Влияние магнитного поля 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 этоминогда нарушается и сам процесс сварки. Это явление получило название магнитного дутья.

Рассмотрим несколько примеров, показывающих воздей­ствие внешнего магнитного поля на сварочную дугу;

1. Если вокруг дуги создано симметричное магнитное поле, то дуга не отклоняется, так как созданное поле оказывает симметричное действие на столб дуги (рис. 36,а).

2.   На столб сварочной дуги действует несимметричное магнитное поле, которое создается током, протекающим в изделии; столб дуги при этом будет отклоняться в сторону, противоположную токопроводу (рис. 36,6).

Существенное значение имеет и угол наклона электрода, который также вызывает отклонение дуги (рис. 37). 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 (рис. 38). Влияние магнитных полей и ферромагнитных масс можно устранить путем изме­нения места токоподвода, угла наклона электрода, путем времен­ного размещения ферромагнитного материала для создания симметричного поля и заменой постоянного тока переменным.

 

Перенос расплавленного металла через дуговое пространство

При перекосе расплавленного металла действуют силы тя­жести, поверхностного натяжения, электромагнитного поля и внутреннего давления газов.

Сила тяжести проявляется в стремлении капли под действием собственного веса переместиться вниз. При сварке в нижнем положении сила тяжести играет положительную роль при - переносе капли в сварочную ванну; при сварке в вертикальном и особенно в потолочном положениях она затрудняет процесс переноса электродного металла.

Сила поверхностного натяжения проявляется в стремлении жидкости уменьшить свою поверхность под действием молекулярных сил, стремящихся придать ей такую форму, которая бы обладала минимальным запасом энергии. Такой формой является сфера. Поэтому сила поверхностного натяжения придает капле расплавленного металла форму шара и сохраняет эту форму до момента соприкосновения ее с поверхностью расплавленной ванны или отрыва капли от конца электрода без соприкосновения, после чего поверхностное на­тяжение металла ванны «втягивает» каплю в ванну. Сила поверхностного натяжения способствует удержанию жидкого металла ванны при сварке в потолочном положении и создает условия для формирования шва.

 

 

Сила электромагнитного поля заключается в том, что электрический ток, проходя по электроду, образует вокруг него магнитное силовое поле, которое оказывает на поверх­ность электрода сжимающее действие, стремящееся уменьшить поперечное сечение электрода. На твердый металл магнитное силовое поле не влияет. Магнитные силы, действующие нор­мально к поверхности расплавленной капли, имеющей сфериче­скую форму, оказывают на нее значительное влияние. С уве­личением количества расплавленного металла на конце элект­рода под действием сил поверхностного натяжения, а также сжимающих магнитных сил на участке между расплавленным и твердым электродным металлом образуется перешеек (рис. 39). По мере уменьшения сечения перешейка резко возрастает плотность тока и усиливается сжимающее действие магнитных сил, стремящихся оторвать каплю от электрода. Магнитные силы имеют минимальное сжимающее действие на шаровой поверхности капли, обращенной к расплавленной ванне. Это объясняется тем, что плотность тока в этой части дуги и на изделии небольшая, поэтому сжимающее действие магнит­ного силового поля также небольшое. Вследствие этого металл переносится всегда в направлении от электрода малого сечения (стержня) к электроду большого сечения (изделию). Следует отметить, что в образовавшемся перешейке вследствие увели­чения сопротивления при прохождении тока выделяется большое количество тепла, ведущее к сильному, нагреву и кипению перешейка. Образовавшиеся при этом перегреве пары металла в момент отрыва капли оказывают на нее реактивное дей­ствие — ускоряют ее переход в ванну. Электромагнитные силы способствуют переносу металла во всех пространственных положениях сварки.

Сила внутреннего давления газа возникает а результате химических реакций, протекающих тем активнее, чем больше будет перегрет расплавленный металл на конце электрода. Исходными продуктами для образования реакций являются газы, причем объем образующихся газов в десятки раз превосходит объем участвовавших в реакции соединений. Отрыв крупных и мелких капель от конца электрода происходит как следствие бурного кипения и удаления образовавшихся газов из расплавленного металла. Образование брызг на основном металле также объясняется взрывообразным дроблением капли, когда капля переходит через дуговой промежуток, так как в этот момент усиливается выделение из нее газов, и некоторая часть капли вылетает за пределы сварочной ванны. Сила внут­реннего давления газов главным образом перемещает каплю от электрода к изделию.