Влияние геометрии и качества поверхности электрода на процессы сварки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние геометрии и качества поверхности электрода на процессы сварки

Н.И. Соловьев

К.Ю. Труханов

Качество технологического процесса сварки может определяться устойчивостью операции. Существенное влияние на параметры устойчивости оказывает качество поверхности электрода. Микрогеометрия оказывает существенное влияние на такие параметры как работа выхода электрона, плотность тока, контактное сопротивление и другие параметры. Что в свою очередь влияет на формирование сварочной ванны, глубину проплавления, чистоту металла шва и другие свойства.

Электрическая дуга при сварке проходит по кратчайшему расстоянию между электродом и сварочной поверхностью. Для вырывания электрона с поверхности катода необходимо преодолеть силы притяжения электрона положительными зарядами. Для преодоления сил необходимо затратить определённое количество работы - работы выхода. Эта величина зависит от состояния поверхности(наличие окисных и других плёнок) и материала катода. При соприкосновении торца электрода с деталью происходит короткое замыкание. Поскольку плоскость торца имеет неровности, контакт осуществляется не по всей поверхность. Величина плотности тока в точках контакта достигает максимального значения.

Плотность тока может быть рассчитана по формуле[1]:

где-плотность тока, - работа выхода поверхности, -температура, - постоянная Больцмана, - постоянная материала.

При увеличении температуры плотность тока термоэлектронной эмиссии возрастает. При температуре равной температуре сварочной дуги устанавливается плотность термоэлектронной эмиссии, достаточной для поддержания устойчивого дугового разряда.

Одним из способов стабилизации дугового разряда является уменьшение работы выхода с поверхности электрода. Наличие на поверхности окисных плёнок работа выхода значительно уменьшается. Для повышения стабильности горения дуги при сварке вольфрамовыми электродами, часто в состав электрода вводятся добавки, такие как окислы лантана. При этом происходит уменьшение блуждания дуги.

В нашей стране предпринимались попытки повышения стабильности сварки путём снижения работы выхода электрона с поверхности плавящегося электрода. Для этих целей применяли проволоку, покрытую тонким слоем солей. Наилучший эффект оказывают соли цезия, обеспечивая низкий потенциал ионизации. При этом капли расплавленного метала уменьшают свои размеры.

Изменение распределения плотности тока в контакте электрод - деталь, при контактной точечной сварке, может повлиять на глубину проплавления. Для уменьшения величины вмятины, используют электрод с плоской поверхностью увеличенного размера, за счет этого падает плотность тока в контакте электрод-деталь. Однако, при этом уменьшается величина проплавления. Оптимального проплавления детали и небольшой вмятины можно достичь, используя электрод, на рабочей части которого расположено кольцо. Использование кольца увеличивает плотность тока в центре контакта и уменьшает отвод тепла из сварочной зоны[2].

Основные характеристики контакта - сопротивление и площадь. При контакте шероховатых поверхностей, первыми в контакт вступают микровыступы. В этих местах возникают контактные сопротивления. При уменьшении шероховатости поверхности увеличивается площадь касания контакта, а сопротивление уменьшается.

Согласно закону Джоуля - Ленца, сопротивление напрямую влияет на количество выделившейся теплоты. Для контакта деталь - деталь:

где - сварочный ток, - среднее сопротивление контакта, - время [3]. Значительно повышают контактные сопротивления оксидыи разнообразные загрязнения на поверхности металла. Например, ржавчина на поверхности стали создает контактное сопротивление до 290 000 мкОм.

Площадь контакта деталь - деталь должнa быть наиболее близка к площади контакта электрод-деталь, для поддержания оптимальной плотности тока в зоне сварки. В начальный период протекания тока наибольшее количество теплоты выделяется в контакте деталь - деталь, т.к. его сопротивление максимальное (из-за большого количества микронеровностей). Это приводит к интенсивному нагреву слоя металла в приконтактной зоне. Смятие микрошероховатостей и частичное разрушение оксидных пленок понижает контактное сопротивление, которое полностью исчезает пpи появлении в контакте жидкого металла.

Форма рабочей части электрода также влияет на распределение плотности тока. Используя электрод с удлиненной конусной рабочей частью, плотность тока в контакте электрод-деталь становится более равномерной, чем у электрода с цилиндрической рабочей частью. Сильное влияние на процессы сварки может оказать угл заточки вольфрамового электрода и его износ в процессе работы.

Выделяют три причины, приводящие к потере работоспособности неплавящихся электродов: 1) перенос металла детали на электрод, вызванный заниженным расстоянием до детали, 2) перегрев, оплавление, либо выгорание конусной части (характерно для углов ), 3) эрозия с образованием типичного "венчика" на конце конусной части (характерно для углов ) [4].

А.С. Селивановым был проведен эксперимент, в котором подготовка электрода заключалась в заточке рабочего торца на конус с углом, с притуплением диаметром 0,5-0,8 мм. Изменяя угол заточки можно получить разную глубину провара при неизменном токе. Угол заточки менее 20° приводит к эрозии и разрушению конусной части электрода, резко уменьшается качество сварки (глубина проплавления и диаметр литого ядра) после нескольких сотен циклов сварки. При углах, больших 35°, ухудшается способность к поджигу.

У изношенного электрода наблюдаются изменение формы рабочей части: оплавление и скругление конца, эрозия рабочей поверхности электрода, образования нароста и кольцеобразной "короны", происходит выход с поверхности электрода легирующих присадок. Вследствие этих причин, на электродах с большим износом катодное пятно хаотично меняет положение, дуга начинает блуждать по рабочей поверхности и становится трудноуправляемой [5].

Сварочный ток протекает в основном в поверхностном слое электрода и зависит от качества поверхности. Царапины и следы шлифования оказывают большое влияние на проводимость электрода. Поэтому шлифование электрода необходимо обеспечить строго параллельно его оси. В электродах, шлифованных перпендикулярно к оси, ток протекает нестабильно, что может привести к загоранию дуги вне наконечника, блужданию дуги. При затачивании электрода на абразивном круге с крупным зерном или поперек оси электрода, образуются микронеровности (гребни царапин), которые могут расплавляться, тем самым вызывая загрязнение шва. электрод сварка ток

Проведенный анализ состояния вопроса показал, что управляя геометрией электродов и изменяя чистоту его поверхности, можно оптимизировать технологические процессы сварки.

Список литературы

1. ЗагрубскийА.А.,ЦыганенкоН.М., Чернова А.П. Детекторы излучения. Учебное пособие. СПб., 2007, 68c.

2. Климов А.С., Смирнов И.В., Кудинов А.К., Кудинова Г.Э. Основы технологии и построения оборудования для контактной сварки. Учебное пособие. Тольятти, ТГУ, 2007, 260 с.

3. Алешин Н.П., Чернышов Г.Г. Сварка. Резка. Контроль. Справочник в 2-х томах. Москва, Машиностроение, 2004, 480 с.

4. СтрельниковИ.В., Коновалов А.В. Определение оптимальной геометрии вольфрамового электрода при точечной сварке сжатой дугой. Известия вузов, Сер. Машиностроение, 2011, № 6, с. 53-57.

5. Селиванов А.С. Повышение стабильности проплавления при аргонодуговой сварке конструкций из коррозионностойких сталей. Автореф. дис. канд. тех. наук. Барнаул АлтГТУ, 2012, 19 с.

Размещено на Allbest.ru