Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Введение.docx
Скачиваний:
3
Добавлен:
25.03.2016
Размер:
9.99 Mб
Скачать

1.3.4 Анализ сил действующих на каплю

Сила тяжести Рт оказывает существенное влияние только при значительных размерах капель. В зависимости от пространственного расположения шва сила тяжести способствует отрыву капли от электрода (в нижнем положении), препятствует отрыву (в потолочном) или стремиться отклонить каплю от оси электрода (в вертикальном положении). Капля на конце электрода имеет обычно шарообразную или эллиптическую форму:

для сферической капли

(1)

для эллиптической капли

(2)

где a - коэффициент, учитывающий часть жидкого металла, остающегося на электроде; RK - радиус капли; h - большая ось капли; у - средняя плотность металла капли при температуре жидкой капли; g - ускорение свободного падения [1].

В упрощенном виде сила тяжести определяется по формуле:

(3)

где m - масса капли, г; g - ускорение свободного падения, м/сек2 .

Сила поверхностного натяжения Рп.н. обычно препятствует переносу капель с электрода в ванну и определяется следующем образом:

; (4)

(5)

где, σ - коэффициент поверхностного натяжения материала электрода при заданной температуре в месте приложения силы Рпн; φ - угол между касательной и образующей поверхности электрода в месте перехода от

Электродинамическая сила Рэд возникает при прохождении тока по проводнику из-за взаимодействия тока с собственным магнитным полем. Многими исследователями [1] этот фактор отмечен как один из важнейших при определении характера переноса электродного металла. Если сечение проводника постоянно, то эта сила направлена по радиусу к оси проводника и стремиться его сжать. Осевая составляющая ее равна:

(6)

где - магнитная проницаемость материала.

Если сечение проводника неодинаковое по длине, то возникает осевое усилие Рэд(а) направленное от меньшего сечения к большему. Это усилие на участке проводника радиусами R1<R2 можно записать так [ 1 ]:

(7)

Или найти по формуле:

(8)

где K1 - коэффициент пропорциональности.

Реактивное давление испаряющего металла и выделения газа.

Расплавленный металл на электроде и изделии в зоне активных пятен находится при температуре, близкой к температуре кипения [1]. Поэтому с активных пятен происходит интенсивное испарение, а иногда газовыделение. Из газов, которые могут образоваться на электроде, существенно образование окиси углерода. Окисление углерода оказывает заметное влияние только при сварке высокоуглеродистых сталей. При сварке низкоуглеродистых сталей окисление углерода и газовыделение невелико и реактивное давление определяется в основном испарением металла. Потоки паров направлены перпендикулярно к испаряющейся поверхности, но поскольку пары в дуге ионизируются, то дальнейшее направление потока пара определяется направлением собственного или внешнего магнитного поля в дуге. Реактивную силу испарения можно подсчитать по формуле:

(9)

где М - масса металла, испаряющегося с поверхности в единицу времени; v - начальная скорость струи пара .

Или по формулам:

(10)

(11)

где К2, К3 - коэффициенты пропорциональности: n - показатель степени, зависящий от полярности сварочного тока [1].

Сила давления потоков плазмы дуги. Потоки плазмы образуются в результате испарения металла и действия электродинамических сил. В большинстве дуг с плавящимися электродами наблюдается одновременно два потока плазмы, двигающихся от электродов навстречу один другому. Мощность этих потоков неодинакова Более мощный поток подавляет слабый и определяет результирующее усилие, действующее на электрод и ванну. Плазменные потоки, часто обладающие большой кинетической энергией, оказывают значительное давление на электроды. Также может возникать отраженный поток, оказывающий воздействие на каплю. Не исключена возможность создания плазменным потоком зоны пониженного давления у электродов, с которых они истекают [1]. Усилие, создаваемое плазменным потоком, может быть найдено следующим образом:

(12)

где Мпл - масса потока плазмы, проходящая через заданное сечение в единицу времени; v скорость потока плазмы в заданном сечении [1].