Влияние крупнокапельного характера переноса электродного металла на качество формирования шва

Обновлено: 27.03.2024

В зависимости от условий сварки — силы, плотности, формы кривой тока н т. д. — можно назвать пять основных видов пере­носа электродного металла в дуге с плавящимся электродом (табл. 2.2).

Характер переноса металла оказывает значительное влияние на устойчивость процесса, разбрызгивание металла, формирова­ние шва и интенсивность металлургических процессов в дуге и ванне. В большинстве случаев, особенно при автоматизирован­ных процессах сварки, предпочтителен струйный перенос, обеспе­чивающий лучшее формирование и качество шва.

Таблица 2.2. Основные виды переноса металла при дуговой сварке

Крупнокапельный с замыканиями

Мелкокапельный с замыканиями ду­

гового промежутка Мелкокапельный без замыканий дуго­

вого промежутка Струйный

Ручная сварка при /103 А/мм2 Сварка в инертных газах тонкой

проволокой при у>103А/мм2

При всех видах сварки плавящимися электродами — как дополнение к дру­гим видам переноса

Перенос наблюдают обычно прн помощи скоростной кино­съемки или съемки в рентгеновских лучах синхронно с осцилло - графированием.

На расплавленный металл в дуге действуют следующие глав­ные силы: силы тяжести; силы поверхностного натяжения; элект­родинамические силы в жидком проводнике; реактивные силы; электростатические силы; силы давления плазменных потоков н др.

Силы тяжести способствуют переносу металла при сварке в нижнем положении и препятствуют при сварке в потолочном. Они оказывают наибольшее влияние на перенос электродного металла при сварке на малых токах, когда электродинамические силы еще сравнительно невелики.

Силы поверхностного натяжения придают каплям жидкости сфероидальную форму, удерживают капли на «потолке», втягивают капли металла в жидкую сварочную ванну.

Силы поверхностного натяжения создают внутри капли жид­кости радиуса R избыточное давление

где а — коэффициент поверхностного натяжения, который равен отношению силы AF, действующей на границу поверхностной пленки жидкости, к длине этой границы А/, т. е.

Значения коэффициента поверхностного натяжения а для различных материалов приведены ниже:

о, Н/м. 0,65 0,77 0,9 1,15 1,22 1,51 2,25 2,68 1,10/2,50 0,3--0,4
ности тока, например при />20 А/мм, мо­жет наблюдаться так называемый электрока - пиллярный эффект, сопровождающийся по­нижением а и способ­ствующий струйному переносу металла.

Рис. 2.44. Схемы перехода крупнопанельного переноса металла в струйный:

а — малая точность тока; б — средние значения плотности тока; в — плотность тока выше критиче­ской (d9 dc — диаметры электрода н столба дуги)

Электродинамике - ские силы пинч-эффек - та сильно влияют на перенос металла, осо­бенно при больших то­ках, когда они способ­ствуют появлению

плазменных потоков от мест сужения столба.

Поэтому, например, в слаботочных дугах, где эти силы малы, преобладает крупнокапельный перенос, а в ' сильноточных — струйный. Появлению струйного переноса способствует также перегрев капель, который достаточно велик при сварке, особенно на обратной полярности.

Струйный перенос особенно характерен для газоэлектриче­ской сварки. Он сопровождается образованием конуса жидкого металла на конце электрода. При этом средний размер капель монотонно уменьшается с увеличением тока примерно по гипер­болической кривой. При некотором значении тока, называемом критическим, которое при сварке на обратной полярности ниже, чем на прямой, капельный перенос металла переходит практиче­ски в струйный (рис. 2.44). Охват дугой конца электрода способ­ствует струйному переносу с анода.

Реактивные силы, вызываемые давлением паров, обычно противодействуют начальному обрыву капли. Если реактивные силы имеют взрывной характер, то они могут сильно затруднить переход к струйному переносу.

где коэффициент Аж (1 . 5) • 10-7 Н/А2— для прямой полярности и обычно А

Электростатические силы возникают вследствие болы ого градиента потенциала (напряженности поля) в переходных об­
ластях дуги, особенно у катода, где Е может достигать 104. 106 В/мм. В столбе дуги Е ст-СЕ к (в тысячи раз), поэтому соз­дается разность давлений и течение газа от катода (или анода) в столб дуги становится подобным «электрическому ветру» с за­ряженного острия. Разность давлений может быть оценена по формуле, аналогичной формуле (2.91) для магнитного давления

Др = РкаТ-РсТ=[1/(8л)](£*ат-£ст). (2.97)

Давление Др достигает нескольких десятков паскалей. Например, электрическое поле высокой напряженности может деформиро­вать металл ванны, вытягивая его в виде конуса от катода к ано­ду при обратной полярности.

При сварке в среде молекулярных газов (азот, углекислый газ) практически получить струйный перенос металла очень трудно. Это можно объяснить «стягиванием» пятна на поверх­ности капли (см. рис. 2.44, а) и увеличением степени сжатия сварочной дуги из-за охлаждения ее при образовании стержня диссоциации, который в этих газах появляется при сравнительно низких температурах.

Плазменные потоки также могут сильно влиять на перенос металла в дуге. В некоторых случаях, например в Ме-дугах, мощный катодный поток от электрода к изделию вызывает отра­женный анодный поток, который, как отмечалось выше, может концентрически охватывать катодную струю. Такой анодный по­ток затрудняет перенос металла, вызывая сдвиг капли металла

в сторону или даже подъем ее над уровнем торца электрода. Это

особенно заметно, если катодный поток дуги не охватывает

конец электрода (как на рис. 2.44, а), а стягивается в пятне на его конце, как, например, при сварке в СО2.

ИМПУЛЬСНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПЕРЕНОСОМ МЕТАЛЛА В ДУГЕ

Для того чтобы сделать перенос металла мелкокапельным

или струйным, обычно требуются большие токи, особенно при

Рис. 2.45. Осциллограммы тока и напряжения дуги при импульсном управле­нии переносом электрод­ного металла

сварке на прямой полярности. Электро­динамические силы пропорциональны квадрату тока, поэтому, подавая перио­дически кратковременные импульсы уве­личенного тока /д»ід (рис. 2.45), можно обеспечить мелкокапельный перенос ме­талла порциями с частотой воздействия импульсов. При этом в несколько раз уменьшается нижний допустимый предел сварочного тока. Принудительный на­правленный перенос металла упрощает технику наложения швов, что особенно применимо для полуавтоматической свар­ки в вертикальном и потолочном поло­жениях. Импульсное управление перено­сом металла позволяет влиять также
и на металлургию процесса, регулируя выгорание отдельных элементов.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Крупнокапельный перенос осуществляется на повышенных режимах, при увеличенном напряжении и токе, а также при сварке проволокой диаметром 1 6 мм и более, но сопровождается усилением разбрызгивания. Для уменьшения разбрызгивания увеличивают силу тока, что приводит к погружению дуги в ванну. Процесс крупнокапельного переноса с погружением дуги в ванну наиболее производителен и широко применяется на практике. [2]

При крупнокапельном переносе без коротких замыканий полет крупных капель остается практически не-магнитоуправляемым. [4]

При крупнокапельном переносе капля сравнительно большого размера образуется на электроде постепенно и долго удерживается на нем. Если капля больше межэлектродного промежутка, то ее переход в ванну сопровождается короткими замыканиями и кратковременным погасанием дуги. [6]

При таком крупнокапельном переносе не удается получить качественных швов. Для улучшения формирования швов необходимо применять специальные технологические приемы, обеспечивающие мелкокапельный перенос металла. [7]

Поэтому процессы с крупнокапельным переносом электродного металла применимы для сварки в нижнем положении. С повышением напряжения дуги, диаметра электрода и переходом на прямую полярность диаметр капель увеличивается. С увеличением тока диаметр капель уменьшается. [9]

Размер капель при крупнокапельном переносе зависит не только от рода защитного газа, но и от материала, диаметра электрода, напряжения на дуге, силы тока и полярности. С увеличением силы тока уменьшается влияние силы тяжести в формировании капли и растет сжимающее действие электромагнитных сил, способствующих отделению капли от конца электрода. Благодаря этому по мере увеличения силы тока уменьшается размер капель электродного металла, изменяется характер переноса металла от крупнокапельного к мелкосерийному, а затем при определенном значении тока, называемом критическим, - к струйному. При струйном переносе жидкий металл на электроде вытянут в виде конуса, с конца которого отрываются мелкие капли. Оплавляющийся конец электрода также имеет конусообразную форму. Струйный перенос отличается высокой стабильностью размеров капель и мелким разбрызгиванием. Основной причиной разбрызгивания металла при сварке с короткими замыканиями является электрический взрыв перемычки между электродом и ванной. [10]

Основными силами, обусловливающими крупнокапельный перенос , являются сила тяжести и сила поверхностного натяжения. [12]

Основными силами, обусловливающими крупнокапельный перенос , являются сила тяжести и сила поверхностного натяжения. Сила поверхностного натяжения обычно препятствует переносу капель с электрода в ванну. На малых токах отрыв капли от электрода и направление ее перемещения определяются в основном силой тяжести, а на больших токах - электродинамической силой. Эта сила возникает в любом проводнике, по которому проходит электрический ток; она обусловлена взаимодействием тока с собственным магнитным полем. Если сечение проводника постоянно, то электродинамическая сила направлена по радиусу к оси проводника и стремится его сжать. [14]

Для электродов с основным покрытием характерен крупнокапельный перенос металла в широком диапазоне режимов сварки. При малом напряжении ( короткая дуга) он может осуществляться путем коротких замыканий. [15]

Чудеса современной технологии включают в себя изобретение пивной банки, которая, будучи выброшенной, пролежит в земле вечно, и дорогого автомобиля, который при надлежащей эксплуатации заржавеет через два-три года. Законы Мерфи (еще. )

Характер - перенос - электродный металл

Качество сварных соединений, выполненных аргоно-дуговой сваркой плавящимся электродом, в значительной степени зависит от стабильности горения дуги и характера переноса электродного металла через дуговой промежуток. При аргоно-дуговой сварке плавящимся электродом могут иметь место два вида переноса электродного металла: крупнокапельный и струйный. Характер переноса металла в первую очередь зависит от величины сварочного тока. Сварка на малых токах характеризуется крупнокапельным переносом, значительным разбрызгиванием и окислением металла. При увеличении сварочного тока более критического перенос металла становится мелкокапельным, или, иначе, струйным. Электродный металл как бы стекает с электрода непрерывным потоком мелких капель. Разбрызгивание и окисление электродного металла при этом невелико. Форма провара своеобразная с резким увеличением глубины провара в средине шва. [16]

Смеси инертных и активных газов находят все более широкое применение при сварке плавящимся электродом сталей различных классов ввиду их технологических преимуществ: меньшей по сравнению с активными газами интенсивностью химического воздействия на металл сварочной ванны, высокой устойчивости дугового процесса, благоприятного характера переноса электродного металла через дугу. По сравнению с чистым аргоном смеси инертных и активных газов имеют преимущества при сварке конструкционных сталей. Известно, что при плавящемся электроде лучшие характеристики процесса сварки обычно достигаются на постоянном токе обратной полярности. Однако при сварке стали применение в качестве защитного газа чистого аргона сопровождается нестабильностью положения катодного пятна на поверхности изделия. В результате получаются плохо сформированные сварные швы. [17]

Характер переноса электродного металла определяется в основном материалом электрода, составом защитного газа, плотностью сварочного тока и рядом других факторов. [19]

Характер переноса электродного металла в сварочную ванну оказывает большое влияние как на формирование шва, так и на металлургические реакции в зоне сварки, что влияет на состав и качество шва. [21]

Силы, действующие на каплю. Характер переноса электродного металла зависит от соотношения сил, действующих на каплю металла на торце электрода. Основные из них: сила тяжести, сила поверхностного натяжения, электромагнитная сила, электростатическая сила, сила реактивного давления паров и нейтрализовавшихся на катоде ионов, аэродинамическая сила. [22]

Характер переноса электродного металла в сварочную ванну существенно влияет на степень развития физико-химических процессов при взаимодействии металлической, шлаковой и газовой фаз, а также на устойчивость самого процесса сварки. В зависимости от типа сварочной ванны наблюдается перенос электродного металла через газовую или шлаковую среду. Механизм переноса в обоих случаях имеет свои особенности. [23]

При достаточно высоких плотностях постоянного по величине ( без импульсов или с импульсами) сварочного тока обратной полярности и при горении дуги в инертных газах может наблюдаться очень мелкокапельный перенос электродного металла. Изменение характера переноса электродного металла с капельного на струйный происходит при увеличении силы сварочного тока до критического для данного диаметра электрода. [24]

При достаточно высоких плотностях постоянного по величине ( без импульсов или с импульсами) сварочного тока обратной полярности и при горении дуги в инертных газах может наблюдаться очень мелкокапельный перенос электродного металла. Изменение характера переноса электродного металла с капельного на струйный происходит при увеличении сварочного тока до критического для данного диаметра электрода. [26]

Коэффициент потерь зависит от способа сварки, типа электрода и параметров режима. На потери значительное влияние оказывает характер переноса электродного металла в сварочной дуге. В тех случаях, когда в составе электродных покрытий или наполнителей порошковой проволоки содержится значительное количество металлических составляющих, коэффициент Р отрицателен, поскольку ан больше ар. [27]

Коэффициент потерь зависит от способа сварки, типа электрода и параметров режима. На потери значительное влияние оказывает характер переноса электродного металла в сварочной дуге. В тех случаях, когда в составе электродных покрытий или наполнителей порошковой проволоки содержится значительное количество металлических составляющих, коэффициент F отрицателен, поскольку ан больше ар. [28]

На качество швов большое влияние оказывает характер переноса электродного металла через дуговой промежуток. При сварке в среде углекислого газа уменьшение диаметра электродной проволоки и дляны дуги способствует уменьшению размера капель электродного металла. В результате повышается стабильность дуги, уменьшаются потери электродного металла на разбрызгивание и улучшается формование металла шва. [29]

Динамические характеристики системы дуга - источник питания обусловлены механизмом первоначального возбуждения и в последующем, при горении дуги, - характером переноса электродного металла в сварочную ванну. При этом ток резко увеличивается до / шах, что приводит к сжатию капли и перегоранию мостика между каплей и электродом. В дальнейшем напряжение почти мгновенно возрастает и дуга вновь возбуждается, после чего процесс периодически повторяется. [30]

Для электродов с фтористо-кальциевым покрытием характерен крупнокапельный перенос металла в широком диапазоне режимов сварки. Такой характер переноса обусловлен, во-первых, высоким поверхностным натяжением металла на границе со шлаком, поскольку и шлак, и металл хорошо раскислены, и, во-вторых, действием электромагнитной силы. Диссоциация СО2 вызывает сжатие столба дуги и активных пятен. В связи с этим осевая составляющая электромагнитной силы препятствует отрыву капель. Увеличение силы тока приводит к уменьшению как времени между переходами отдельных капель т ( рис. 2 - 26), так и усредненного времени взаимодействия металла и шлака тк. [17]

Для электродов с основным покрытием характерен крупнокапельный перенос металла в широком диапазоне режимов сварки. При малом напряжении ( короткая дуга) он может осуществляться путем коротких замыканий. [18]

При невысокой плотности тока имеет место крупнокапельный перенос расплавленного металла с электрода в сварочную ванну, приводящий к пористости шва, сильному разбрызгиванию расплавленного металла и малому проплавлению основного металла. При высоких плотностях тока перенос расплавленного металла с электрода становится мелкокапельным или струйным. В условиях действия значительных электромагнитных сил быстродвижущиеся мелкие капли сливаются в сплошную струю. Такой перенос электродного металла обеспечивает глубокое про-плавление основного металла, формирование плотного шва с ровной и чистой поверхностью и разбрызгивание в допустимых пределах. [19]

При невысоких плотностях тока имеет место крупнокапельный перенос расплавленного металла с электрода в сварочную ванну, приводящий в условиях газовой защиты к пористости шва, малому проплав-лению основного металла и к сильному его разбрызгиванию. При высоких плотностях тока перенос расплавленного металла с электрода становится мелкокапельным или струйным. В условиях действия значительных электромагнитных сил быстродвижу-щпеся мелкие капли сливаются в сплошную струю жидкого металла. [20]

Для сварки голым электродом на малых токах характерен преимущественно крупнокапельный перенос металла с периодическими замыканиями каплей дугового промежутка. В этом случае поверхностное натяжение металла капли повышенное, так как токи малы и поверхностно-активных веществ нет. Силы отрыва ( Р и Л эд) нарастают медленно, и поэтому капля успевает сильно увеличиться. [22]

Сварочный процесс осуществляется с короткими замыканиями или с крупнокапельным переносом . При использовании порошковых проволок возможна сварка с непрерывным горением дуги и переносом металла каплями среднего размера. [23]

Сварочный процесс осуществляется с короткими замыканиями или с крупнокапельным переносом . При использовании порошковых проволок может быть получен процесс сварки с непрерывным горением дуги и переносом металла каплями среднего размера. [24]

Электроды с толстым покрытием, как правило, обеспечивают крупнокапельный перенос металла в широком диапазоне режимов сварки. Исключением является сварка электродами с кислым и рутиловым покрытиями. Они гарантируют мелкокапельный перенос за счет низкого коэффициента поверхностного натяжения на границе металла со шлаком по причине значительного содержания в них кислорода. [26]

При использовании порошковых проволок рутил-флюо-ритного типа сварка протекает с крупнокапельным переносом . Процесс во многом подобен сварке проволокой Св - 08Г2С сплошного сечения. При использовании порошковых проволок рутилевого типа процесс сварки происходит с непрерывным горением дуги и переносом капель среднего размера, сопровождающийся небольшим разбрызгиванием и хорошим формированием шва. [28]

При сварке плавящимся электродом в инертных газах могут быть получены процессы с крупнокапельным переносом электродного металла , струйный и импульсно-дуговой. [30]

Крупнокапельный перенос металла

Этот тип переноса металла имеет место когда сварка ведётся на высоких на­пряжениях дуги (исключающих короткие замыкания) и средних значениях тока свар­ки. Он. как правило, характеризуется нерегулярным переходом крупных капель рас­плавленного электродного металла (превышающих диаметр электрода) и низкой частотой переноса (от 1 до 10 капель в секунду)

Крупнокапельный перенос металла может иметь место, в основном, при сварке MIG на обратной полярности в среде защитной газовой сме­си на базе аргона, переходя иногда в тип «Крупнокапельный отклонённый» при ис­пользовании гелия в качестве защитного газа, при сварке MAG в среде С02, а также при сварке MIG на прямой полярности (см. ниже в этом разделе рубрику «Крупнока­пельный отклонённый перенос металла».

При формировании капля удерживается на торце электрода благодаря, глав­ным образом, совместному воздействию двух сил, силы поверхностного натяжения и силы реакции. По мере роста капли её вес и в меньшей степени (из-за невысокого тока сварки) электромагнитная и аэродинамическая силы преодолевают силы удер­живающие каплю и вызывают отделение капли.

В процессе формирования и отделения капли происходит изменение электри­ческого сопротивления на участке сварочной цепи «капля - дуга», что, в свою оче­редь, приводит к изменению значения тока сварки и. следовательно, изменению скорости расплавления электрода. В случае существенного изменения последней, характер перенос электродного металла может сильно измениться и перейти в один из типов смешанного переноса «Крупнокапельный - мелкокапельный» или «Крупно­капельный - с коротким замыканием - мелкокапельный» (более подробно об этом изложено ниже в этом разделе в рубрике «Типы смешанного переноса металла»).

В некоторых случаях при крупнокапельном переносе металла наблюдается раскачивание капли на торце электрода, что является результатом действия не­скольких факторов, например, циклического перемещения активного пятна между нижней и боковой поверхностями капли, повышенной силой реакции действующей на каплю, комбинированным воздействием этих факторов. Находясь в колебатель­ном движении, капли могут отделяться будучи отклонёнными в сторону от оси элек­трода (см. кадры 1.821 и 538 на Рис. 1.8.13), не попадать в сварочную ванну, порож­дая набрызгивание крупными каплями.

1560 1570 1600 1620 1640 1660 1680

Рис. 1.8.14 Сварка MIG с крупнокапельным переносом металла в вертикальном попожении

Малоуглеродистая электродная провопока диаметром 1,0 мм. Vnnp = 5,6 м/мин. защитный газ

Из-за того, что сила гравитации играет решающую роль в этом типе переноса металла, сварка ограничена только нижнем положением. Как это видно из Рис. 1.8.14, при сварке в вертикальном положении некоторые капли могут падать вниз минуя сварочную ванну (см. кадр 1680). Сварочная ванна имеет большие размеры и, поэтому, трудноуправляема с тенденцией стекания вниз при сварке в вертикальном положении или выпадения при сварке в потолочном положении, что также исключа­ет возможность сварки в этих пространственных положениях. Эти недостатки, а так­же неравномерное формирование сварного шва приводят к нежелательности ис­пользования этого типа переноса металла при сварке MIG/MAG.

Читайте также: