2.1.4 Давление потоков заряженных частиц

Заряженные частицы – электроны проводимости и ионы, - попадая из столба дуги в приэлектродные области, ускоряются электрическими полями этих областей. При этом они приобретают определённую кинетическую энергию:

(12),

где m - масса заряженной частицы;

V - скорость движения её;

Е - заряд частицы;

U_Э – приэлектродное падение потенциала.

В момент торможения частицы на поверхности электрода количество движения её превращается в импульс силы. Сила давления «n» частиц, приходящих на электрод в единицу времени, равна:

(13),

где (14),

I – составляющая тока, проводимого этими частицами.

Подставляя в (12) V из (13) и n из (14), находим выражение для силы давления электронов на анод:

(15),

где I_Э - электронный ток на анод;

m_O – масса электрона4

e – заряд электрона;

U_a - анодное падение потенциала.

Сила давления ионов на катод:

(16),

где I_j – ионный ток на катод;

M_O – масса иона;

e_j – заряд иона;

U_K - катодное падение потенциала.

При сварке на прямой полярности, металл переносится более крупными каплями, чем при токе обратной полярности. В одних и тех же условиях критический ток при прямой полярности больше, чем при обратной. Кроме того, при токе прямой полярности каплеобразование, отделение от капли и перенос металла сопровождается более частыми взрывами, что приводит к рассеиванию дугового потока и чрезмерному разбрызгиванию металла.

В силу указанных недостатков при сварке плавящимся электродом в среде углекислого газа прямая полярность обычно не применяется.

Так как в работе исследуется перенос при сварке в среде углекислого газа при обратной полярности, давлением заряженных частиц можно пренебрегать [4].

2.1.5 Сила тяжести

Сила тяжести может играть заметную роль при сварке на малых токах.

Она определяется по формуле:

(17),

где - масса капли;

- ускорение свободного падения, равное 9.8 м\с².

2.2 Причины изучения сил, действующих на каплю

При применении малых токов сварка с крупнокапельной формой переноса без коротких замыканий возможна только при больших длинах дуги, превышающих диаметр реальной капли. Такая форма переноса возможна, но практически нецелесообразна из-за слишком значительного коэффициента потерь на разбрызгивание, плохого формирования шва (шов откладывается в виде отдельных капель), значительной неустойчивостью дугового разряда. Длительное пребывание капли на торце электрода способствует развитию химических реакций между металлом капли и окружающей средой. Скорость сварки незначительна.

Для получения качественного шва с хорошим формированием и без разбрызгивания при сварке без коротких замыканий дугового промежутка необходимо осуществить мелкокапельный или же струйный перенос металла. Известно, что для получения мелкокапельного или струйного переноса требуются большие токи, не приемлемые по тем или иным соображениям – прожоги при сварке тонкого металла, значительное выгорание компонентов металла электрода из-за перегрева капель, заметное испарение металла.

Таким образом, возникает необходимость управлением размера капель, временем пребывания её на торце электрода и переносом в сварочную ванну в широком диапазоне сварочных токов.

Процесс переноса капли металла показан на ФЮРА.341591.003 и на рис.5.

Рисунок 5 – Фотосъёмка процесса переноса металла