Кристаллизацией сварных швов

 

Одно из направлений совершенствования процессов сварки плавлением — применение внешних магнитных полей для воздействия на источник нагрева (дугу) или гидродинамику сварочной ванны. В обоих случаях создаются возможности для управления формированием и кристаллизацией сварных швов и определяемыми ими показателями качества сварных соединений.

Колебания дуги поперек или вдоль шва внешним поперечным относительно столба дуги реверсируемым магнитным полем (рис. 2.13) применяются для улучшения прогрева свариваемых кромок, регулирования глубины проплавления, обеспечения хорошего формирования швов и перекрытия валиков при наплавке.

Особенность сварки с электромагнитным перемешиванием (ЭМП) — создание управляющих воздействий непосредственно в сварочной ванне, т.е. в той части объекта управления, в которой происходят процессы образования сварного соединения. Для осуществления ЭМП используют аксиальное (продольное относительно электрода) (рис. 2.14) магнитное поле. Взаимодействие его с

Рис. 2.13. Отклонение дуги вдоль шва поперечным магнитным полем.

 

радиальной составляющей сварочного тока ванны приводит к появлению в расплаве массовых пондемоторных сил F

F = j ´ B,

Где j—вектор плотности тока в сварочной ванне, взаимодействующего с магнитным полем, определяемым вектором индукции В.

Рис.2.14. Схема взаимодействия внешнего аксиального магнитного поля со сварочным током при ЭМП (штриховой линией показаны траектории движения частиц расплава под действием электромагнитных сил.

 

Величина и направление действия силы F, необходимые для обеспечения характеристик движения расплава при ЭМП, регулируются соответствующим изменением индукции В и частоты реверсирования управляющего магнитного поля (УМП). Объектами управления при ЭМП является тепломассоперенос в сварочной ванне и кинетика ее кристаллизации.

Установлено, что оптимальными являются условия перемещения, при которых происходят периодические, с возможно большей частотой колебания градиента температур перед фронтом кристаллизации на всей его протяженности. Для этого необходимо, чтобы за время между двумя последовательными реверсированиями движения потока расплава его тепловой фронт перемещался на всю длину кристаллизующейся части ванны. Оптимальным условиям ЭМП соответствует измельчение и повышение однородности структуры, предупреждение образования пор, получение швов, минимально склонных к образованию кристаллизационных трещин, стабилизация механических свойств швов.

Сварочная ванна, характеризующаяся малым объемом расплава и высокой плотностью в нем электрического тока, является идеальным объектом для применения ЭМП, поскольку необходимые для достижения заданных характеристик перемещения силы F могут быть получены при относительно малых индукции В УМП. Электромагниты конструктивно совмещают со сварочными горелками или мундштуками. Заданную программу изменения напряжения питания обмотки электромагнита обеспечивают применением специальных схем управления.

В современных аппаратах управления ЭМП питание обмотки электромагнита реверсируется с требуемой частотой группами однополярных импульсов, выделенных однополупериодным выпрямителем из синусоидального напряжения промышленной частоты.

B_m sin wt при 0 < t < T/2

В₀ =

0 при Т/2 < t < T.

Чтобы расширить технологические возможности сварки с ЭМП, в аппаратах предусматривается регулирование скважности импульсов тока электромагнита I_эм и временных задержек t_з между последовательными группами униполярных импульсов.