Влияние магнитных полей на дугу

Сварочная дуга является гибкой газовой вставкой между электродом и изделием и, как всякий проводник с током, взаимодействует с магнитным полем. Отклонение столба дуги под действием магнитного поля, наблюдаемое в основном при сварке постоянным током, называется магнитным дутьем (рис. 2.4). Возникновение его объясняется тем, что в местах изменения направления тока создаются различные напряженности магнитного поля. Это приводит к отклонению дуги в сторону, противоположную большей напряженности.

При сварке переменным током, в связи с тем, что полярность меняется с частотой тока, это явление проявляется значительно слабее.

Магнитное дутье также имеет место при сварке вблизи ферромагнитных масс (железо и сталь). Дуга в этом случае отклоняется в сторону этих масс. Возникновение магнитного дутья вызывает непровары и ухудшает внешний вид шва.

 

 

Рис. 2.4 - Влияние магнитных полей и ферромагнитных масс на сварочную дугу:
а - нормальное положение дуги; б - отклонение дуги под влиянием неравномерной напряженности магнитного поля; в - отклонение дуги под влиянием ферромагнитных масс;

Н₁ и Н₂ - напряженности магнитного поля.

Устранить его можно:
• изменением места токоподвода и угла наклона электрода;
• временным размещением дополнительного ферромагнитного материала, создающего симметричное магнитное поле;
• заменой постоянного тока переменным.

Технологические свойствами сварочной дуги

Под технологическими свойствами сварочной дуги понимают сово­купность ее теплового, механического и физико-химического воздействия на электроды, определяющие интенсивность плавления электрода, характер его переноса, проплавление основного металла, формирование и качество шва. Технологические свойства дуги взаимосвязаны и определяются пара­метрами режима сварки.

Важными технологическими характеристиками дуги являются за­жигание и стабильность горения дуги. Условия зажигания и горения ду­ги зависят от рода тока, полярности, химического состава электродов, межэлектродного промежутка и его длины. Для надежного обеспечения процесса зажигания дуги необходимо подведение к электродам доста­точного напряжения холостого хода источника питания дуги, но в то же время безопасного для работающего. Для сварочных источников на­пряжение холостого хода не превышает 80 В на переменном токе и 90 В на постоянном. Обычно напряжение зажигания дуги больше напряже­ния горения дуги на переменном токе в 1,2—2,5 раза, а на постоянном токе — в 1,2-1,4 раза. Дуга зажигается от нагрева электродов, возни­кающего при их соприкосновении. В момент отрыва электрода от изде­лия с нагретого катода происходит электронная эмиссия. Электронный ток ионизует газы и пары металла межэлектродного промежутка, и с этого момента в дуге появляются электронный и ионный токи. Время установления дугового разряда составляет 10^-5-10^-4с. Поддержание не­прерывного горения дуги будет осуществляться, если приток энергии в дугу компенсирует ее потери. Таким образом, условием для зажигания и устойчивого горения дуги является наличие специального источника питания электрическим током.

Вторым условием является наличие ионизации в дуговом проме­жутке. Степень протекания этого процесса зависит от химического со­става электродов и газовой среды в дуговом промежутке. Степень иони­зации выше при наличии в дуговом промежутке легкоионизующихся элементов. Горящая дуга может быть растянута до определенной дли­ны, после чего она гаснет. Чем выше степень ионизации в дуговом про­межутке, тем длиннее может быть дуга. Максимальная длина горящей без обрыва дуги характеризует важнейшее технологическое свойство ее — стабильность. Стабильность дуги зависит от целого ряда факторов: температуры катода, его эмиссионной способности, степени ионизации среды, длины дуги и др.

К технологическим характеристикам дуги относятся также про­странственная устойчивость и эластичность. Под этим понимают спо­собность сохранения дугой неизменности пространственного положе­ния относительно электродов в режиме устойчивого горения и возможность отклонения и перемещения без затухания под воздействием внешних факторов. Такими факторами могут быть магнитные поля и ферромагнитные массы, с которыми дуга может взаимодействовать.

Вольт-амперная характеристика дуги

Зависимость напряжения дуги от тока и сварочной цепи называют статической вольт-амперной характеристикой дуги.

 

 

   Рис. 2.5 -

 

 

Вольт-амперная характеристика дуги (рис. 2.5 а) имеет три области: падающую 1, жесткую 2 и возрастающую 3. В области 1 (до 100 А) с увеличением тока напряжение значительно уменьшается. Это происходит в связи с тем, что при повышении тока увеличивается поперечное сечение, а следовательно, и проводимость столба дуги. В области 2 (100… 1000 А) при увеличении тока напряжение сохраняется постоянным, так как сечение столба дуги и площади анодного и катодного пятен увеличиваются пропорционально току. Область характеризуется постоянством плотности тока. В области 3 напряжение возрастает вследствие того, что увеличение плотности тока выше определенного значения не сопровождается увеличением катодного пятна ввиду ограниченности сечения электрода. Дуга области 1 горит неустойчиво и поэтому имеет ограниченное применение. Дуга области 2 горит устойчиво и обеспечивает нормальный процесс сварки.

Вольт-амперная характеристика дуги при ручной дуговой сварке низкоуглеродистой стали (рис. 2.5 б) представлена в виде кривых а (длина дуги 2 мм) и б (длина дуги 4 мм). Кривые в (длина дуги 2 мм) и г (длина дуги 4 мм) относятся к автоматической сварке под флюсом при высоких плотностях тока.

Внешней вольтамперной характеристикой источника питания дуги называется зависимость напряжения источника питания (U_ип) от величины сварочного тока (I_св) (рис 2.6).

Источники питания дуги имеют следующие виды внешних характеристик: крутопадающую, пологопадающую, жесткую и возрастающую. Крутопадающая характеристика применяется для ручной дуговой сварки покрытыми электродами, пологопадающая и особенно жесткая – для механизированной сварки плавящимся электродом с постоянной скоростью подачи сварочной проволоки в зону дуги, возрастающая – для механизированной сварки под флюсом.

 

Рис.  2.6 - Внешние вольтамперные характеристики источника питания дуги

2.2. Сварочные материалы

Сварочными называют материалы,обеспечивающие возможностьпротекания сварочных процессов и получение качественных сварных соединений. К ним относят присадочные металлы, покрытые электроды, флюсы, защитные газы и некоторые другие.

Подавляющее большинство швов при сварке выполняют с применением присадочных материалов. Роль их заключается не только в получении необходимой геометрии шва, но и в обеспечении высоких эксплуатационных характеристик при минимальной склонности к образованию дефектов. В большинстве случаев состав присадочного металла мало отличается от химического состава свариваемого металла. Присадочные металлы разрабатывают применительно к конкретным группам свариваемых металлов и сплавов или даже к их отдельным маркам. При этом учитывают и методы сварки, определяющие потери отдельных элементов. Присадочный металл должен быть более чистым по примесям, содержать меньшие количества газов и шлаковых включений. Присадочные металлы используют в виде металлической проволоки сплошного сечения или порошковой проволоки (с порошковым сердечником). Применяют также прутки, пластины, ленты. К сварочной проволоке предъявляют высокие требования по состоянию поверхности, предельным отклонениям по диаметру, овальности и другим показателям.

Высокое качество сварочной проволоки и других присадочных металлов сохраняется при тщательной упаковке и консервации, а также правильном хранении и транспортировке. Наиболее часто сварочную проволоку поставляют в виде мотков, покрытых консервирующей смазкой. Поверхность мотка обертывают влагонепроницаемой бумагой, полимерной пленкой и т.п. Каждая партия проволоки должна снабжаться сертификатом завода-изготовителя, где указываются марка проволоки, химический состав, номер плавки и другие сведения. Присадочные материалы перед сваркой должны проходить тщательную очистку поверхности. Наличие следов смазки или других загрязнений не допускается. В большинстве случаев требуется и очистка от оксидов. Для удаления жировых загрязнений применяют обезжиривание. Оксидную пленку удаляют травлением, химическим и электрохимическим полированием. Для сварки необходимо применять преимущественно присадочные материалы, выпускаемые по специализированным стандартам или техническим условиям. Промышленность выпускает присадочные материалы для сварки сталей, чугуна, алюминия, меди, титана и их сплавов.

Основные размеры сварочной проволоки:

• Диаметр: 0.3 (мм), 0.8 (мм), 1.6(мм), 2 (мм), 2.5 (мм), 3 (мм), 5 (мм), 8 (мм), 10 (мм), 12 (мм).
• Наружный диаметр мотка: 175 (мм), 250 (мм), 320 (мм), 600 (мм).
• Внутренний диаметр мотка: 100 (мм), 175 (мм), 220 (мм), 260 (мм), 400 (мм).
• Высота мотка: 50 (мм) 85 (мм), 90 (мм).

Особенности маркировки:

В маркировке сварочной проволоки есть буквы и цифры, которые в свою очередь обозначают

содержание углерода в сотых долях процента, химические элементы, входящие в состав проволоки (Азот, ниобий, вольфрам, марганец, медь, молибден, никель, кремний, титан, хром), и их доля в сотых процента (если доля слишком мала - она не указывается).

Примером такой маркировки является проволока 3 Св-08А, где 3 – это диаметр проволоки (мм), Св – сварочная, 08 – процент углерода в металле 0.08, А – повышенная чистота металла по содержанию серы и фосфора.