РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ДУГИ С НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ НА ПОВЕРХНОСТИ СВАРОЧНОЙ ВАННЫ

PRESSURE DISTRIBUTION OF AN ARC WITH A NON-MELTING ELECTRODE ON THE SURFACE OF THE WELDING BATH

Alexey Kochkalov

student, department "Equipment and technology of welding production", Volgograd State Technical University,

Russia, Volgograd

Vladimir Fegay

student, department "Equipment and technology of welding production", Volgograd State Technical University,

Russia, Volgograd

Vladislav Kolyshkin

student, department "Equipment and technology of welding production", Volgograd State Technical University,

Russia, Volgograd

Pavel Krasikov

Senior Lecturer, Candidate of Technical Sciences, Volgograd State Technical Univesity,

Russia, Volgograd

Alexander V. Savinov

scientific advisor, doctor of technical sciences, professor, Volgograd State Technical University,

Russia, Volgograd

АННОТАЦИЯ

В данной работе исследовано распределение давления дуги. Показаны зависимости теплового потока анода и катода от величины тока, вылета и диаметра неплавящегося электрода, длины дугового промежутка.

ABSTRACT

In this paper, the arc pressure distribution is investigated. The dependences of the heat flux of the anode and cathode on the magnitude of the current, the departure and diameter of the non-melting electrode, the length of the arc gap are shown.

Ключевые слова: малоамперная дуга, катод, анод, тепловой поток.

Keywords: low ampere arc, cathode, anode, thermal flow.

Процесс анализа формирования сварных швов при сварке неплавящимся электродом показывает, что причины дефектов в сварных соединений следует искать не только в характере силового воздействия разряда дуги, но и в характере давления, распределение по поверхности материала анода. [1].

Для построения графиков диаграмм давления в зависимости от силы тока сварочного, соотношения компонентов аргон-гелиевой смеси и характера катодных процессов в дуге, были проведены исследования, в ходе которых концентрирование гелия в смеси изменялось от 0 до 100%, а общий расход газов равнялся Qg = 21 л / мин, скорость сварки оставалась постоянной и неизменной vw = 20 м / ч. Расстояние между катодом и плавящейся пластиной

ld = 2 мм. В качестве катодов использовались электроды следующих конструкций: традиционные с заточкой на конус 45° и «полый» катод, а также электроды с рабочим участком в виде связанных усеченных конусов.

При сварке в аргоне с использованием вольфрамового катода с заостренным рабочим участком под 45 ° максимальное давление достигает значения Pmax = 2630 Па, при токе дуги 300 А. При удалении от оси дуги происходит резкое снижение давления (2391 Па при Вш / 2 = 0,2 мм и 1480 Па при Вш / 2 = 0,4 мм), что, следовательно, близко к нулю в зоне выхода линии сплавления на поверхность свариваемого материала.

Вид распределения давления на поверхности сварочной ванны существенно меняется при использовании аргона-гелиевой смеси. Однако при добавлении He в смесь, наблюдаемое уменьшение рmax непостоянно. Так, при концентрации гелия в смеси 20% происходит резкое снижение давления на оси до 1750 Па, что составляет 67% от значения аналогичного показателя в аргоне, а при добавлении еще 5% He - рmax принимает значение 1700 Па (или 64% от значения при сварке в среде аргона). Увеличение содержания гелия до 100% следует к дальнейшему снижению Pmax до 1435 Па и сглаживанию кривой давления, т.е. уменьшению максимального P и увеличению его значения в отдалённой зоне сварочной ванны. Тем временем кривые давления дуги в смеси с содержанием гелия более 25 ... 35% для Вш / 2 более 0,5 ... 0,7 мм совпадают и диапазон значений составляет около 55 ... 100 Па.

Следовательно, при насыщенности гелия в защитном газе в пределах 21 ... 25% происходит резкое уменьшение максимального значения и качественное улучшение характера распределения давления на поверхности сварочной ванны. Такое изменение графика давления, может быть, является одной из причин появления минимума на кривые глубины проникновения, описанного ранее. Данное изменение связано с уменьшением перемежающей способности разряда дуги и, как    результат,          преобразование условий теплообмена и движения расплава в сварочной ванне шва.

Данное распределения давления дуги не может не сказаться на процессе протекания расплава сварочной ванны. Быстрое снижение максимального давления вместе с увеличением объема жидкого металла снижает интенсивность потоков в ванне, вероятность образования сварочных дефектов, таких как поры, неровности, трещины. Самое лучшее формирование сварочного шва, будет рассматриваться при достаточно высоком содержании He в защитной среде, так как в этом случае кривая давления расправляется. Скорее всего, максимально сглаженный профиль давления с низким значением Pmax является наиболее удобным с точки зрения формирования бездефектного проплавления. [4].

Всё же добавление в смесь 21 ... 26% He, несмотря на резкое снижение давления на оси и благоприятное распределение на поверхности ванны, не приводит к какому-либо значительному улучшению формирования сварного шва. Причина этого, небольшое уменьшение объема расплавленного металла сварочной ванны, в результате чего для скорости перемешивания расплава достаточно низкого давления, вызывающего появление сварочных дефектов.

Для дуги в аргоне с полым катодом, также характерна относительно высокая концентрация давления, однако максимальное значение не превышает 2630 Па при токе 410 А и 3530 Па при 550 А, что значительно меньше аналогичного показателя. для катода с традиционной формой рабочего участка.

При сварке полым катодом в смесях газов аргон-гелий на диаграммах можно выделить области равного давления (отклонение от Pmax не более 15%), что также встречается, хотя бы и в меньшей степени, при использовании традиционного катоды с заточкой на конусе на токи порядка 400 А. Их диаметр в первом случае составляет около 1 мм, против 0,4 ... 0,6 мм - во втором.

При использовании электрода с рабочим участком в виде связанных конусов характер катодных процессов сварки металлов и качество формирования сварного соединения точно такие же, как и эти показатели при сварке с полым катодом. Несколько более высокие значения Pmax (превышение порядка 400 ... 600 Па в зависимости от процентного соотношения компонентов аргон-гелиевой смеси, не приводят к большим нарушениям формы сварного соединения. Это вытекает из разных характеристик прикрепления диффузного катодного пятна к рабочему участку электрода. При дуговой сварке с полым катодом активное пятно располагается на внутренней стороне полости и представляет собой кольцо, что введёт к уменьшению катодного потока непосредственно на электродной оси. В этом варианте площадь этого кольца изменяется пропорционально дуги тока. В то же время для электродов с рабочим участком в виде сопряженных конусов поверхность, занимаемая катодным пятне, структурно небольшая.

ВЫВОДЫ

Таким образом, использование электродов новой совершенно необычной конструкции при сварке в инертных газах оправдано не только с точки зрения расширения диапазона сварочных токов, но и более лучшего качества формирования сварного шва.

Список литературы:

1. Савинов А.В., Лапин И.Е., Лысак В.И.  Дуговая сварка неплавящимся электродом. М: Машиностроение, 2011. – 478 с.
2. Косович В.А., Маторин А.И., Седых В.С. Повышение эффективности нагрева металла при аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом // Сварочное производство. – 1988. – № 3. – С. 40 – 50.
3. Овчинников, В. В. Основы теории сварки и резки металлов / В.В. Овчинников. - М.: КноРус, 2011. - 259 c.
4. Моррис А. Исследование дуги постоянного тока. Получение и исследование высокотемпературной плазмы. – М.: Иностр. лит., 1992. – С.152-163.
5. Чернышов, Г. Г. Основы теории сварки и термической резки металлов / Г.Г. Чернышов. - М.: Академия, 2010. - 211 c.