2 Особенности импульсного питания сварочной дуги с плавящимся электродом в среде углекислом газе

Чтобы рассмотреть импульсное питание нам необходимо сначала рассмотреть виды переноса металла, а также силы, действующие на расплавленный металл электрода.

Характер переноса металла через дуговой промежуток оказывает существенное влияние на устойчивость дугового разряда, протекание металлургических процессов, разбрызгивание металла и формирование сварных швов. В зависимости от условий сварки и характеристик сварочного оборудования изменяется и характер переноса. Различают следующие виды переноса:

- крупнокапельный и мелкокапельный без коротких замыканий дугового промежутка;

- крупнокапельный и мелкокапельный с короткими замыканиями дугового промежутка;

- струйный мелкокапельный;

- перенос парами (сопутствует каждой форме переноса);

- неустойчивый.

Процесс образования капли расплавленного электродного металла и её переноса в сварочную ванну во многом определяет технологические возможности того или иного способа сварки. При обычных способах дуговой сварки в процессе её ведения невозможно управлять размерами переносимых капель и частотой их переноса. Во многих случаях крупнокапельный перенос оказывается нежелательным.

Процесс переноса металла в дуге изучен ещё совершено недостаточно, что объясняется сложностью и динамичностью процесса, наличием большого количества сил, зависящих от многих условий сварки. Недостаточно изучена роль всех факторов, влияющих на перенос металла в сварочной дуге[4].

2.1 Анализ сил, действующих на расплавленный металл электрода

Характер переноса металла определяется величиной и характером сил, действующим на расплавленный металл электрода. Установлено, что основными из них являются следующие:

- сила поверхностного натяжения;

- электродинамическая сила, создаваемая сварочным током;

- сила тяжести;

- реактивная сила, вызываемая давлением паров металла;

- давление потоков заряженных частиц.

Проанализируем кратко каждую из этих сил и её роль в образовании и переносе капель металла, приняв следующие допущения:

1. столб дуги неподвижен относительно электрода и сосен с ним;

2. процессы в столбе дуги и сварочной ванне стабильны;

3. равнодействующая сил, приложенных к расплавленному металлу электрода, направлена по оси электрода [4].

2.1.1 Силы поверхностного натяжения

Поверхностное натяжение определяет избыток свободной энергии, которой обладают молекулы, образующие 1 см² поверхностного слоя по сравнению с внутрилежащими молекулами в объёме жидкости:

(3)

Свободная энергия данного тела всегда может быть представлена в виде:

(4),

где - энергия объёма тела в предположении, что она равномерно распределена между всеми частицами;

- избыток свободной энергии частиц, образующих поверхностный слой.

Поверхностное натяжение жидких металлов зависит от природы металла, уменьшается с увеличением температуры, обращаясь в нуль при критической температуре, и может быть вычислено по формуле Этвеша:

(5)

где Т_КР – критическая температура металла в ^оК;

Т - данная температура в ^оК;

М - молекулярный вес;

- удельный вес.

Критическую температуру можно определить по правилу Гульберга:

(6).

Результирующая сил поверхностного натяжения, удерживающая расплавленный металл на торце электрода, определяется выражением:

(7),

где R_Э – радиус электрода.

Подставляя (5) в (7), получим выражение для силы поверхностного натяжения, удерживающих каплю на торце электрода:

(8).

Из (8) видно, что сила поверхностного натяжения зависит от природы жидкости, уменьшается с увеличением температуры капли и уменьшением радиуса электрода [4].