zonei de mișcare a petelor catodice și, în consecință, o abatere mai mare a arcului de la axa electrodului de tungsten.
2. În perioada inițială de ardere a unui arc de polaritate directă, amplasarea acestuia în spațiu coincide cu locația anterioară a arcului de polaritate inversă și este asociată cu fenomene reziduale în golul interelectrod și pe suprafața electrozilor la curent zero.
3. Sa stabilit experimental că la sudarea aliajelor de aluminiu într-o gamă largă de valori efective ale curentului dreptunghiular alternativ, poziția spațială a arcului în timpul curgerii curentului de polaritate directă ocupă o poziție aproape coaxială cu electrodul de tungsten în cazul unei limitări de scurtă durată a curentului de arc de polaritate inversă la nivelul de 5 A în etapa finală a arderii acestuia.
REFERINȚE
1. Tehnologia sudării electrice a metalelor și aliajelor prin fuziune / ed. FI. Paton. -M.: Inginerie mecanică, 1974. - 768 p.
2. Kovalev I.M., Akulov A.I., Martinson L.K. Despre unele regularități în fluxurile fluxurilor de plasmă arc // Fizica și chimia prelucrării materialelor. - 1972. - Nr 2. - P. 9-14.
3. Arc electric în timpul sudării / VCP. - 1986. - Nr M-04340. - 91 s. - Per. Art.: Arcul electric în sudare // Fizica sudării. Oxford: Institutul Internațional de Sudare, 1984. - P. 134-203.
4. Kiselev A.S. Studiul stabilității spațiale a unui arc de curent alternativ cu o formă de undă dreptunghiulară: abstract. raport I Conferința științifică și practică a sudorilor din Asia Centrală și Kazahstan. - Karaganda, 1991. - p. 12-13.
5. Korotkova G.M., Slavin G.A., Filippov M.A. Studiul procesului de sudare cu arc dreptunghiular de curent alternativ // Productie de sudare. - 1971. - Nr. 10. - P. 4-6.
6. Sudarea cu arc de curent alternativ a aliajelor de aluminiu cu un electrod de wolfram într-un mediu de gaz inert // Informelektro. - 1986. - Nr. 51102. - P. 16. - Trad. Art.: Maruo H., Hirata Y. Articole rectangulare Sudarea AC TIG a aliajului de aluminiu // Institutul Internațional de Sudare. Document. - 1986. - Nr. 212-647-86. - P. 1-10.
7. Kesaev I.G. Procesele catodice ale unui arc electric. - M.: Nauka, 1968. - 244 p.
8. Gvozdetsky V.S., Rublevsky I.N., Yarinich L.M. Procese pre-arc pe catozi reci cu un spațiu de descărcare slab ionizat // Sudare automată. - 1977.
- Nr. 10. - P. 17-22.
9. Stolbov V.I. Studiul formei arcului de sudare // Sudarea automată. - 1979. - Nr. 2.
pp. 15-17, 22.
10. Leskov G.I. Arc electric de sudare. - M.: Inginerie mecanică, 1970. - 335 p.
11. Novikov O.Ya. Stabilitatea arcului electric. - L.: Energie, 1978. - 156 p.
12. Tihodeev G.M. Proprietățile energetice ale unui arc electric de sudare. - M.; L.: Editura Academiei de Științe a URSS, 1961. - 254 p.
13. Kovalev I.M. Stabilitatea spațială a unui arc în mișcare cu un catod neconsumabil // Producția de sudare. - 1972. - Nr. 8. - P. 1-3.