3. Технологические свойства 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. К технологическим свойствам дуги относятся также ее пространственная устойчивость и эластичность. Технологические свойства дуги взаимосвязаны и определяются параметрами режима сварки.

3. Статическая характеристика дуги

Для горения дуги на электроде и свариваемом изделии должно поддерживаться напряжение (напряжение на дуге), которое прямо пропорционально длине дуги. Напряжение на дуге равно сумме падений напряжения в катодной, анодной областях и столбе дуги.

Для возбуждения дуги необходимо более высокое напряжение по сравнению с напряжением, установившимся в процессе сварки. Это требуется для ионизации воздушного промежутка, который еще недостаточно нагрет, и для придания электронам большой скорости.

Для обеспечения устойчивого горения дуги ток и напряжение ее должны находиться в определенной зависимости, называемой статической вольт-амперной характеристикой.

Повышение силы тока в дуге до 100 А вызывает резкое увеличение площади сечения столба дуги, что приводит к возрастанию его электропроводности и уменьшению напряжения. В этом случае характеристика дуги называется падающей. При дальнейшем повышении силы тока до 1000 А площадь сечения столба дуги увеличивается пропорционально силе тока, поэтому плотность его и падение напряжения на всех участках столба дуги сохраняются постоянными.

Такая характеристика именуется жесткой. Повышение силы тока в дуге свыше 1000 А приводит к резкому возрастанию напряжения: увеличение плотности тока выше определенного значения уже не может увеличить сечение столба дуги. Поэтому напряжение на дуге повышается. Характеристику называют возрастающей.

3. Действие магнитных полей и ферромагнитных масс на сварочную дугу

В сварочной дуге столб дуги можно рассматривать как гибкий проводник, по которому проходит электрический ток и который под действием электромагнитного поля может изменять свою форму. Если будут созданы условия для взаимодействия электромагнитного поля, возникающего вокруг сварочной дуги, с посторонними магнитными полями, с собственным полем сварочной цепи, а также с ферромагнитными материалами, то в этом случае наблюдается отклонение дугового разряда от первоначальной собственной оси. При этом иногда нарушается и сам процесс сварки, это явление получило название магнитного дутья.

Сильным фактором, действующим на отклонение дуги, являются ферромагнитные массы: массивные сварные изделия (ферромагнитные массы) имеют большую магнитную проницаемость, чем воздух, а магнитные силовые линии всегда стремятся пройти по той среде, которая имеет меньшее сопротивление, поэтому дуговой разряд, расположенный ближе к ферромагнитной массе, всегда отклоняется в ее сторону

3. Перенос металла в сварочных дугах.

В процессе сварки плавящимся электродом на его конце под действием высокой температуры происходит расплавление металла, образование капли, отрыв этой капли и перенос ее на изделие. В зависимости от размера капель и скорости их образования различают капельный и струйный перенос электродного металла на изделие.

Размеры капель и скорость их образования зависят от вида дуговой сварки, силы тока, длины дуги, диаметра электродов и других факторов.

При ручной дуговой сварке в виде капель переносится примерно 95% электродного металла, остальные 5% составляют брызги металла и пары, значительная часть которых осаждается на изделие.

При дуговой сварке штучными электродами происходит капельный перенос без замыкания каплями дугового промежутка. В этих условиях большая часть капель оказывается заключенными в оболочку из шлака, который

образуется при расплавлении электродного покрытия. Тот же процесс наблюдается при сварке в защитном газе и сварке порошковой проволокой.

При струйном переносе электродного металла образуются мелкие капли, которые непрерывно следуют одна за другой, составляя цепочку (струю). Струйный перенос металла возникает при большой плотности тока (например, при сварке проволокой малого диаметра). Так, при полуавтоматической сварке в аргоне проволокой диаметром 1,6 мм струйный перенос металла начинается при токе величиной около 300 А. При сварке на токах, ниже этого значения, наблюдается капельный перенос металла.

Как правило, струйный перенос приводит к уменьшению выгорания легирующих примесей в сварочной проволоке и к повышению чистоты метала шва. Кроме того, скорость расплавления сварочной проволоки увеличивается. Таким образом, струйный перенос металла имеет ряд преимуществ перед капельным переносом.

При сварке штучными электродами струйный перенос электродного металла невозможен из-за невысокой плотности тока на электроде (порядка 10-20 А/мм2).

10.Процссы в дуговом разряде. Законы и закономерности дугового процесса

3. ДУГОВОЙ РАЗРЯД Понятие дугового разряда охватывает несколько видов разряда, внешним признаком которых является низкое (порядка ионизационного потенциала) катодное падение потенциала. В зависимости от давления газа в разрядном промежутке различают дугу при пониженном давлении и дугу при высоком и сверхвысоком давлениях. Они различаются главным образом физическими процессами в столбе разряда (плазма). По виду эмиссии электронов из катода различают: а) дугу с независимым накалом катода (несамостоятельный дуговой разряд); б) термоэлектронную дугу; в) дугу с холодным катодом (электростатическая эмиссия).

11 ОЦЕНКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ СВАРКИ

При выборе источника энергии для сварки конкретных изде­лий следует учитывать техническую возможность применения данного источника, эффективность процесса (энергетическую и экономическую), а также качество и надежность получаемых соединений.

Концентрация энергии термических источников может оцени­ваться удельной мощностью в пятне нагрева. Наибольшую интен­сивность энергии — до 103 Вт/мм2 и выше при пятне нагрева до 10~6 мм2 — могут иметь лазерный и электронный лучи.

Однако сварка возможна только до плотности мощности

102.. .104 Вт/мм, так как большие удельные мощности приводят к выплескам и испарению материала, полезному лишь при резке и размерной обработке изделий. Удельная мощность луча и энер­гетические коэффициенты наплавки, расплавления и другие (см. гл. 3) пригодны для оценки только отдельных видов источников энергии или методов сварки. Для оценки эффективности разных классов сварочных процессов и разных методов сварки и пайки целесообразно использовать значения удельной энергии £св и є„, необходимой при сварке данного соединения.

16 Физические характеристики лазеров.

Физической основой работы лазера служит явление вынужденного (индуцированного) излучения^[8]. Суть явления состоит в том, что возбуждённый атом способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения, если энергия последнего равняется разности энергий уровней атома до и после излучения. При этом излучённый фотон когерентен фотону, вызвавшему излучение (является его «точной копией»). Таким образом происходит усиление света. Этим явление отличается от спонтанного излучения, в котором излучаемые фотоны имеют случайные направления распространения, поляризацию и фазу

18. Газопламенные источники.

Источником теплоты является газовый факел, образующийся при сгорании смеси кислорода и горючего газа. В качестве горючего газа могут быть использованы ацетилен, МАФ, пропан, бутан, блаугаз, водород, керосин, бензин, бензол и их смеси. Тепло, выделяющееся при горении смеси кислорода и горючего газа, расплавляет свариваемые поверхности и присадочный материал с образованием сварочной ванны. Пламя может быть окислительным, «нейтральным» или восстановительным (науглероживающим), это регулируется соотношением кислорода и горючего газа.

В последние годы[когда?] в качестве заменителя ацетилена применяется новый вид топлива — сжиженный газ МАФ (метилацетилен-алленовая фракция). МАФ обеспечивает высокую скорость сварки и высокое качество сварочного шва, но требует применения присадочной проволоки с повышенным содержанием марганца и кремния (СВ08ГС, СВ08Г2С). МАФ гораздо безопаснее ацетилена, в 2—3 раза дешевле и удобнее при транспортировке. Благодаря высокой температуре сгорания газа в кислороде (2927 °C) и высокому тепловыделению (20 800 ккал/м³), газовая резка с использованием МАФ гораздо эффективнее резки с использованием других газов, в том числе и ацетилена.

Огромный интерес представляет использование для газовой сварки дициана, ввиду его весьма высокой температуры сгорания (4500 °C). Препятствием к расширенному применению дициана для сварки и резки является его повышенная токсичность. С другой стороны, эффективность дициана весьма высока и сравнима с электрической дугой, и потому дициан представляет значительную перспективу для дальнейшего прогресса в развитии газопламенной обработки. Пламя дициана с кислородом, истекающее из сварочной горелки, имеет резкие очертания, очень инертно к обрабатываемому металлу, короткое и имеющее пурпурно-фиолетовый оттенок. Обрабатываемый металл (сталь) буквально «течёт», и при использовании дициана допустимы очень большие скорости сварки и резки металла.

Значительным прогрессом в развитии газопламенной обработки с использованием жидких горючих может дать применение ацетилендинитрила и его смесей с углеводородами ввиду самой высокой температуры сгорания (5000 °C). Ацетилендинитрил склонен при сильном нагреве к взрывному разложению, но в составе смесей с углеводородами гораздо более стабилен. В настоящее время производство ацетилендинитрила очень ограничено и стоимость его высока, но при развитии производства ацетилендинитрил может весьма ощутимо развить области применения газопламенной обработки во всех её областях применения.

19 или20(аще хз) Классификация способов термопрессовой сварки.

Термопрессовая сварка осуществляется нагревом с одновремен­ным или последующим приложением давления либо при их сочета­нии. В большинстве прессовых процессов используют последую­щее приложение давления, обеспечивающее осадку соединения.

Значительная часть прессовых сварочных процессов может быть реализована с теми же источниками нагрева, что и термиче­ские сварочные процессы. Исключение составляет контактная сварка, где давление является обязательным фактором образова­ния контакта для генерации теплоты.

К наиболее распространенным способам термопрессовой сварки следует отнести: контактную сварку со всеми ее разновидностями; газопрессовую; дугопрессовую; сварку в тлеющем разряде с дав­лением; индукционно-прессовые способы сварки; диффузионную сварку; различные способы кузнечной сварки - самого первого сва­рочного процесса, осуществленного человеком и до сих пор приме­няющегося в различных модификациях (сварка на кузнечно­прессовом оборудовании, сварка прокаткой, сварка волочением).