Особенности сварки в защитных газах

При сварке изделий из химически активных металлов (титан, цирконий, тантал, молибден и др.) применяют общую защиту. Сварка производится сварочными автоматами в герметически закрытой камере. Камеру перед сваркой заполняют инертным газом высокой чистоты под небольшим избыточным давлением (0, 005-0, 01 МПа).

Наибольшее распространение нашла сварка с местной защитой (рис. 2.30).

Рис. 2.30. Схема дуговой сварки в защитных газах (с местной защитой): 1 - периферийная область; 2 - защитный газ; 3 - электрод; 4 - мундштук; 5 - сопло; 6 - ядро потока; 7 - источник питания дуги; 8 - дуга; 9 - свариваемые детали.

Источник питания 7 подключен между соплом 5 и деталями9. Дуга 8 горит между электродом 3 и деталями 9. Зона сварки закрыта защитным газом 3.

Качество защиты зависит от конструкции и размеров сопла 5, расхода защитного газа 2 и расстояния L от торца сопла 5 до поверхности свариваемого материала. В строении потока защитного газа различают две области: ядро6 и периферийный участок 1. Ядро 6 имеет состав сходный с составом защитного газа. В периферийнойобласти1 поток защитного газасмешивается с окружающим воздухом.Поэтому надежная защита металла может осуществляться только в пределах ядра потока. Чем больше высота Н этого участка, тем выше его защитные свойства. Наилучшая защита осуществляется при ламинарном потоке газа. При турбулентном потоке возможно распространение области 1 в зону ядра 6, защитные свойства резко падают. Поэтому, расход защитного газа выбирают таким, чтобы обеспечить ламинарное течение.

При увеличении удельного веса защитного газа (табл. 2.12) повышается устойчивость ядра газового потока, затрудняется сдувание струи газа потоками воздуха, что приводит к повышению надежности защиты зоны сварки.

Таблица 2.12

Удельный вес защитных газов, кг/м³

Газ	Удельный вес	Газ	Удельный вес
Азот	1, 251	Гелий	0, 178
Аргон	1, 784	Углекислый газ	1, 977

Кроме защиты, газ, подаваемыйв зону сварки, влияет на устойчивость дугового разряда, расплавление основного и электродного металла, характер переноса электродного металла в дуге, а также может химически взаимодействовать с ванной жидкого металла.

Основным фактором, влияющим на устойчивость дугового разряда, является температура столба дуги, зависящая от потенциала ионизации дугового газа.

Влияние эффективного потенциала ионизации дугового газа на температуру столба дуги можно оценить зависимостью:

(2.46)

где: Т_д- температура столба дуги в °К; U_д-потенциал ионизации дугового газа.

Из (2.46) видно, что введение в атмосферу дуги элементов с низким потенциалом ионизации (газы или пары металлов, имеющие низкий потенциал ионизации.) снижает температуру столба дуги. Однако при этом повышается устойчивость горения дуги.

В табл.2.13 приведены наименьшие потенциалы ионизации некоторых элементов, которые могут присутствовать в атмосфере дуги при сварке сталей, и расчетные температуры столба дуги при его заполнении парами или газами одного компонента.

Температурадуги, горящей между железными электродами в атмосфере воздуха, составляет 6100-8250°К. При этих температурах результирующие потенциалы ионизации дугового газа (7, 6- 10, 3 в)меньше потенциалов ионизации,  азота и кислорода воздуха и мало отличаются от потенциалов ионизации железа и его примесей. Поэтому, при сварке металлов плавящимся электродом в атмосфере защитных газов температура дуги слабо зависит от потенциалов ионизации защитного газа.

Таблица 2.13

Наименьшие потенциалы однократной ионизации некоторых газов и элементов и температура столба дуги

Элемент	Потенциал ионизации, атома, В	Расчетная температура дуги. º К	Элемент	Потенциал ионизацииатома, В	Расчетная температура дуги. º К
He	24, 5	19600	Fe	7, 83	6260
Ar	15, 7	12560	Ni	7, 64
N2	14, 5	11600	Mn	7, 40
O2	13, 6	10880	Тi	6, 80
H2	13, 5	10880	Cr	6, 74

Это влияние существенно в моменты зажигания дуги, когда столб дуги содержит мало паров металла.

Экспериментально установлено существенное влияние вида защитного газа на устойчивость дуги и ее температуру, что можно объяснить различной охлаждающей способностью газов, зависящей от их теплофизических свойств.

Охлаждающая способность газа - количество тепловой энергии, поглощаемой одним объемом газа в столбе дуги.

Источниками тепла в зоне дуги являются: нагрев (q_н), диссоциация (q_д), и ионизация (q_и) газа; химические реакции газа с другими элементами (q_х):

(2.47)

На устойчивость дуги влияют теплоемкость, теплопроводность (табл. 2.14) и степень диссоциации защитных газов (рис. 2.31).

Несмотря на то, что водород обладает самым низким потенциалом ионизации из всех нижеприведенных газов, сварочная дуга в атмосфере этого газа имеет сравнительно плохую устойчивость, что можно объяснить высокой теплопроводностью и степенью термической диссоциации водорода.

Таблица 2.14

Теплофизические свойства газов

Газ	Наименьший потенциал ионизации, В	Теплоемкость				Степень диссоциации при 5000 º К	Устойчивость дуги
		Удельная, кал/г С при:		Объемная, кал/см3С	При 0º С ·10-4
		0º С	2000 º С
He	24, 5	1, 25	-	0, 223	3, 32	нет	хорошая
Ar	15, 7	0, 125	-	0, 223	0, 38	нет	отличная
N2	14, 5	0, 248	0, 31	0, 311	0, 58	0, 038	удовлетворительная
CO2	14, 32	0, 196	0, 328	0, 388	0, 38	0, 99	хорошая
H2	13, 5	3, 40	4, 16	0, 305	4, 72	0, 96	плохая

 

Рис. 2.31. Влияние степени диссоциации на температуру столба дуги.

Сравнительно хорошая устойчивость дуги в атмосфере углекислого газа, несмотря на высокую степень его термической диссоциации, объясняется, экзотермическим эффектом химических реакций этого газа с металлом.

⇐ Предыдущая11121314151617181920Следующая ⇒

Поделиться: