Сварочная дуга сущность процессов протекающих в ней процессов: Сварочная дуга и сущность протекающих в ней процессов. — КиберПедия — НПФ Техсервис — Техническое оборудование общепромышленного и нефтепромыслового назначения

Содержание

Сварочная Дуга И Сущность Протекающих В Ней Процессов — КиберПедия

Сварочной дугой называют разряд электрического тока в газовой среде между находящимися под напряжением твердыми или жидкими проводниками (электродами), который является концентрированным источником теплоты и используется для расплавления металла при сварке.
Электрические заряды в сварочной дуге переносятся заряженными частицами – электронами, а также положительно и отрицательно заряженными ионами. Процесс, при котором в газе образуются положительные и отрицательные ионы, называется ионизацией, а такой газ – ионизированным. Зажигание дуги при сварке плавящимся электродом начинается с короткого замыкания электрода с основным металлом. Из-за шероховатости поверхности электродов касание при коротком замыкании происходит отдельными выступающими участками, которые мгновенно расплавляются под действием выделяющейся теплоты, образуя жидкую перемычку между основным металлом и электродом. При отводе электрода жидкая перемычка растягивается, сечение ее уменьшается, электрическое сопротивление и температура возрастают. Когда расплавленный металл перемычки достигает температуры кипения, пары металла легко ионизируются и возникает дуга. Возникновение дуги длится доли секунды.

Дуга, горящая между электродом и изделием на воздухе, называется свободной. Свободная дуга (рис. 13) состоит из трех зон: катодной с катодным пятном, служащим для эмиссии (выхода) электронов; анодной с анодным пятном, бомбардирующимся электронным потоком, и столба дуги, который занимает промежуточное положение между катодной и анодной зонами.

Рис. 13. Схема строения свободной дуги: 1 – электрод; 2—катодная зона; 3—столб дуги; 4—анодная зона; 5 – изделие; /_д – длина дуги (расстояние между торцом электрода и поверхностью сварочной ванны)
Температура в зоне столба дуги при сварке достигает 6 000—7 000 °С в зависимости от плотности сварочного тока. Сварочные дуги классифицируются:

по применяемым электродам – дуга с плавящимся электродом и с неплавящимся электродом;
по степени сжатия дуги – свободная и сжатая дуга;
по схеме подвода сварочного тока – дуга прямого и косвенного действия;
по роду тока – дуга переменного тока (однофазная и трехфазная) и дуга постоянного тока;
по полярности постоянного тока – дуга на прямой полярности и дуга на обратной полярности;
по виду статической вольтамперной характеристики – дуга с падающей, жесткой и возрастающей характеристикой (рис. 14).
Дугу называют «короткой», если длина ее составляет 2—4 мм. Длина «нормальной» дуги 4—6 мм. Дугу длиной более 6 мм называют «длинной».

Рис. 14. Статическая вольт-амперная характеристика дуги в общем виде
Контрольные вопросы:
1. Назовите три основных состояния вещества и в чем их различие.
2. Почему газы в обычных условиях не проводят электрический ток?

3. Что называют сварочной дугой?
4. Чем переносятся электрические заряды в сварочной дуге?
5. Расскажите о зажигании дуги.
6. Расскажите о строении свободной дуги.
7. Расскажите о классификации сварочных дуг.
8. Какие дуги называются «короткими», «нормальными» и «длинными»?

Сварочная дуга и сущность протекающих в ней процессов — Студопедия

В промежутке между сварочным электродом и деталью находится воздух (или защитный газ). В газовой среде электроны притягиваются только к своим ядрам, поэтому при обычных условиях газы ток не проводят. Чтобы свободные электроны в газах стали проводниками тока, их необходимо уплотнить и ионизировать атомы и лавинообразно образовать электроны проводимости. Такие условия создаются при подаче напряжения и касании электродом детали и возбуждении сварочной дуги отрывом электрода. В результате термоэлектронной эмиссии (испускание электронов с раскаленной поверхности катода), а также образования положительных и отрицательных ионов возникает сварочная дуга в виде ионизированного и уплотненного газа, способного проводить ток и выделять тепловую энергию.

Эмиссия электронов, а также превращение молекул газа в атомы и в ионы происходит непрерывно. Такой процесс называется ионизацией, а газ – ионизированным. Энергию, которую необходимо затратить для отрыва электрона от атома элемента, находящегося в газообразном состоянии, с превращением его в положительный ион называют потенциалом ионизации. Ионизацию вызывает ряд факторов, в том числе термоэлектронная, автоэлектронная эмиссия, эмиссии в результате ударов тяжелых ионов по катоду, ионизация соударением, ионизация облучением. Потенциал ионизации можно уменьшать, например, введением в зону дуги элементов (K, Na ). Такие элементы вводятся в сварочную дугу через обмазку электрода, сварочную проволоку или защитный газ. Например, введение в состав вольфрамового электрода 0,5% окиси лантана La₂O₃ или окиси тория ThO₂в тысячи раз увеличивает эмиссию электронов с поверхности катода, что облегчает зажигание и повышает стабильность горения дуги. Эмиссия электронов зависит также от чистоты , температуры поверхности электрода и других факторов.

Таким образом, сварочная дуга это — длительный разряд электрического тока в газовой среде между находящимися под напряжением электродом и деталью (или электродами), являющиеся концентрированным источником теплоты достаточным для плавления металла и получения сварного соединения.

Сварочная Дуга И Сущность Протекающих В Ней Процессов

Состояние любого вещества характеризуется взаимосвязью молекул и атомов. Различают три основных состояния: твердое, жидкое и газообразное. В каждом случае расстояние между молекулами будет различным. В твердом и жидком состояниях расстояния между молекулами очень малы, этим объясняется малая сжимаемость этих веществ и общее их название – «конденсированное состояние». В газах расстояние между молекулами значительно больше, поэтому они могут сравнительно легко сжиматься под воздействием внешнего давления. Этим объясняется различие в электропроводности газов и веществ, находящихся в конденсированном состоянии. В твердых и жидких веществах крайние электроны, далеко отстоящие от ядра своих атомов, легко теряют связь с ядром и свободно перемещаются по веществу. Такие свободные электроны называются электронами проводимости и являются носителями тока в проводнике. В газах электроны притягиваются только к своим ядрам, поэтому при обычных условиях газы ток не проводят, но в электрической дуге газы ионизируются и приобретают электропроводность.
Сварочной дугой называют разряд электрического тока в газовой среде между находящимися под напряжением твердыми или жидкими проводниками (электродами), который является концентрированным источником теплоты и используется для расплавления металла при сварке.
Электрические заряды в сварочной дуге переносятся заряженными частицами – электронами, а также положительно и отрицательно заряженными ионами. Процесс, при котором в газе образуются положительные и отрицательные ионы, называется ионизацией, а такой газ – ионизированным. Зажигание дуги при сварке плавящимся электродом начинается с короткого замыкания электрода с основным металлом. Из-за шероховатости поверхности электродов касание при коротком замыкании происходит отдельными выступающими участками, которые мгновенно расплавляются под действием выделяющейся теплоты, образуя жидкую перемычку между основным металлом и электродом. При отводе электрода жидкая перемычка растягивается, сечение ее уменьшается, электрическое сопротивление и температура возрастают. Когда расплавленный металл перемычки достигает температуры кипения, пары металла легко ионизируются и возникает дуга. Возникновение дуги длится доли секунды.
Дуга, горящая между электродом и изделием на воздухе, называется свободной. Свободная дуга (рис. 13) состоит из трех зон: катодной с катодным пятном, служащим для эмиссии (выхода) электронов; анодной с анодным пятном, бомбардирующимся электронным потоком, и столба дуги, который занимает промежуточное положение между катодной и анодной зонами.

Рис. 13. Схема строения свободной дуги: 1 – электрод; 2—катодная зона; 3—столб дуги; 4—анодная зона; 5 – изделие; /_д – длина дуги (расстояние между торцом электрода и поверхностью сварочной ванны)
Температура в зоне столба дуги при сварке достигает 6 000—7 000 °С в зависимости от плотности сварочного тока. Сварочные дуги классифицируются:
по применяемым электродам – дуга с плавящимся электродом и с неплавящимся электродом;
по степени сжатия дуги – свободная и сжатая дуга;
по схеме подвода сварочного тока – дуга прямого и косвенного действия;
по роду тока – дуга переменного тока (однофазная и трехфазная) и дуга постоянного тока;
по полярности постоянного тока – дуга на прямой полярности и дуга на обратной полярности;
по виду статической вольтамперной характеристики – дуга с падающей, жесткой и возрастающей характеристикой (рис. 14).
Дугу называют «короткой», если длина ее составляет 2—4 мм. Длина «нормальной» дуги 4—6 мм. Дугу длиной более 6 мм называют «длинной».

Рис. 14. Статическая вольт-амперная характеристика дуги в общем виде
Контрольные вопросы:
1. Назовите три основных состояния вещества и в чем их различие.
2. Почему газы в обычных условиях не проводят электрический ток?
3. Что называют сварочной дугой?
4. Чем переносятся электрические заряды в сварочной дуге?
5. Расскажите о зажигании дуги.
6. Расскажите о строении свободной дуги.
7. Расскажите о классификации сварочных дуг.
8. Какие дуги называются «короткими», «нормальными» и «длинными»?

Сварочная дуга: все, что вы хотели знать

Уже более полувека сварка является одним из важнейших ремесел для человека. Благодаря сварочному аппарату строятся космические корабли, функционируют заводы, и для многих умельцев сварка превратилась в хобби. Но даже самый технологичный сварочный аппарат не принесет желаемого результата без стабильной сварочной электрической дуги и ее качественных характеристик.

Электрическая сварочная дуга позволяет надежно сварить даже самые сложные конструкции из металла. Чтобы получить качественные сварные швы нужно учесть все ее характеристики, знать особенности и строение дуги. Дополнительно важно учитывать температуру и напряжение дуги при ручной дуговой сварке. Из этой статьи вы узнаете, что такое сварочная дуга и сущность протекающих в ней процессов, научитесь применять полученные знания на практике.

Содержание статьи

Сварочная дуга: определение
Суть и строение дуги
Виды сварочной дуги
При каких условиях горит дуга
Особенности дуги
Вместо заключения

Сварочная дуга: определение

Итак, что такое сварочная дуга и каковы ее характеристики? Электроды, находящиеся под напряжением в смеси газов и паров, формируют мощный разряд. Что называется электрическим разрядом? Разряд — это результат прохождения электрического тока через газ. Ну а результат всего процесса в целом называют сварочной дугой. Сварочная дуга и ее свойства отличаются большой температурой и плотностью тока, поэтому дуга способна расплавить практически любой металл. Говоря более простыми словами, сварочная дуга является отличным проводником, преобразующим получаемую электрическую энергию в тепловую. За счет этой тепловой энергии и плавится металл.

Суть и строение дуги

Суть сварочной дуги крайне проста. Давайте разделим процесс на несколько пунктов:

Сначала электрический ток проходит через катодную и анодную область и проникает в газовую среду. Формируется электрический разряд с сильным свечением.
Образуется дуга. Температура сварочной дуги может доходить до 10 тысяч градусов по Цельсию, а этого достаточно, чтобы расплавить практически любой материал.
Затем ток с дуги переходит на свариваемый металл. Вот и все ее характеристики.

Свечение и температура разряда настолько сильны, что могут нанести ожоги и лишить сварщика зрения. Поэтому мастера используют сварочные маски, защитные перчатки и костюм. Ни в коем случае не занимайтесь сваркой без надлежащей защиты.

Строение сварочной дуги представлено на картинке ниже.

В области катода и анода во время горения дуги образуются пятна, где температура достигает своего предела. Именно через анодные и катодные области проходит электрический ток, при этом в этих областях напряжение значительно падает, а на столбе напряжения сварочной дуги сохраняется, поскольку столб располагается между анодом и катодом. Многие новички спрашивают, как измерить длину дуги. Достаточно посмотреть на катодную и анодную область, а также на сварочный столб. Их совокупность и называется длинной сварочной дуги. Средняя длина составляет 5 миллиметров. В этом случае температура получаемой тепловой энергии оптимальна и позволяет выполнить большинство сварочных работ. Теперь, когда мы узнали, что сварочная дуга представляет собой, обратимся к разновидностям.

Виды сварочной дуги

Сварочная дуга и ее характеристики могут отличаться по прямому и косвенному действию сварочного тока, а также по атмосфере, в которой они формируются. Давайте разберем эту тему подробнее.

Прямое действие сварочной дуги характеризуется особым направлением тока. Электрод располагается почти параллельно свариваемой поверхности и при этом дуга формируется под углом в 90 градусов. Электрическая сварочная дуга и ее характеристики могут быть и косвенного действия. Она может формироваться лишь с использованием двух электродов, расположенным под углом над поверхностью свариваемой детали. Здесь так же возникает сварочная дуга и металл плавится. Как мы писали выше, сварочные дуги также делятся по атмосфере, в которой формируются. Вот их краткая классификация:

Открытая среда. В открытой среде (атмосфере) дуга формируется за счет кислорода из воздуха. Вокруг нее образуется газ, содержащий пары свариваемого металла, выбранного электрода и его покрытия. Это самая распространенная среда при дуговой сварке.
Закрытая среда. В закрытой среде дуга горит под толстым слоем защитного флюса при этом так же формируется газ, но содержащий не только пары металла и электрода, а еще и пары флюса.

Газовая среда. Дугу поджигают и подают один из видов сжатого газа (это может быть гелий или водород). Дополнительная подача сжатого газа также защищает свариваемые детали от окисления, газы формируют нейтральную среду. Здесь, как и в остальных случаях, формируется газ, который содержит пары металла, электрода и сжатый газ, который сварщик дополнительно подает во время горения дуги.

Еще сварочные дуги могут быть стационарными и импульсными. Стационарные используют для долгой кропотливой работы без необходимости частого перемещения дуги. А импульсную используют для быстрой однократной работы.

Также сварочная дуга и ее характеристики могут косвенно классифицироваться по виду используемого в работе электрода (например, угольного или вольфрамового, плавящегося и неплавящегося). Опытные сварщики чаще всего используют неплавящийся электрод, чтобы лучше контролировать качество получаемого сварного соединения. Как видите, процесс сварки простой сварочной дугой может иметь множество особенностей, и их нужно учитывать в своей работе.

При каких условиях горит дуга

В обычном цеху или в вашем гараже средняя температура составляет 20 градусов по Цельсию, а давление не превышает одной атмосферы. В таких условиях газ практически не способен проводить электрический ток и тем самым формировать дугу. Для решения этой проблемы нужно добавить ионы в образующиеся газы. Вот что называют ионизацией профессиональные мастера.

Также в катодной области нужно постоянно поддерживать постоянную температуру. Это необходимо, чтобы дуга возникла и поддерживала горение. Но поскольку именно в области катода и анода температура может снижаться быстрее, у многих новичков возникает масса проблем. Кроме того, температура области катода может сильно варьироваться в зависимости от температуры в помещении, где проходит сварочный процесс. Проблем можно избежать, если следить за исправностью источника питания и стабильностью подачи электричества (особенно важный момент для домашних сварщиков с нестабильным напряжением в бытовой электросети). Все это оказывает большое влияние на свойства сварочной дуги и сущность протекающих в ней процессов.

Особенности дуги

Сварочная дуга и ее характеристики обладают рядом особенностей, которые нужно учитывать в своей работе:

Как мы неоднократно говорили, у дуги очень высокая температура. Она достигается за счет большой плотности электрического тока (плотность может достигать тысячи ампер на квадратный сантиметр). По этой причине важно правильно настроить аппарат и быть осторожным при сварке тонких металлов.
Электрическое поле неравномерно распределяется между электродами, если их используется две штуки. При этом в сварочном столбе напряжение практически не меняется, а вот в катодной области это напряжение заметно снижается, что может привести к ухудшению качества шва.
В сварочном столбе, в свою очередь, наблюдается самый высокий показатель температуры, чего нельзя сказать о других частях дуги. Учтите, что если вам необходимо увеличить длину дуги, то вы скорее всего потеряете часть этой температуры. Этот показатель особенно важен при сварке металлов с высокой температурой плавления.

Еще с помощью выбора плотности тока можно регулировать падение напряжения сварочной дуги. Чем выше плотность тока, тем выше вероятность, что напряжение сварочной дуги упадет. Но бывают случаи, когда от нарастающей силы тока напряжение сварочной дуги увеличивается. Чтобы контролировать этот процесс понадобится некоторый опыт. Не бойтесь экспериментировать, если вам позволяет работа. Это были основные свойства сварочной дуги, на которые следует обратить внимание.

Вместо заключения

Теперь вы знаете все о сварочной дуге и ее свойствах, а также знаете ее характеристики. Опытные сварщики могут в комментариях поделиться своим пониманием, что из себя представляет сварочная дуга и сущность протекающих в ней процессов. Это будет особенно полезно для начинающих сварщиков.

Кратко резюмируя, сварочная дуга состоит из сварочного столба, анодных и катодных областей. Именно в этих областях проходит ток. В результате формируется электрический разряд. Образуется дуга и преобразовывает полученный ток в тепло, температура может достигать 10 тысяч градусов по Цельсию!
Саму дугу можно зажечь с помощью двух методов: чирканья и постукивания. Новички предпочитают метод постукивания, но мы рекомендуем освоить и метод чирканья, поскольку это улучшит ваши профессиональные навыки и предотвратит от залипания электродов. Желаем удачи!

Физические процессы в электрической дуге

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГЕ [c.54]

Настоящая монография посвящена вопросу об электрической дуге отключения. Этот вопрос является одним из важнейших в теории электрических аппаратов. Однако рассматривать его без предварительного ознакомления с физическими процессами в дуге и ее характеристиками в установившемся и в неустановившемся режимах невозможно. Без хорошего знания этих процессов нельзя рассчитывать и на существенное улучшение конструкций выключающих аппаратов. Между тем в советской технической литературе эти процессы освещены очень мало. Значительно большее внимание уделяет им иностранная печать, но в ней встречается немало противоречий, которые необходимо вскрыть и критически разобрать. [c.3]

В нашей литературе имеется прекрасная книга О. Б. Брона и его сотрудников Электрическая дуга в аппаратах управления . Она содержит насыщенный экспериментальными данными материал, но касается только дуги отключения в аппаратах низкого напряжения и почти не затрагивает физических процессов в дуге. [c.3]

Автор настоящей монографии поставил своей задачей изложить современные представления о физических процессах, происходящих в электрической дуге отключения, и на этой основе рассмотреть методы гашения дуги в электрических аппаратах. Этим автор надеется заполнить имеющийся в литературе пробел в области наших знаний о дуге отключения. [c.3]

По мере того, как применения электрической дуги в технике становятся все более многочисленными (освещение, дуговые электрические печи, электросварка, выключатели и пр.), развиваются и исследования дуги. Ведутся работы как по изучению физических процессов в дуге и установлению ее физических характеристик, так и по разработке теории дуги. Ряд важных исследований дуги был проведен в двадцатых годах. Среди них следует особенно отметить труды Комптона [Л. 1-7, 1-8] и Слепяна [Л. 1-9]. Значительно усилились исследования дуги в тридцатых и сороковых годах. Появившиеся в этот период монографии по вопросам разряда в газах [Л.1-10—1-13 ] содержат главы, посвященные дуге. Были изданы и монографии, написанные специально о дуге [Л. 1-14—1-19]. Исследование дуги интенсивно продолжалось и в пятидесятых годах. [c.10]

Следующим эффективным типом классического светового источника является электрическая дуга, возникающая при разрыве электрического контура между концами проводников. Физические процессы, протекающие в дуговом разряде, весьма сложны. Происходит ионизация атомов и молекул газа, который заполняет пространство между электродами. Изучение газоразрядной плазмы показало, что как возбуждение атомов, так и их ионизация носит в значительной мере температурный характер. [c.122]

В гл. 2 были рассмотрены физические процессы, происходящие в остаточном стволе дуги при переходе тока через нуль. Мы установили два возможных механизма повторного зажигания дуги после перехода тока через нуль, которые можно назвать электрическим и тепловым. В первом играет роль только электрическая прочность быстро рассеивающегося ствола дуги, а во втором существенную роль играют тепловые процессы в остаточном стволе дуги, связанные с существованием остаточного тока. [c.196]

Прошедш ий со времени первых опытов В. В. Петрова дли тельный период исследования электрической дуги в разнообразных ее модификациях принес много выдающихся теоретических и экспериментальных работ, открывших путь широкому техническому освоению дугового разряда. Тем не менее наши сведения о физических процессах дуги все еще крайне ограничены и неточны. В особенности это относится к дуге холодного типа — той технически важной разновидности разряда, которая объединяет в себе обширный класс металлических дуг, развивающихся в газе или вакууме при участии паров металла катода. Отсутствие точных сведений о холодной дуге служит серьезным тормозом в развитии работ по созданию новых, более совершенных газоразрядных приборов, принуждая проводить поиски нужных решений на ощупь, методами вульгарного эмпиризма. В отмеченном отставании физики не последнюю роль сыграли известная бессистемность изучения дуги и отсутствие четкого представления относительно его дальнейших путей и основных задач. В настоящее время в связи с большим масштабом работ по оснащению народного хозяйства новой техникой назрела необходимость отыскания новых путей и организационных форм исследования дугового разряда. Во-первых, подобные исследования должны носить характер планомерной работы, проводимой по заранее выработанной широкой программе. Во-вторых, в основу этой программы должна быть положена единая руководящая идея, способная объединить отдельные участки работы. Разумеется, составлению такой программы должна предшествовать систематизация и критическая переработка имеющихся сведений о дуговом разряде, а сама исследовательская работа должна проводиться в тесной связи с практикой. Опыт такого рода планомерного исследования дуги холодного типа, проведенного автором в период с 1957 по 1959 г. в Лаборатории газо- [c.5]

Основные сведения о сварочной дуге в защитных газах. Электрическая дуга по длине состоит из трех характерных областей, различающихся протекающими в них физическими процессами и энергетическими характеристиками. Участки, непосредственно примыкающие к электродам, называются катодной (у отрицательного электрода — катода) и анодной (у положительного электрода — анода) областью, а участок между ними — столбом дуги (рис. 1.20). Участки электродов, через которые проходит основной ток дуги, называются катодными и анодными пятнами. Из-за существенного различия условий прохождения электрического тока на границе между ионизированным газом и парами металла вблизи от металлических электродов возле катода и анода находятся области, характеризующиеся скачкообразным изменением [c.53]

Очевидно, что устойчивость горения дуги переме,нного тока зависит от того, насколько легко происходит повторное зажигание дуги в каждом полупериоде, а последнее определяется ходом физических и электрических процессов в дуговом промежутке и на электродах в отрезки времени между каждым погасанием и новым зажиганием дуги. [c.25]

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА И ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В НЕЙ [c.13]

При питании дуги переменным током полярность электрода и изделия и условия существования дугового разряда периодически изменяются. Дуга переменного тока промышленной частоты 50 Гц гаснет при переходе тока через нуль и перемене полярности в начале и конце каждого полупериода и вновь возбуждается 100 раз в секунду, или дважды за каждый период. Устойчивость горения такой дуги зависит от того, насколько легко происходит повторное возбуждение дуги в каждом полупериоде. Это определяется ходом физических и электрических процессов в дуговом промежутке и на электродах в отрезки времени между каждым затуханием и новым зажиганием дуги. Снижение тока сопровождается соответствующим уменьшением температуры в столбе дуги и степени ионизации дугового промежутка. Одновременно падает и температура активных пятен на аноде и катоде. Падение температуры несколько отстает по фазе при переходе тока через нуль, что связано с тепловой инерционностью процесса. Особенно интенсивно падает температура активного пятна, расположенного на поверхности сварочной ванны, в связи с интенсивным отводом теплоты в массу детали. [c.30]

Ионизация газа и возникновение в нем мощного дугового разряда являются сложными физическими процессами, зависящими от многих факторов и условий. Исследованиями электрической сварочной дуги установлено, что выбрасывание (эмиссия) катодом свободных электронов происходит в результате следующих процессов [c.44]

Физические и электрические свойства сварочной дуги. Для возникновения электрического разряда газовый промежуток между электродами должен быть ионизирован. Процесс ионизации протекает в следующем порядке. При соприкосновении торца электрода и свариваемого изделия выступы шероховатых поверхностей мгновенно разогреваются током до температуры плавления и испарения вследствие большого омического сопротивления контакта. После отрыва электрода от изделия разогретый торец электрода (отрицательный.полюс) начинает испускать электроны, устремляющиеся к аноду под действием разности потенциалов между электродами. При столкновении с электродными частицами металлов которые в виде паров имеются в межэлектродном промежутке, электроны ионизируют их. Ионизация мгновенно охватывает весь межэлектродный промежуток, и он становится электропроводным. В процессе горения дуги ионизация поддерживается благодаря высокой температуре. [c.49]

Эластичные [транспортных средств мусором В 65 F 3/18 Электрическая [дуга, использование электростатических распылителях 5/06) В 05 В для переплавки металлов С 22 В 9/20) обработка жидкого металла в литейных формах В 22 D 27/02 энергия механических колебаний В 06 В 1/02-1/08 в химических или физических процессах В 01 J 1/08) осветительные устройства со встроенным источником электроэнергии F 21 S 9/00-9/04)] Электрические [F 02 генераторы (использование в системах зажигания двигателей Р 1/02-1/06 привод с использованием ДВС В 63/(00-04)) цепи, использование для запуска двигателей N 11/08) ж.-д. В 60 (L, М) заряды (использование для изготовления металлических порошков В 22 F 9/14 средства для снятия с шин транспортных средств В 60 С 19/08) изоляторы в линиях энергоснабжения В 60 М 1/16-1/18 конвейеры В 65 G 54/02 контактные сети для электрического транспорта В 60 М опоры F 16 С 32/04 отопительные системы для жилых и других зданий F 24 D 13/(00-04) предельные вьпслючатели и цепи в подъемных кранах В 66 С 13/50 разряды, использование (для зарядки или ионизации частиц В 03 С 3/38 для нагрева печей F 27 D 11/(08-10)) ракеты В 64 G, F 02 К 11/00, В 64 С 39/00 сервоусилители (в [c.218]

Описаны схемы, конструкции и характеристики ряда ориги нальных плазмотронов, обладающих широким диапазоном парамет ров нагреваемого газа и высокой эффективностью. Большое вни мание уделено описанию физических процессов в плазмотронах. а также методам расчета характеристик электрической дуги. [c.2]

Таким образом, В. Ф. Миткевич впервые установил, что электрическая дуга представляет собою электронное явление. Это было очень важным шагом в установлении правильных физических представлений о процессах, происходящих в электрической дуге. [c.9]

Принимая ячейки за -основную структурную единицу катодного пятна, мы можем выработанные выше представления относительно физических процессов в ячейках и механизма их перестройки применить к каждО Му автономному пятну. В соответствии с этим каждое из таких пятен следует предста влять в виде ансамбля четырех разнородных областей, а именно -поверхностной области эмиссии катода 5е, области -интенсивного испарения металла 8т, объемной области ионизации ртутного пара электронами Уд И разделяющей их -облз сти положительного объемного заряда VОсновываясь на всей совокупностн -данных о ртутной дуге, можно принять, что эмиссия электронов на ртути вызывается электрическим полем объем ного заряда области Vp. Ускоряясь в этой области, электроны производят ионизацию па- ра в Уд по средством -ступенчатых процессов. Положительные ионы нз Уд -поступают в область У в результате теплового движения. Приобретая в ней энергию, они передают ее в той или иной -мере -катоду, что и служит источником нагревания металла. Из указанной причинной связи между процессами дугового цик-196 [c.196]

Физические процессы, протекающие в дуговом разряде, довольно сложны. Дуга возникает, как правило, после разрыва электрической цепи, в частпости, между специально предпазна-ченными для этой цели электродами. В нервьи момент зажигания дуги эти электроды приводятся в соприкосновение на короткое время. Раскаленный катод дуги начинает испускать электроны, которые разгоняются в межэлектродном промежутке вследствие наложенного на пего напряжения. Электроны большой скорости, сталкиваясь с атомами и молекулами газов, заполняющих дуговой промежуток, ионизируют их. Освободившиеся электроны и ионы, ускоряясь, в свою очередь ионизируют другие нейтральные частицы или претерпевают упругие и неупругие столкновения с ними. Достигая анода, они замыкают электрическххй ток в цепи дуги. [c.239]

Результаты олисаяных наблюдений. позволяют сделать ряд общих выводов относительно физической сущности процесса управления разрядом, его. характеристик и некоторых его особенностей, таких, а тенденция к погасаниям. Из этих наблюдений мы должны прежде всего заключить, что как само осуществление того или иного стационар ного режима дуги, так и любое изменение этого режима оказываются возможными благодаря координации процессов распада и восстановления ячеек катодного пятна. Все известные методы управления разрядным токо м основа.ны на иопользовании этого координационного механизма. Его сущность состоит в том, что любое нарушение равновесного количества ячеек, отвечающего данному режиму внешней цени разряда, вызывает цепь последовательных воздействий на разряд и в первую очередь его катодную область, под влиянием которых равновесие восстанавливается. Одним из первых звеньев в этой цепи является изменение напряжения на электродах дуги, вызывающее временное изменение величины катодного падения. Посредством таких изменений достигается регулировка количества действующих на катоде ячеек. Процесс становления равновесного количества ячеек проходит две стадии. Первая стадия характеризуется изменением интенсивности электрических процессов в пределах каждой ячейки, включая изменение эмиссионного тока, интенсивности ионизации металлического пара и величины ионного тока на катод. В отличие от этого на протяжении второй стадии в результате указанных воздействий на катодное пятно происходит изменение количества ячеек на катоде. Последнее достигается либо путем отмирания лишних или сверхкомплектных при данном режиме ячеек, либо посредством деления ячеек, в зависимости от характера откло1не-ния состояния дуги от равновесного. Легко заметить, что действие рассмотренного координационного механизма. основано на следующих свойствах элементарных ячеек дуги их неустойчивости, необходимости для их существования в фор.ме автономных областей вполне определенного тока, способности ячеек принимать на себя кратковременно токи, резко отличающиеся от нормы, и, наконец, их способности к делению. [c.188]

Дуговая сварка плавлением при помощи электрической дуги или других источников тепловой энергии широко распространена благодаря простоте соединения частей металла путем местного расплавления соединяемых поверхностей. Расплавление основного и присадочного металла облегчает их физические контакты, обеспечивает подобно жидкостям смешивание металлов в жидкой сварочной ванне, одновременно удаляя оксиды и другие загрязнения. Происходят металлургическая обработка расплавленного металла и его затвердевание, образуются новые межатомные связи. В кристаллизуемом металле образуется сварной шов (рис. 1.2, в). Свойства сварного шва и соединения в целом регулируются технологией расплавления металла, процессом его обработки и кристаллизации. Взаимная растворимость в лфизико-химических свойств температуры плавления, теплопроводимости и др., а также несходством атомного строения. Некоторые металлы, например железо и свинец и др., не смешиваются при расплавлении и не образуют сварного соединения другие — железо и медь, железо и, никель, никель и медь хорошо смешиваются при сварке образуют твердые растворы. Для соединения металлов, не поддающихся смешиванию при расплавлении, применяют особые виды сварки и методы ее выполнения. [c.8]

Известно, что при различно.м физическом состоянии электродов вольтамперная характеристика электрической дуги становится несимметричной, в результате чего возникает постоянная составляющая тока, отрицательно воздействующая на процесс удаления окпсной пленки и на однородность сварного шва. [c.107]

О. А. Есина и П. В. Гельда ( Физическая химия пироме-галлургических процессов и Процессы высокотемпературного восстановления ), Г. А. Сисояна ( Электрическая дуга в руднотермических печах ) и др. [c.4]

На рис. 44 показана маленькая друговая печь, используемая в Национальной физической лаборатории. Водоохлаждае-мое полусферическое основание плавильной камеры сделано из меди и представляет положительный электрод, на который помещают расплавляемый материал. Печь закрывают плоской латунной плитой. На этой плите укреплены отрицательный электрод, смотровая труба, отводные трубы к вакуумной системе и к лйнии газовой очистки. Две части плавильной камеры электрически изолированы одна от другой, а вакуумное соединение уплотняется кольцевой изоляцией. Охлаждаемый водой вольфрамовый электрод вводится через гибкий сильфон, укрепленный стальными кольцами. Вакуумное соединение уплотнено кольцевыми прокладками, которые допускают регулировку положения электрода. Латунная плита снабжена смотровой трубой, смонтированной таким образом, что наблюдатель может следить за процессом плавки во время передвижения дуги. Для освещения при низких температурах применяется лампочка, помещенная в герметически закрытой смотровой трубе. При очень высоких температурах смотровое окошко закрывается синим стеклом. Вольфрамовый электрод снабжен изолированной рукояткой. Пользуясь этой рукояткой и сильфоном, работающий может, сначал а вызвать злектриче-скую дугу, а затем изменять положение вольфрамового электрода соответственно ходу плавки. Расплав образуется на водоохлаждаемом основании. Предварительно печь откачивается, и плавка обычно проводится в атмосфере аргона под давлением 0,5 ат. [c.67]

Технология электрической сварки плавлением. Думов С.И. 1987 | Библиотека: книги по архитектуре и строительству

Предисловие
Введение

Глава I. Классификация основных видов электрической сварки плавлением
§ 1. Классификация электрической дуговой сварки
§ 2. Сущность основных способов электрической сварки плавлением

Глава II. Теоретические основы электрической дуговой сварки плавлением
§ 3. Сварочная дуга и сущность протекающих в ней процессов
§ 4. Процессы па отдельных участках сварочной душ
§ 5. Технологические особенности и условия устойчивого горения сварочной дуги
§ 6. Действие магнитных полей и ферромагнитных масс на сварочную дугу
§ 7. Перенос металла через дугу
§ 8. Особенности переноса металла при имнульсно-дуговой сварке
§ 9. Тепловые процессы при электрической сварке плавлением
§ 10. Расчеты тепловых процессов при сварке

Глава III Сварочные материалы
§ 11. Электродные материалы
§ 12. Металлические плавящиеся электроды для ручной дуговой сварки сталей
§ 13. Флюсы для дуговой и электрошлаковой сварки
§ 14. Газы, применяемые при электрической сварке плавлением
§ 15. Условия хранения и транспортировки сварочных материалов

Глава IV. Металлургические процессы при электродуговой и электрошлаковой сварке
§ 16. Особенности металлургических процессов при сварке
§ 17. Кислород, азот, водород и их влияние на металл шва
§ 18. Металлургические процессы при сварке толстопокрытыми электродами
§ 19. Металлургические процессы при сварке под флюсом и в защитных газах
§ 20. Формирование и кристаллизация металла шва. Микроструктура шва и зоны термического влияния
§ 21. Влияние погонной энергии на металл околошовной зоны и металл шва
§ 22. Трещины в сварных соединениях сталей
§ 23. Старение и коррозия металла сварных соединений

Глава V. Сварочные напряжения и деформации
§ 24. Сварочные напряжения, деформации и их классификация
§ 25. Схема образования сварочных напряжений и деформаций
§ 26. Расчет сварочных остаточных деформаций и механизм возникновения структурных напряжений
§ 27. Деформация и напряжения при сварке стыковых и тавровых соединений
§ 28. Меры борьбы со сварочными деформациями и напряжениями

Глава VI. Технология сварки покрытыми электродами низкоуглеродистых и низколегированных сталей
§ 29. Сварные швы и соединения
§ 30. Режимы ручной дуговой сварки
§ 31. Технология ручной сварки металлическим электродом

Глава VII. Технология сварки под флюсом низкоуглеродистых и низколегированных сталей
§ 32. Основные особенности сварки и влияние параметров режима на форму шва
§ 33. Технологические способы выполнения сварных соединений
§ 34. Расчет режимов автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом
§ 35. Пути повышения производительности труда при автоматической сварке под флюсом
§ 36. Электрошлаковая сварка, ее особенности и область применения
§ 37. Режимы электрошлаковой сварки
§ 38. Технология электрошлаковой сварки прямолинейных и кольцевых швов

Глава VIII. Технология дуговой сварки в среде защитных газов
§ 39. Пост для сварки в углекислом газе и его оснастка
§ 40. Режимы и технология сварки в среде углекислого газа

Глава IX. Технология электрической сварки плавлением легированных сталей
§ 41. Группы легированных сталей и влияние примесей
§ 42. Технология сварки низколегированных жаропрочных и среднеуглеродистых сталей
§ 43. Технология сварки среднелегированных сталей
§ 44. Технология сварки высоколегированных сталей и сплавов
§ 45. Основные свойства, классификация и способы сварки аустенитных сталей
§ 46. Технология сварки разнородных и двухслойных сталей

Глава X. Наплавка твердых сплавов и сварка чугуна
§ 47. Наплавка твердых сплавов
§ 48. Механизированные способы наплавки
§ 49. Технология сварки чугуна и ее особенности

Глава XI. Сварка цветных металлов
§ 50. Сварка алюминия и его сплавов
§ 51. Сварка сплавов на магниевой основе
§ 52. Сварка титана и его сплавов
§ 53. Сварка меди и ее сплавов
§ 54. Сварка никеля и его сплавов

Глава XII. Электрическая резка. Новые виды сварки металлов
§ 55. Электродуговая и воздушно-дуговая резка металлов
§ 56. Дуговая подводная сварка и резка металлов
§ 57. Сварка и резка сжатой дугой
§ 58. Электронно-лучевая сварка
§ 59. Лазерная сварка

Глава XIII. Технологический процесс изготовления сварных конструкций
§ 60. Разработка технологического процесса
§ 61. Сборка сварных конструкций

Список литературы

Сварка Сущность процесса — Энциклопедия по машиностроению XXL

ДУГОВАЯ СВАРКА. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА [c.183]

ТОЧЕЧНАЯ СВАРКА Сущность процесса [c.366]

АТОМ НО-ВОДОРОДНАЯ СВАРКА Сущность процесса [c.214]

РЕЖИМЫ И ТЕХНИКА ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ Сущность процесса шланговой полуавтоматической сварки [c.403]

Атомноводородная сварка. Сущность процесса атомноводородной сварки состоит в следующем (фиг. 16). Между двумя вольфрамовыми электродами J возбуждают дугу, в зону которой подают молекулярный водород. При высокой температуре дуги молекулярный водород переходит в атомарный, поглощая большое количество тепла. Атомарный водород, встречаясь с холодной поверхностью основного металла, вновь переходит в молекулярный. При этом выделяется тепло, идущее на плавление основного металла и присадочного прутка 2. [c.145]

Дуговая сварка. Сущность процесса. ……………. [c.661]

Холодную сварку выполняют без нагрева при нормальных и пониженных температурах. Физическая сущность процесса заключается в сближении свариваемых поверхностей до образования [c.220]

Сущность процесса сварки под водой состоит в том, что под действием тепла сварочной дуги испаряется и разлагается окружающая дугу вода, расплавляется и частично испаряется материал изделия, электрода и покрытия, создавая вокруг дуги непрерывно возобновляющуюся газовую полость. Расплавленный металл при этом образует валик или шов. [c.126]

Электронный луч. Электронный луч — поток электронов, испускаемых одним источником и движущихся по близким траекториям в определенном направлении. Сущность процесса сварки электронным лучом в вакууме состоит в использовании кинетической энергии электронов. [c.15]

Глава 13. СВАРКА ДАВЛЕНИЕМ 45. Сущность процессов сварки давлением [c.105]

Холодная сварка — сварка, при которой соединение образуется при значительной пластической деформации без внешнего нагрева соединяемых поверхностей. Физическая сущность процесса заключается в сближении за счет пластической деформации свариваемых поверхностей до образования металлических связей между ними и получения таким образом прочного сварного соединения. Отличительной особенностью холодной сварки является необходимость значительной объемной пластической деформации и малой, степени ее локализации в зоне контакта соединяемых материалов. Это связано с необходимостью разрушения и удаления окисных пленок из зоны контакта механическим путем, т. е. за счет интенсивной совместной деформации. Большое усилие сжатия обеспечивает разрыв окисных пленок, их дробление и образование чистых поверхностей, способных к схватыванию. [c.115]

Конечная цель сварочного производства — выпуск экономичных сварных конструкций, отвечающих по своим конструктивным формам, механическим и физическим свойствам тому эксплуатационному назначению и условиям работы, для которых они создаются. Обеспечение рациональных форм и определение оптимальных сечений элементов конструкций относится к задачам проектирования. Получение необходимых механических и физических свойств сварных соединений — главная задача, решение которой должны обеспечить технологические процессы сварки. Теория сварочных процессов призвана давать правильное описание совокупности явлений, которые составляют сущность процесса сварки. [c.5]

Формы тел, нагреваемых при сварке, весьма разнообразны. Распространение теплоты существенно зависит от формы и размеров тела. Точный учет конфигурации тела может привести к таким усложнениям расчета, что его практическое использование окажется затруднительным. Поэтому во всех тех случаях, когда пренебрежение второстепенными особенностями формы тела не приводит к большим погрешностям расчета, целесообразно упро-ш,ать формы рассматриваемых тел, сводя их к простейшим. Разумеется, грамотное применение такой схематизации должно основываться на четком понимании физической сущности процесса в целом. Обычно выбирают одну из следующих основных схем. [c.140]

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА И ВИДЫ СВАРКИ [c.449]

Сущность процесса, технологические особенности и применение атомноводородной сварки [c.317]

Сущность процесса и классификация способов автоматической сварки под слоем флюса [c.325]

Сущность процесса и разновидности стыковой сварки [c.356]

Схему и описание метода см. табл. 1. Сущность процесса состоит в том, что изделие из пластмассы помещают в переменное электрическое поле высокой частоты, которое создается между двумя металлическими электродами. Вследствие того, что пластмассы являются несовершенными диэлектриками, элементарные заряды при внесении их в высокочастотное электрическое поле смещаются и небольшое количество имеющихся в диэлектрике свободных зарядов образует ток проводимости. На смещение заряженных частиц затрачивается работа, которая преобразуется в тепло. При изменении направления электрического поля выделяется некоторое количество тепла. Поэтому, чтоб интенсифицировать процесс сварки, применяют токи высокой частоты (30— 40 мгц и более). [c.199]

Атомно-водородная сварка относится к группе газо-электрических (электрохимических) способов. Сущность процесса состоит в получении под действием высокой температуры дуги атомного водорода, рекомбинирующего в молекулы на поверхности свариваемого металла с выделением значительного количества теплоты. [c.214]

Более ста лет прошло со дня изобретения нового технологического процесса, впервые продемонстрированного в парижской аудитории. Появился целый ряд разновидностей сварки, сущность которой заключается в нагреве или пластическом деформировании соединяемых частей (а также совместном воздействии того и другого процесса), вплоть до установления межатомных прочных связей указанных частей. [c.34]

Холодную сварку выполняют без нагрева при обычных и даже пониженных температурах. Физическая сущность процесса заключается в сближении свариваемых поверхностей до образования металлических связей между ними. В результате сдавливания заготовок в месте соединения происходит совместная пластическая деформация, сопровождающаяся разрушением пленок оксидов, которые удаляются из зоны контакта при течении металла. Образовавшиеся совершенно чистые поверхности обеспечивают прочное соединение. [c.255]

В чем состоит сущность процесса дуговой сварки под слоем флюса [c.151]

В зависимости от основных признаков, которые в данном определении превалируют, понятия сварки могут быть различные. Например, сварка определяется как процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пластическом деформировании. В данном определении указьшается и на физическую сущность процесса, и на технологические принципы его реализации. [c.445]

Наиболее общим определением процесса сварки является ссылка на его термодинамическую сущность сварка — это процесс получения монолитного соединения материалов за счет термодинамически необратимого превращения тепловой и механической энергии и вещества в стыке. [c.445]

В чем заключается сущность процесса пайки и каковы его особенности по сравнению со сваркой [c.546]

Сущность процесса сварки (наплавки) [c.42]

Сущность и техника сварки электронным лучом. Сущность процесса состоит в использовании кинетической энергии потока электронов, движущихся с высокими скоростями в вакууме (см. рис. 4.22). Для уменьшения потери кинетической энергии электронов за счет соударения с молекулами газов воздуха, а также для химической и тепловой защиты катода в электронной пушке создают вакуум порядка Ю» . .. 10 мм рт. ст. [c.148]

Сущность процесса дуговой сварки под флюсом заключается в применении непокрытой электродной проволоки и флюса для защиты дуги и сварочной ванны от воздуха (рис. 18.16). Электрическая дуга 1 горит между свариваемым изделием 9 и электродной проволокой 3 под слоем гранулированного сыпучего флюса 2, насыпаемого впереди дуги. В результате горения дуги расплавляются кромки основного металла, электродная проволока и часть флюса, примыкающая к зоне сварки. В зоне сварки образуется газовый пузырь 8, заполненный парами металла и газами. Сверху пузырь ограничен пленкой расплав- [c.391]

Сущность процесса сварки электронным лучом в вакууме сос-стоит в использовании кинетической энергии электронов, быстро движущихся в глубоком вакууме. [c.55]

Большое значение имеет определение твердости отдельных структурных составляющих сварного шва — микротвердости. Это позволяет оценить полноту прохождения многих металлургических процессов, происходящих при сварке. Сущность метода заключается во вдавливании стандартной алмазной пирамиды с углом прн вершине 136°, при нагрузке 0,02…2 Н, определении площади поверхности отпечатка и делении величины нагрузки на эту плотность. Результаты обозначаются в НМ — единицах микротвердости. Прибор для измерения микротвердости ПМТ-3 снабжен микроскопом с подвижной шкалой, позволяющим точно установить наконечник и произвести последующие измерения отпечатка. [c.167]

Для сварки рельсов применяют стыковую сварку. Сущность процесса стыковой сварки заключается в следующем. Пропусканием электрического тока большой силы достигают быстрого разогрева стыка до сварочного жара, при котором металл торцов свариваемого изделия переходит в пласгическое состояние и в местах касания оплавляется. После этого производят сжатие (осадку) свариваемых частей, при этом происходит молекулярное сцепление металла, т. е. сварка. [c.378]

Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании прочных связей между атомами или молекулами на соединяемых поверхностях заготовок. Для образования соединений необходимо выполнение следующих условий освобождение свариваемых иоверх-постей от загрязнений, оксидов и адсорбированных на них инородных атомов энергетическая активация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие друг с другом сближение свариваемых поверхностей на расстояния, сопоставимые с межатомным расстоянием в свариваемых заготовках. [c.182]

В книге изложены основы теории сварки (сущность, клас сификация, физико-химические процессы, деформации и напри-жения, свариваемость металлов), кратко описано устройство оборудования и аппаратуры для дуговой и газовой сварки, наплавки Н резки рассмотрены приемы выполнения различных сварных швов, приведены ведения о перспективных видах сварки, механизации и автоматизации сварочного производства. [c.2]

Физическая сущность процесса электровибрационной. наплавки полностью еще не раскрыта. Вначале предполагалось, что Т1аплавка происходит в результате контактной сварки основного металла и электрода в момент их замыкания при вибрации электрода «» (отсюда первоначальное название — виброконтактная наплавка ). Позже на основании практических наблюдений и исследований возникло предположение, что наплавка проис- [c.76]

Сущность процесса получения отливок заключается в том, что расплавленный металл определенного состава заливается в литейную форму, внутренняя полость которой с максимальной степенью приближения воспроизводит конфигурацию и размеры будущей детали. В ходе дальнейшего охлаждения металл затвердевает, сохраняя приданную ему форму Из всех известных способов формообразования (ковка, обработка резанием, сварка, порошковая металлургия и т. д.) литейная технология наиболе эффективна, так как позволяет получать изделия необходимой конфигурации непосредственно из расплава при сравнительно небольших затратах энергии, материалов и труда. [c.201]

Основы дуговой сварки! | HubPages

В вашем сварочном аппарате есть кабель под названием , сварочный провод , который представляет собой изолированный медный провод и бывает таких размеров, как номер 4, 2, 1 и 01 (одинарный нечетный). Чем меньше число, тем меньше диаметр провода. Он прикреплен к держателю электрода.

Сварочный кабель может быть разной длины и диаметра. Любой центр сварочного оборудования или производитель вашего аппарата могут подсказать, какая длина и диаметр вам нужны.

По моему опыту, наиболее распространенные аппараты для сварки штангой имеют шаг в десять футов.

Диаметр провода моей машины равен 4, а электрододержатель — 300 ампер. Электрододержатель иногда называют «жалом», потому что он похож на него.

Существуют и другие типы держателей электродов. Например, некоторые сварщики предпочитают воткнуть электрод внутрь держателя, а не использовать зажим, а затем повернуть ручку держателя электрода, чтобы закрепить его.

Другая деталь, необходимая для зажигания дуги и начала сварки, — это зажим заземления. Зажим заземления важен, потому что он защищает вас от ударов. Когда вы заземляете машину, вы должны убедиться, что корпус машины и земля имеют «одинаковый потенциал». Кроме того, если изоляция в вашем аппарате для дуговой сварки выходит из строя, заземление будет снижать напряжение на корпусе аппарата.

Вы должны видеть сварочную ванну во время сварки, но поскольку дуга яркая, вам необходимо надеть сварочный шлем с фильтрующей линзой , чтобы смотреть на нее. В противном случае вы обожжете роговицу, а сварочные брызги обожгут кожу и глаза.

Существуют различные степени яркости светофильтров объектива, обозначенные цифрами. Чем меньше число, тем слабее линза. Для сварки штангой вы будете использовать линзы от 8 до 14. 10 — самый распространенный.

Новые сварочные маски с автоматическим затемнением великолепны, потому что вам не нужно вручную заменять линзы. Он автоматически затемняется до нужной вам числовой линзы при попадании дуги (как только появляется свет, он мгновенно темнеет).

Если вы выполняете сварку электродами большего диаметра и при более высоком токе, вам нужно сделать линзу немного темнее, чем при сварке электродами меньшего размера и при более низком токе.

Основная цель — сделать линзу достаточно темной, чтобы отфильтровать вредные лучи, но достаточно светлой, чтобы можно было четко видеть сварочную лужу (увидеть лужу очень важно, потому что, если вы не видите лужу, вы можете контролировать это, и поэтому ваш шов будет ужасным).

Вам понадобится отбойный молоток , потому что сварка штучной сваркой — это сложный процесс. Вы получите много шлака на сварном шве и брызгах. Вы также столкнетесь со случаями, когда электрод прилипнет к сварному шву.Значит, вам нужно отколоть шлак отбойным молотком.

Кроме того, вам понадобится проволочная щетка , чтобы смахнуть шлак и брызги со сварного шва. Представьте, что вы просто положили бусину. Первое, что вы сделаете, это постучите по нему молотком, а затем почистите металлической щеткой. Это в основном порядок вещей при сварке методом сварки.

Разработка комплексной модели процесса для гибридной лазерно-дуговой сварки

1. Введение

В последнее время гибридная технология сварки, сочетающая лазерную сварку и дуговую сварку, нашла более широкое применение в промышленности благодаря своим уникальным преимуществам, таким как более высокая эффективность сварки. и более низкие затраты [1, 2] по сравнению с традиционной дуговой сваркой или автогенной лазерной сваркой. Из-за быстрого плавления и затвердевания, происходящих в зоне сварного шва, неизбежно существует локально высокий температурный градиент, который сопровождает весь процесс сварки, который действительно определяет окончательное распределение остаточных напряжений и деформации сварного шва и влияет на размер оставшегося зерна в зоне плавления ( FZ) и зоны термического влияния (HAZ).Кроме того, уровни остаточных напряжений и деформаций напрямую влияют на качество сварки [3]. По сравнению с традиционной дуговой сваркой и автогенной лазерной сваркой, температурное поле и распределение остаточных напряжений при гибридной лазерно-дуговой сварке включает больше переменных из-за дополнительного взаимодействия между лазером и дуговой плазмой [4], что делает его намного более сложным и трудным теоретически. и экспериментально проанализируем. Эксперименты методом проб и ошибок не в состоянии полностью описать те физические механизмы, которые задействованы в гибридном процессе лазерно-дуговой сварки.Поэтому численные инструменты широко используются для объяснения сложных механизмов сварки, присутствующих в гибридном процессе лазерно-дуговой сварки [5, 6].

До сих пор численная работа над процессом сварки в основном сосредоточена на традиционной электродуговой сварке, включая дуговую сварку вольфрамовым электродом (GTAW) [7 — 9], сварку под флюсом (SAW) [10,11], газовую дуговую сварку металлическим электродом. (GMAW) [12-16] и частично лазерной сваркой (LBW) [17-21]. Эти исследования были сосредоточены на явлениях тепломассопереноса в сварочной ванне [8, 11-15], термической деформации и остаточных напряжениях [16, 17, 19, 20], росте дендритов в ЗС, вызванном затвердеванием [21] , и рекристаллизация в зоне термического влияния (ЗТВ) [9].Из-за локального быстрого плавления и затвердевания, происходящих в процессе сварки, высокий температурный градиент, который неизбежно существует в зоне сварного шва, вызывает концентрацию высоких напряжений в зоне сварного шва и близлежащей ЗТВ [22], которая обычно превышает предел текучести. материала. Большие остаточные напряжения, присутствующие в сварной конструкции, очевидно, могут снизить усталостную прочность металлических компонентов, вызывая образование трещин и сокращая срок службы металлического компонента [23], что может иметь плачевные результаты.Исследователи представили ряд процедур по снижению и / или устранению уровня остаточного напряжения, в основном включая повышение пластичности материала в зоне затвердевания (SZ) и HAZ, а также улучшение термических и механических условий в процессах сварки [ 24].

Из-за сложных физических механизмов в процессе сварки, которые связаны со свойствами источника тепла, характеристиками материала, параметрами сварки и т. Д., Методы проб и ошибок для оптимизации параметров сварки занимают много времени и обычно требуют больше времени. дорого.Кроме того, понимание физики процесса сварки ограничивается только экспериментальным подходом. Численное моделирование в сочетании с теоретическим анализом широко применяется в качестве экономичного способа изучения явлений сварки при различных методах сварки. Игар и др. [25, 26] потратили много времени на разработку теоретических моделей процессов GTAW. Донг и др. [27-29] разработали численные модели для прогнозирования остаточных напряжений, а также усталостной долговечности сварного шва, полученного в процессе многопроходной сварки.Deng et al. [30-32] разработали серию численных моделей для исследования распределения остаточных напряжений в сварных соединениях переменного тока.

По сравнению с традиционной электродуговой сваркой, лазерная сварка имеет уникальные преимущества, такие как высокая плотность энергии, узкая зона термического влияния, низкое тепловложение и высокая энергоэффективность. Однако лазерная сварка также ограничена своими недостатками, такими как плохая перекрываемость зазоров и высокая стоимость оборудования. Чтобы в полной мере использовать преимущества лазерной и дуговой сварки, Steen et al.[33] впервые представил гибридную технику, сочетающую лазерный луч и дугу для сварки и резки в конце 1970-х годов. Впоследствии исследователи и инженеры представили ряд работ по объединению лазера и электрической дуги за последние десятилетия. Учитывая, что взаимодействие между лазерным лучом и дуговой плазмой является сложным, гибридные процессы лазерно-дуговой сварки и наплавки до конца не изучены. Большая часть доступной литературы по этим подходам ограничена на уровне экспериментальных исследований, включая гибридную лазерную GTAW, гибридную лазерную GMAW и гибридную лазерно-плазменную дуговую сварку стали, магниевого сплава, алюминиевого сплава, титанового сплава и разнородных материалов.Для дальнейшего изучения механизма сварки гибридного лазера и дуги необходимо разработать комплексную модель для понимания тепломассопереноса, эволюции остаточных напряжений, а также формирования микроструктуры в процессе гибридной лазерно-дуговой сварки. Чжоу и Цай [34, 35] представили модели теплопередачи и потока жидкости для изучения процессов сварки в среде инертного газа (MIG) и гибридной сварки MIG лазером. Рао и др. [36] рассмотрели моделирование гибридной сварки металлической дугой (GMA) и представили дальнейшие исследования синергического взаимодействия между лазерным лучом и дугой, особенностей переноса металла и поведения защитного газа.Ribic et al. [37] разработали трехмерную (3-D) модель конечного объема для изучения теплопередачи и потока жидкости в процессе гибридной лазерной GTA-сварки. Учитывая, что формирование микроструктуры сварного шва имеет тесную связь с макромасштабным теплопереносом и потоком жидкости, а также полями остаточных напряжений, будет очень необходимо интегрировать тепловое, жидкостное и механическое моделирование с эволюцией микроструктуры, такой как рост зерен в зона плавления и ЗТВ. Многомасштабное и мультифизическое моделирование — одно из наиболее интересных направлений моделирования тепловых процессов на основе лазера, особенно в процессе гибридной лазерно-дуговой сварки.

Рис. 1.

Схематическое изображение гибридной системы лазерной GMA-сварки

В этой главе будет разработана трехмерная математическая модель для численного прогнозирования переходных температурных распределений и остаточных напряжений при гибридной лазерной GMA-сварке толстый лист из стали A514 в конфигурации стыкового соединения, как показано на рисунке 1. Численное решение достигается на основе метода конечных элементов с использованием коммерческого пакета числовых программ ANSYS. Модель Монте-Карло вводится для учета роста зерен и фазовых превращений в ЗТВ.Подвод тепла от лазера и дуги, а также тепловые потери на поверхности купонов учитываются с помощью ANSYS Parametric Designed Language (APDL). Влияние параметров обработки (включая скорость сварки, мощность лазера, скорость подачи проволоки, мощность дуги и расстояние от лазера до дуги) на профиль и геометрический размер ванны расплава, распределение остаточных напряжений сварного шва и численно изучены размеры зерен в ЗТВ. Полученные численно результаты подтверждены экспериментально.

2. Конечно-элементное моделирование

2.1. Термический анализ гибридной лазерной сварки GMA

В процессе гибридной лазерной сварки GMA лазер и GMA одновременно нагревают поверхность купона в определенной области, что значительно усложняет термическое распределение сварного шва. В этом исследовании предполагается, что цилиндрическая объемная модель источника тепла с гауссовым распределением моделирует тепловложение от лазера, а объемный источник тепла с двумя эллипсоидами выбран для учета тепловложения при сварке GMA.Общее тепловое управляющее уравнение показано ниже, в котором учитывается передача тепла, вызванная теплопроводностью, и используются свойства материала, зависящие от температуры [38].

ρcp∂T∂t = {L} T ([D] {L} T) + q⃛l + q⃛aE1

, где [D] = [kxx000kyy000kzz], E2

и {L} = {∂∂x∂∂ y∂∂z}, E3

ρ — плотность, c _p — удельная теплоемкость, T — температура, t — время, k _xx , k _yy и k _zz — компоненты теплопроводности вдоль оси x , y и z соответственно; q⃛land q⃛a — объемные скорости тепловыделения за счет тепловложения лазера и GMA соответственно.

К настоящему времени разработан ряд моделей источников тепла для моделирования процессов дуговой и лазерной сварки. Лазерная сварка обычно состоит из лазерной кондуктивной сварки или лазерной сварки с отверстиями. Первый имеет меньшую плотность энергии по сравнению с вторым, благодаря которому в сварочной ванне образуется замочная скважина. Модель поверхностного теплового потока обычно применяется при термическом анализе лазерной проводящей сварки. Однако модель источника тепла с распределением по объему, такая как вращательное распределение плотности тепла по Гауссу [39], обычно используется для моделирования лазерной сварки в замочную скважину.По сравнению с лазерной сваркой, электродуговая сварка имеет гораздо более низкую плотность энергии, и модели поверхностного теплового потока с гауссовым распределением используются для моделирования тепловложения дуги в процессе дуговой сварки.

Принимая во внимание, что энтальпия, вносимая в сварочную ванну расплавленной проволокой в GMAW, предпочтительны модели источников тепла с распределением по объему, такие как полусферическое распределение плотности мощности [40], эллипсоидальное распределение плотности мощности [41] и двойное эллипсоидальное распределение мощности. распределение плотности [42].Однако все эти модели источников тепла получены эмпирическим путем на основе экспериментальных данных. Таким образом, каждая модель источника тепла, упомянутая выше, имеет определенный диапазон применимости в реальном производственном случае. Предполагается, что инженеры при проектировании процесса сварки должны разумно выбрать модель источника тепла, которая хорошо соответствует конкретному процессу сварки. Имеется ограниченное количество публикаций для численного описания гибридного процесса лазерной и дуговой сварки из-за отсутствия знаний о сложном взаимодействии между материалом, дуговой плазмой и лазерным лучом [43].Современные модели источников тепла гибридного лазера и дуги, включая GTAW и GMAW, в основном разрабатывались при экспериментальной поддержке [34-37].

В этом исследовании представлена модель источника тепла с двумя эллипсоидами для моделирования тепловложения GMAW, а модель цилиндрического источника тепла с секционным гауссовым распределением используется для учета тепловложения лазерного излучения. q ^f _arc (x, y, z, t) и q ^r _arc (x, y, z, t), изображают распределения подводимого тепла внутри переднего и заднего квадрантов источника тепла GMAW, соответственно, что может быть выражено следующим образом [42, 44]:

q˙arcf (x, y, z, t) = 63ffParcabcfππexp (−3 (x − x0) 2a2) ⋅exp (−3 (y − Lw) 2b2) ⋅exp (−3 (z − vt) 2cf2) E4

q˙arcr (x, y, z, t) = 63frParcabcrππexp (−3 (x − x0) 2a2) ⋅exp (−3 (y − Lw ) 2b2) ⋅exp (−3 (z − vt) 2cr2) E5

где a, b, c _f, c _r — характерные параметры источников тепла, а a, b, c _f, и c _r установлены на 4 мм, 3 мм, 3 мм и 7 мм соответственно [44].P _arc обозначает номинальную мощность GMAW, а P _arc = µUI. Где µ — энергоэффективность GMAW на основе свариваемого металла, U обозначает напряжение дуги GMAW, а I означает ток дуги GMAW. q˙laser (x, y, z, t) обозначает индуцированный лазерным излучением объемный подвод тепла, определяемый формулами [45, 46]:

q˙laser (x, y, z, t) = ηlPlasercosΦ2πRl2exp (- (x− x0) 2+ [z + (Lw − y) tanΦ − vt − Dla] 2cos2Φ2Rl2) ⋅ (y / Lw2) E6

где η _l — эффективность поглощения лазерного излучения на основе свариваемого материала, P _laser обозначает номинальная мощность лазерного луча, x ₀ — координата x центральной точки лазерного пятна на поверхности купона, L _w — толщина стыкового соединения, а R _l — эффективный радиус лазерный луч, Φ — угол наклона лазерной головки, D _la — расстояние от лазера до дуги.В данном исследовании Φ установлено на 0 ^o, а D _la установлено на 8 мм, а v обозначает скорость сварки.

Граничные условия на поверхности образца задаются следующим образом:

−k∂T∂n = hc (T − T∞) E7

, где n — вектор нормали к поверхности образца, T∞is комнатной температуре, а ч _c — коэффициент теплоотдачи поверхности образца.

2.2. Механический анализ гибридной лазерной сварки GMA

Механический анализ гибридной лазерной и дуговой сварки аналогичен предыдущим исследованиям электродуговой сварки и лазерной сварки.Напряжение и деформация сварного шва в основном вызываются термическим расширением и усадкой, а также сопутствующим изменением объема, вызванным фазовым превращением. С учетом упруго-пластических свойств материала соотношение напряжений и деформаций в гибридном сварном шве с лазерной сваркой GMA определяется как [38]:

{σ} = [De] {εel} E8

, где {σ} обозначает вектор напряжений. , [D _e] обозначает матрицу упругой жесткости, а {ε ^el} обозначает вектор упругой деформации, выраженный как [30]:

{εel} = {ε} — {εth} — {εpl} — {εΔV} — {εTrp} E9

где {ε} — вектор полной деформации, {ε ^th} — вектор термической деформации, {ε ^pl} — вектор пластической деформации, {ε ^ΔV} — вектор деформации из-за к фазовому преобразованию, вызванному изменением объема, а {ε ^Trp} — вектор деформации из-за пластичности фазового превращения, который в данном исследовании игнорируется.Граничные условия, принятые во внимание при механическом анализе, предполагают, что одна кромка стыкового соединения зафиксирована, а другая не допускает усадки только в поперечном направлении.

2.3. Модель прогнозирования размера зерна методом Монте-Карло

Изменение размера зерна и фазовое превращение играют решающую роль в определении окончательных механических свойств сварного шва, и необходимо учитывать эти факторы при термомеханическом моделировании различных процессов сварки. Было выполнено множество хороших испытаний для численного прогнозирования роста зерен в зоне плавления и зоне термического влияния для затвердевания и перекристаллизации, соответственно, включая модель Монте-Карло (MC) [47-50], метод фазового поля (PF) [ 51] и модель клеточного автомата (CA) [52] в сочетании с анализом конечных элементов и конечных разностей.Здесь будет выполнено краткое введение модели MC для прогнозирования роста зерна в ЗТВ. Подробное описание метода фазового поля и численного прогнозирования роста зерна в сварных швах на основе модели клеточного автомата можно найти в литературе [53].

Прогноз роста зерна на основе модели Монте-Карло обычно включает в себя несколько следующих этапов: (1) Представление рассматриваемого материала в двухмерном (2-D) или 3-мерном виде ячеек, как показано на Рисунке 2a. Содержимое каждой ячейки указывает на ее кристаллографическую ориентацию.Область, состоящая из набора последовательно распределенных ячеек с одинаковым значением ориентации, обозначает зерно. Границы зерен идентифицируются кривой в двумерной матрице или поверхностью в трехмерной матрице между отдельными плоскостями или объемами с разной ориентацией. (2) После выбора типа матрицы и определения его изначально случайным числом будет определена свободная энергия ячейки в матрице с ее конкретной кристаллографической ориентацией на основе ее окружения. (3) Случайный выбор новой кристаллографической ориентации для каждой ячейки.(4) Рассчитывая свободную энергию нового элемента с новой кристаллографической ориентацией, затем вычисляются два значения энергии и их разность. Новая ориентация зерен, которая минимизирует свободную энергию, генерируется с выбранной вероятностью перехода [54]. Эти четыре шага будут повторяться много раз в случайных местах матрицы. Конечным продуктом является микроскопическое моделирование распада свободной энергии в системе, которое фактически является основной движущей силой роста зерна.Гамильтониан демонстрирует взаимодействие между ближайшими соседями в конкретной ячейке, которое обозначает энергию границы зерна и может быть вычислено следующим образом [54]:

G = −J∑nn (δsisj − 1) E10

где, J — положительная постоянная, характеризующая масштаб зернограничной энергии; si — одна из возможных ориентаций в i-й ячейке матрицы, которая задается между 1 и q; sj — кристаллографическая ориентация одной соседней ячейки; nn — количество соседних ячеек для каждого элемента.В модели Монте-Карло выбрана модель соседства Мура (см. Рисунок 2b); следовательно, nn = 8. δab — дельта Кронекера, которая равна 1, когда два элемента в матрице равны, т.е. a = b, и 0 для остальных. Как следствие, соседние ячейки с разными ориентациями вносят в систему свободную энергию Дж, и 0 с той же ориентацией. Общее количество ориентаций зерен q установлено равным 40 в этой модели, поскольку известно, что показатель роста зерен становится почти независимым от q, когда его значение больше 30 [54].

Рисунок 2.

Зернистая структура в модели MC с окрестностями Мура [51] (a) Зернистая структура, представленная двумерным квадратом (b) Окрестность Мура

Вероятность перехода W определяется как [55]:

W = {exp (−ΔGkbT), ΔG> 01, ΔG≤0E11

где ΔG — изменение свободной энергии из-за изменения ориентации, kb — постоянная Больцмана (k _b = 1,38 × 10 ^-23 м ² кг / с ² / K), T — температура.Следовательно, скорость движущегося сегмента может быть рассчитана по [55]:

vi = C1 [1-exp (-ΔGkbT)] E12

, где C ₁ — граничная подвижность. Для непрерывного роста зерна конечный размер зерна можно рассчитать с помощью следующего уравнения [55]:

Ln − L0n = f (T) tE13

, где L и L ₀ — конечный и начальный средний размер зерна. соответственно рассчитанный методом линейного пересечения, n — показатель роста зерна и установлен на 1.84 в этом исследовании [56]. f (T) обычно вычисляется как уравнение типа Аррениуса [55], и его выражение показано следующим образом:

f (T) = Kexp (−QRgT) E14

, где K — предварительное экспоненциальный коэффициент, Q — энергия активации роста зерна, а R _г — универсальная газовая постоянная. В этом исследовании K установлено равным 3,01 × 10 ^-2, а Q установлено равным 1,7 × 10 ⁵ Дж / моль [56].

Доказано, что метод Монте-Карло является эффективным способом моделирования роста зерна с медленным и равномерным изменением температуры, например, при литье металла [53].При гибридной сварке лазером и дугой существует динамический термический процесс с быстрым нагревом и охлаждением, что приводит к резкому перепаду температуры в ЗТВ и зоне плавления. При моделировании эволюции микроструктуры были представлены три метода — такие как атомистические модели, миграции границ зерен (GBM) и модели, основанные на экспериментальных данных (EDB) [53, 58-60]. Раньше атомистическая модель применялась только к небольшому количеству атомов, таких как нанокристаллы [60], и она не подходит для крупномасштабного моделирования FZ или HAZ.Модель GBM может быть хорошей альтернативой для моделирования роста зерен, когда изотермическая кинетика роста зерен недоступна. Однако физические свойства материала в этой модели должны быть известны, и предполагается, что размер зерна пропорционален квадратному корню из времени. Модель EDB может избежать этих недостатков и применяться для моделирования роста зерен в ЗТВ, когда доступна изотермическая кинетика роста зерен металла. Следовательно, его можно использовать для соотнесения времени и температуры с временным шагом моделирования Монте-Карло t _MCS [55]:

L = K1λ (tMCS) n1E15

, где λ — дискретный шаг сетки в Монте-Карло. Модель Карло, а K ₁ и n ₁ являются константами.Посредством вычисления регрессии t _MCS и модели Монте-Карло, предсказывающей размер зерна, значения K ₁ и n ₁ были получены как 0,715 и 0,477 соответственно [56]. В модели EDB связь между t _MCS и температурой в реальном времени T (t) дополнительно дается формулой [60]:

(tMCS) nn1 = (L0K1λ) n + K (K1λ) n∑ ( exp (−QRgT (t)) Δti) E16

где n — показатель роста зерна, T (t) — средняя температура в интервале времени Δt _i.Следовательно, в любом заданном месте мониторинга, где температура известна как функция времени, t _MCS может быть связано с реальным временем t, которое составляет ∑Δt _i. Значения t _MCS в разных местах, рассчитанные по формуле. (16) нельзя напрямую применить к модели Монте-Карло, поскольку выбор точки сетки для обновления числа ориентации является стохастическим в подходе Монте-Карло. Следовательно, вероятность выбора каждой точки сетки такая же, как и в традиционных расчетах MC.Однако зерна обычно растут с большей скоростью в зоне HAZ с более высокой температурой, где присутствует резкий температурный градиент. Этот факт необходимо учитывать в любой практической схеме расчета роста зерна. Одним из решений является разработка схемы, в которой ориентации зерен в местах с более высокой температурой (более высокие точки t _MCS) обновляются с более высокой частотой с учетом градиента вероятности. Другими словами, вероятность выбора сайта меняется в зависимости от местоположения. Чем больше t _MCS в местоположении, тем выше соответствующая вероятность выбора места [57, 60]:

P = tMCS / tMCSMAXE17

, где t _MCSMAX — максимальное значение t _MCS в области моделирования.

Рисунок 3.

Сетки из конечных элементов для гибридной лазерной сварки GMA

Рисунок 4.

Температурно-зависимые термические и механические свойства стали A514

Рисунок 5.

Численная процедура, выполненная при термомеханическом КЭ-анализе

2.4. Реализация численной процедуры с использованием APDL

Для исследования распределения температуры и поля остаточных напряжений в процессе гибридной лазерной GMA-сварки разработана несвязанная термомеханическая модель конечных элементов с учетом роста зерен в ЗТВ по модели Монте-Карло.Выбирается неоднородная сетка, в которой более мелкая сетка используется в сварном шве, а линейная сетка определяется в другой области сварных образцов (см. Рисунок 3). В численном моделировании используются свойства материала, зависящие от температуры, как показано на рис. 4. Для получения температурного поля гибридного процесса лазерной сварки GMA выполняется тепловой анализ КЭ. Подача проволоки в канавку для формирования валика сварного шва была смоделирована с использованием метода прерывания и зарождения элемента, который доступен в программном обеспечении ANSYS.Достигнутый геометрический размер зоны сварного шва можно сравнить с микрофотографиями поперечного сечения сварного шва, полученными с помощью оптического микроскопа, с помощью которых можно проверить точность термического анализа. Затем численная модель передается в модуль механического анализа в ANSYS путем переключения типа элемента с теплового на структурный. Соответствующие ограничения накладываются на границы выборки. Достигнутые данные о температуре впоследствии загружаются в механическую модель, шаг за шагом, для расчета смещения, напряжения / деформации образца из-за теплового расширения или усадки в процессе сварки.В этом исследовании вводится принцип билинейного упрочнения для моделирования пластического поведения материала. Критерий фон Мизеса используется для рассмотрения поведения текучести материала образца. На рисунке 5 показана численная процедура, использованная в этом исследовании.

4. Результаты и обсуждение

4.1. Результаты экспериментов

На рис. 7 показана морфология поверхности сварного шва A514, полученного гибридной лазерной сваркой GMA, а на рис. 8 представлено соответствующее поперечное сечение сварного шва. Можно видеть, что хорошее качество сварки достигается за счет использования гибридной лазерной сварки GMA, а трещины, вызванные сваркой, могут быть эффективно уменьшены путем разумного выбора присадочной проволоки, соответствующей основному металлу.Также могут быть получены хорошие механические свойства. На рисунках 9a и b показано распределение твердости сварного шва, полученного гибридной лазерной сваркой GMA.

Рисунок 7. Образец

A514, полученный с помощью лазера мощностью 3,8 кВт и GMAW 159A × 30,5 В со скоростью сварки 12 мм / с и зазором 8 мм между лазером и дугой

Рисунок 8.

Крест — вид в разрезе сварочного образца A514, полученного с помощью лазера 3,8 кВт и GMAW 159A × 30,5 В со скоростью сварки 12 мм / с и зазором 8 мм между лазером и дугой

4.2. Термические результаты и прогноз размера зерна в HAZ гибридной лазерной сварки GMA

Результаты анализа методом конечных элементов показывают температуру в каждом месте сварного шва в зависимости от времени сварки. Кривые изменения температуры в положениях A, B и C показаны на рисунке 10, где положение A расположено в центре сварного шва, положение B — в зоне термического влияния, а положение C — в основном металле, как показано. на рисунке 11b. На рисунках 11a и b показаны вид сверху и поперечный разрез сварного шва, полученного гибридной лазерной сваркой GMA, соответственно.Нагрев и охлаждение материала неизбежно сопровождается фазовым превращением и изменением размера зерна, особенно в зоне термического влияния сварного шва, которая является самой слабой зоной сварного шва. В этом исследовании представлена подмодель на основе Монте-Карло для численного прогнозирования роста зерен в ЗТВ в сочетании с термическим анализом методом конечных элементов. На рисунке 12a показана зависимость температуры от шага Монте-Карло в позиции B, а на рисунке 12b представлена кривая шага Монте-Карло в зависимости от реального времени в позиции B.Соответствующее прогнозируемое распределение размеров зерен в позиции B показано на рисунке 12c. Численно предсказанный размер зерна сравнивается с размером зерна, показанным на микрофотографии поперечного сечения сварного шва (см. Рисунок 12d), и достигается качественное согласие.

Рисунок 9.

Распределение твердости поперек сварного шва в образце A514, (а) на верхней поверхности и (б) на нижней поверхности

Рисунок 10.

Кривая изменения температуры в FZ, HAZ и BM во время гибридная лазерно-газовая сварка стали А514

Рисунок 11.

Численно предсказанные изотермы в верхней части (a) и в поперечном сечении II сварного шва (b), полученные гибридной лазерной сваркой GMA

Рисунок 12.

a) Температура в зависимости от шага Монте-Карло, (b) Монте-Карло Шаг Карло в сравнении с режимом реального времени, (c) рассчитанное численно и (d) экспериментально измеренное распределение размеров зерен в позиции B в ЗТВ гибридного сварного шва A514 с помощью подмодели Монте-Карло

4.3. Температурно-индуцированное остаточное напряжение при гибридной лазерной сварке GMA

Далее выполняется анализ методом конечных элементов для прогнозирования распределения термически индуцированных остаточных напряжений на основе предыдущих результатов термического анализа.Контуры переходного напряжения, нормального напряжения по толщине, продольного напряжения и эквивалентного остаточного напряжения гибридного сварного шва показаны на рисунках с 13a по d соответственно. Видно, что более высокие концентрации напряжений находятся в зоне сварного шва, что также косвенно подтверждает ранее полученные экспериментально выводы о том, что термически индуцированные трещины обычно возникают в зоне сварного шва, а не в основном металле. Соответствующие контуры распределения напряжений в поперечном сечении в середине длины сварного шва показаны на рисунках с 14а по d.Обнаружено, что более высокая концентрация напряжений находится в верхней части поперечного сечения

. На рисунках 15a-c показано распределение остаточных напряжений поперек сварного шва при различной толщине в середине сварного шва, полученного гибридной лазерной сваркой GMA. Это также подтверждает вывод, сделанный на Рисунке 14, что высокие растягивающие поперечные и продольные напряжения расположены в верхней и нижней областях центра сварного шва, а высокие сжимающие поперечные напряжения — на половине толщины сварного шва.С точки зрения распределения эквивалентных напряжений пиковое значение концентрации напряжений немного ниже, чем в верхней и нижней части сварного шва. На рисунке 16 показано распределение остаточных напряжений поперек сварного шва в различных местах вдоль верхней поверхности сварного шва, полученное гибридной лазерной сваркой GMA. На рисунке 17 также показано распределение остаточных напряжений вдоль центральной линии на верхней поверхности средней линии сварного шва, полученное гибридной лазерной сваркой GMA. Ясно, что распределение напряжения по валику сварного шва равномерно по длине сварного шва; только небольшое снижение величины напряжения наблюдается на обоих концах сварного шва.

Рисунок 13.

a) Поперечное напряжение SX, (b) нормальное напряжение SY по толщине, (c) продольное напряжение SZ и (d) SEQV-карта эквивалентного остаточного напряжения по Мизесу сварного шва гибридной лазерной сваркой GMA ( единица напряжения в контуре — Па)

Рис. 14.

a) Поперечное напряжение SX, (b) нормальное напряжение SY по толщине, (c) продольное напряжение SZ, и (d) эквивалентное остаточное напряжение по Мизесу Отображение SEQV поперечного сечения сварного шва гибридной лазерной сваркой GMA (единица напряжения в контуре Па)

Рисунок 15.

Распределение остаточных напряжений поперек сварного шва при различной толщине в середине сварного шва (z = 30 мм), полученное гибридной лазерной сваркой GMA

На рисунке 18 показано сравнение экспериментально измеренных и рассчитанных численно методом расчета остаточных напряжений. распределения в середине сварного шва длины верхней поверхности сварного шва гибридной лазерной сваркой GMA. Имеется качественное согласие между разработанной численной моделью и экспериментально измеренным напряжением методом рентгеновской дифракции.На рисунках 19, 20 и 21 показаны поперечные, продольные и эквивалентные напряжения, а также изменение температуры во времени в положениях A, B и C соответственно. Можно видеть, что пиковые значения переходных напряжений в положениях A, B и C чувствительны к температурной кривой в положении A, но не в положениях B и C.

Рисунок 16.

Распределение остаточных напряжений поперек сварной шов в разных местах вдоль верхней поверхности сварного шва, полученный гибридной лазерной сваркой GMA

Рис. 17.

Распределение остаточных напряжений вдоль продольного направления сварного шва на верхней поверхности центральной линии сварного шва, полученное гибридной лазерной сваркой GMA

Рис. 18.

Сравнение экспериментально измеренного и рассчитанного численно FE распределения остаточного напряжения в середине сварного шва длина верхней поверхности сварного шва при гибридной лазерной сварке GMA

Рис. 19.

Кривые изменения напряжения и температуры в позиции A в FZ гибридного сварного шва A514

Рис.

Кривые изменения напряжения и температуры в позиции B в ЗТВ гибридного шва A514

Рис. 21.

Кривые изменения напряжения и температуры в позиции C в BM гибридного шва A514

Поведение интерференции дуги во время процесса двухпроводной газовой дуговой сварки

Для изучения интерференции дуги во время процесса двухпроводной газовой дуговой сварки металлическим электродом была создана система синхронного сбора данных для получения мгновенной информации о профиле дуги, включая динамическое изменение длины дуги, как а также относительные сигналы напряжения и тока. Результаты показывают, что после добавления задней дуги (Т-дуга) к средней дуге (М-дуга) в стабильном процессе сварки ток дуги М остается неизменным, в то время как перемешивание увеличивается; напряжение дуги М имеет явное увеличение; форма дуги M изменяется с увеличением ширины, длины и площади; частота переноса капли дуги М увеличивается, а сама капля становится меньше.Длина удлинения проволоки при двойной дуге оказывается меньше, чем при однодуговой сварке.

1. Введение

В последние годы большое количество исследований было сосредоточено на изучении сварочных материалов, технологии сварки и сварочного оборудования, особенно многопроволочной сварки, для повышения производительности сварки [1, 2]. При двухпроводной или даже многопроволочной сварке MIG цель состоит в том, чтобы увеличить скорость сварки, при этом энергия линии остается постоянной. Поскольку одновременно плавятся несколько проволок, скорость наплавки, несомненно, выше, чем у одной.

Сварка сдвоенной проволокой привлекает большое внимание, поскольку позволяет повысить производительность сварки и улучшить сварочное образование. В настоящее время наиболее часто используемая двухпроволочная сварка в основном включает двухпроволочную сварку металлическим электродом в газовой среде [3], двухпроволочную сварку TANDEM [4] и дуговую сварку под флюсом (SAW) [5]. Основная проблема в процессе сварки сдвоенной проволокой — это пересечение двух дуг, которое напрямую влияет на качество сварки [6]. Взаимодействие между двумя дугами вызывает изменение соответствующей морфологии дуги, что в дальнейшем приводит к изменению распределения теплового пространства.Для получения идеального сварочного эффекта широко используется импульсный источник питания. В настройках управления двумя источниками сварочного тока используются три режима: синхронный, переменный и случайный. Он может управлять сварочной дугой и относительной синхронизацией короткого замыкания, чтобы уменьшить взаимное влияние [7].

Безусловно, исследования явления прерывания дуги в двухпроводной проволоке в основном сосредоточены на методе сварки P-GMAW TANDEM. Уэяма и Охнава [8] использовали метод импульсного управления, в то время как явление дуговой интерференции и нестабильности напряжения все еще оставалось серьезным.Скотти и др. [7] воспользовались преимуществами высокоскоростной фотографии для анализа переноса двух капель плавления и поведения дуги в различных условиях путем изменения уровня тока и разной фазы. Уэяма и др. [9] также обнаружили, что структура сварочной горелки оказывает влияние на формирование сварного шва во время высокоскоростной импульсной сварки в режиме TANDEM. Результат показал, что использование специально сконструированных сварочных горелок может обеспечить стабильное горение дуги, увеличить скорость сварки и улучшить сварочное образование.Уэяма и др. [4] исследовали влияние расстояния между проволоками и состава защитного газа на интерференцию дуги во время импульсной сварки в тандеме. Юдодиброто и др. [10] представили индекс для оценки стабильности сварочной дуги TANDEM с помощью статистики и расчета сварочного тока и анализа напряжения. Уэяма и др. В [11] показано, как состояние поверхности сварочной ванны влияет на напряжение аномальной дуги, используя принцип минимального напряжения.

В этой статье интерференция дуги высокопрочной низколегированной стали в двухпроволочном GMAW была исследована путем наблюдения за изменением профиля дуги, а также измерения изменения электрических сигналов.

2. Методика эксперимента

Во время эксперимента первая проволока определяется как M-дуга вдоль направления сварки; следующий провод определяется как Т-образная дуга. Двойная дуговая сварка реализуется путем добавления Т-образной дуги в систему после того, как М-дуга постоянно горит. После того, как M- и T-дуги постоянно горят вместе в течение двух секунд, T-дуга удаляется из системы. Интерференция дуги анализируется в основном по четырем аспектам: электрический сигнал, форма дуги, частота переноса капель и длина удлинения провода.Процесс эксперимента показан на рисунке 1. Высокоскоростная система камеры и система сбора электрического сигнала используются для наблюдения за процессом с целью получения информации о помехах. Профиль M-arc снимается системой высокоскоростной фотосъемки. Вся экспериментальная система высокоскоростной сварки сдвоенной проволокой показана на рисунке 2.

2.1. Материалы
Образцом для сварочных испытаний служила высокопрочная низколегированная сталь толщиной 15 мм.Химический состав материала показан в таблицах 1 и 2. В качестве присадочного материала в данном исследовании использовалась сварочная проволока 70MXH с суперпорошком диаметром 1,6 мм. В качестве защитного газа используется чистый CO ₂, широко используемый в судостроении.
Сталь No. C
(%) Si
(%) Mn
(%) P
(%) S
(%) Cr
(%) Ni
(%) Cu
(%)
AB-A 0.15 0,78 0,08 0,19 0,2 0,03 0,01 0,02
Сталь No. C
(%) Si
(%) Mn
(%) P
(%) S
(%) Cr
(%) Ni
(%) Cu
(%)
AB-A 0.05 0,55 1,65 — — — — —
2.2. Сварочное оборудование
Система экспериментального оборудования состояла из источника сварочного тока Panasonic YD-500GR3, платы сбора электрического сигнала, высокоскоростной камеры и т. Д.
2.3. Параметры сварки
Двойной электрод полностью положительный (сварочная горелка расположена рядом с анодом).Расстояние между резаком, а также между соплом и основным металлом составляет 20 мм. А угол пересечения двух соседних факелов составляет 10 °. Сварка плоских поверхностей выполняется с потоком защитного газа CO ₂ 20 л / мин и скоростью сварки 500 мм / мин. Сила тока и напряжения М- и Т-дуг составляет 250 А / 27,5 В и 200 А / 25 В соответственно.
3. Результаты и обсуждение
3.1. Анализ формы сигналов двухпроводной сварки GMAW
Двойная дуговая сварка реализуется путем добавления Т-образной дуги в систему после того, как М-дуга постоянно горит.В этом процессе во время эксперимента измеряются ток и напряжение M- и T-дуги, которые показаны на рисунке 3. Диаграмма показывает, что как средние, так и действующие значения тока M-дуги не показывают очевидных изменений после добавления T-arc, в то время как напряжение M-arc значительно увеличивается, а напряжение T также выше уставки. Кроме того, стандартная разница увеличивает колебания тока и напряжения.

В эксперименте оба провода являются анодными.Следовательно, существуют серьезные помехи из-за электромагнитной силы, которая приводит к взаимному смещению в области дуги. Длина дуги также немного изменяется, что в дальнейшем приводит к изменению напряжения дуги. Это явление можно просто объяснить с помощью модели упрощения формулы отклонения, представленной на рис. 4.

Смещение центра M- и L-дуг можно выразить с помощью следующих формул:
Приведенные выше выражения смещения демонстрируют, что смещение одной дуги пропорционально току другой дуги и квадрату ее собственной длины дуги, а также обратно пропорционально ее собственному току и расстоянию дуги.Кроме того, дуга смещается из-за электромагнитной силы.
3.2. Анализ характеристик профиля дуги M-Arc
Согласно изображению дуги, форма дуги M более стабильна, когда она горит отдельно. Эффект увлечения дуги приводит к небольшому смещению в противоположном направлении сварки. Как показано на Рисунке 5, после появления Т-образной дуги стабильность связанной дуги изменяется. Из-за притяжения между двумя дугами M-дуга имеет более очевидное смещение в сторону T-дуги.Используя программное обеспечение lab view, рассчитываются средние значения высоты, длины и площади M-дуги. В случае однопроволочной сварки ширина, длина и площадь M-образной дуги составляют 10,23 мм, 5,76 мм и 39,17 мм ² соответственно. После добавления Т-образной дуги в систему форма связанной дуги изменится на 12,17 мм в ширину, 6,73 мм в длину и 52,09 мм в ² по площади.

В соответствии с принципом минимального напряжения характеристика энергопотребления дуги имеет тенденцию к минимизации, и дуга является симметричной по оси, когда определены определенные условия тока и границы.Поскольку дуга находится в стабильном состоянии, диаметр столба дуги () и температура () должны позволять напряженности электрического поля столба дуги () иметь минимальное значение.
Когда Т-дуга приближается к М-дуге, это можно рассматривать как тот факт, что дуга вынуждена нагреваться окружающей средой. В соответствии с принципом минимального напряжения площадь поперечного сечения дуги будет автоматически увеличиваться, что приведет к снижению плотности тока, напряженности электрического поля и температуры электрической дуги.Когда рассеивание тепла устранено, дуга вырабатывает небольшое количество тепла для компенсации. Следовательно, производство тепла дугой происходит там, где ток остается неизменным и уменьшается. В соответствии с принципом минимального напряжения дуга имеет тенденцию к автоматическому спаду, чтобы перейти к минимальному значению, что указывает на снижение способности рассеивания тепла до максимальной тенденции. Поэтому, когда дуга нагревается, дуга автоматически расширяется до определенного диаметра, и тогда напряженность электрического поля дуги становится максимальным уменьшением.
3.3. Анализ капельного переноса и длины удлинения проволоки M-Arc
В процессе однодуговой сварки частота капельного переноса M-дуги составляет около 30 Гц. После добавления Т-образной дуги частота капельного переноса М-дуги достигает примерно 40 Гц. Когда добавляется Т-образная дуга, режим капельного переноса М-дуги, а также режим отбракованного переноса остается неизменным. Частота переноса увеличивается, а размер капель становится меньше, как показано на рисунке 6. Тот факт, что после добавления T-дуги не происходит явных изменений в токе M-дуги, демонстрирует, что скорость подачи проволоки остается неизменной на протяжении всего эксперимента. .Это связано с тем, что скорость подачи сварочной проволоки определяет изменение тока. Более того, из-за нагрева проволоки для Т-образной дуговой сварки увеличивается теплота плавления, что увеличивает скорость плавления сварочной проволоки. Поскольку скорость подачи проволоки остается неизменной, размер капель становится меньше.

Длина удлинения проволоки M-дуги рассчитывается, когда она горит отдельно, и после добавления T-дуги с использованием лабораторного обзора, соответственно. Как показано на рисунке 7, длина удлинителя M-дуги уменьшается после добавления T-дуги.Длина удлинителя шины изменилась с 10,16 мм до 9,92 мм после добавления Т-образной дуги при условии A и A соответственно.

Уменьшение длины удлинения проволоки можно объяснить источником нагрева проволоки. Предыдущие исследования широко изучали механизм нагрева в процессе сварки и пришли к аналогичному мнению. Общий нагрев проволоки, вызывающий нагрев и плавление, состоит из двух основных частей: одна — это тепловыделение дуги вблизи электродной области, а другая — тепло сопротивления.Tichella et al. [12] отмечают, что тепло для нагрева и плавления сварочной проволоки в основном исходит от энергии анода, поглощающей электроны (обратно), что означает, что тепло дуги является основной энергией для плавления сварочной проволоки, в то время как Лесневич [13] считает, что теплота сопротивления удлинения проволоки является основной энергией для плавления сварочной проволоки даже в случае низкого сварочного тока. Увеличение длины удлинения проволоки и уменьшение площади поперечного сечения проволоки также приводит к увеличению скорости плавления проволоки.
Нет никаких сомнений в том, что теплота плавления проволоки складывается из двух частей: теплоты дуги и теплоты сопротивления. Однако для сварки сдвоенной проволокой, нагреваемой соседней дугой, тепло для нагрева и плавления сварочной проволоки должно состоять из трех частей. Выражение выглядит следующим образом: где — общее количество теплоты для нагрева и плавления сварочной проволоки; — тепло дуги вблизи электродной области; — теплостойкость; — второй нагрев дуги; — сварочный ток; — эквивалентное напряжение дуговой плавки сварочной проволоки; — рабочее напряжение; — сопротивление длины удлинения провода; — сопротивление сварочной проволоки; — длина удлинителя провода; это площадь провода.
Сварочная проволока подсоединяется к аноду; таким образом, тепло для плавления сварочной проволоки в основном зависит от тепла, выделяемого сопротивлением в области анода. аналогично (рабочее напряжение) и связано с материалами. Для данного материала производство тепла анодом связано только с током. За счет добавления сварочной проволоки, сварочная проволока получает прилегающий нагрев, при этом коэффициент плавления и остается неизменным. Поскольку и сохраняют инвариантность, и имеют относительное уменьшение. Следовательно, длина удлинения провода уменьшается.
4. Выводы
(1) Экспериментальная установка создана для изучения поведения интерференции между дуговыми двойными проводами, включая измерение синхронных сигналов тока и напряжения и наблюдение за профилем дуги, процессом переноса капель и изменением длины удлинения провода. . (2) Из-за давления дуги длина дуги и напряжение увеличиваются. Ток остается неизменным, в то время как перемешивание увеличивается в процессе сварки двойной проволокой. (3) Из-за эффекта взаимодействия дуги частота переноса капли при сварке двойной проволокой быстро увеличивается, а размер капли уменьшается.В то же время длина удлинения проволоки уменьшается, что свидетельствует об изменении точки сварки.
Благодарность
Это исследование финансируется Национальным фондом естественных наук Китая (грант № 51275299).
.

Сварочная дуга сущность процессов протекающих в ней процессов: Сварочная дуга и сущность протекающих в ней процессов. — КиберПедия

Сварочная Дуга И Сущность Протекающих В Ней Процессов — КиберПедия

Сварочная дуга и сущность протекающих в ней процессов — Студопедия

Сварочная Дуга И Сущность Протекающих В Ней Процессов

Сварочная дуга: все, что вы хотели знать

Сварочная дуга: определение

Суть и строение дуги

Виды сварочной дуги

При каких условиях горит дуга

Особенности дуги

Вместо заключения

Физические процессы в электрической дуге

Технология электрической сварки плавлением. Думов С.И. 1987 | Библиотека: книги по архитектуре и строительству

Сварка Сущность процесса — Энциклопедия по машиностроению XXL

Основы дуговой сварки! | HubPages

Разработка комплексной модели процесса для гибридной лазерно-дуговой сварки

1. Введение

Рис. 1.

2. Конечно-элементное моделирование

2.1. Термический анализ гибридной лазерной сварки GMA

2.2. Механический анализ гибридной лазерной сварки GMA

2.3. Модель прогнозирования размера зерна методом Монте-Карло

Рисунок 2.

Рисунок 3.

Рисунок 4.

Рисунок 5.

2.4. Реализация численной процедуры с использованием APDL

4. Результаты и обсуждение

4.1. Результаты экспериментов

Рисунок 7. Образец

Рисунок 8.

4.2. Термические результаты и прогноз размера зерна в HAZ гибридной лазерной сварки GMA

Рисунок 9.

Рисунок 10.

Рисунок 11.

Рисунок 12.

4.3. Температурно-индуцированное остаточное напряжение при гибридной лазерной сварке GMA

Рисунок 13.

Рис. 14.

Рисунок 15.

Рисунок 16.

Рис. 17.

Рис. 18.

Рис. 19.

Рис.

Рис. 21.

Поведение интерференции дуги во время процесса двухпроводной газовой дуговой сварки

1. Введение

2. Методика эксперимента

2.1. Материалы

2.2. Сварочное оборудование

2.3. Параметры сварки

3. Результаты и обсуждение

3.1. Анализ формы сигналов двухпроводной сварки GMAW

3.2. Анализ характеристик профиля дуги M-Arc

3.3. Анализ капельного переноса и длины удлинения проволоки M-Arc

4. Выводы

Благодарность

Добавить комментарий Отменить ответ