Все о сварке

Магнитное дутье при сварке


2.7.2. Магнитное поле сварочного контура. Магнитное дутье

Электрическая цепь электрод - дуга - изделие вместе с подво­дящими проводниками образует сварочный контур, магнитное поле которого может отклонять дугу в ту или иную сторону. Это явление называется магнитным дутьем. Разность плотностей маг­нитных силовых линий, сконцентрированных внутри и вне сва­рочного контура, образованного электродом и токопроводящей частью пластины, будет «выжимать» дугу наружу (рис. 2.36).

Меняя место подвода тока, а также изменяя угол наклона элек­трода к поверхности изделия, можно управлять отклонением дуги (рис. 2.37).

В установившемся положении отклоняющая сила собственного магнитного поля (пропорциональная квадрату тока) будет уравно­вешиваться противодействующими силами, вызванными «жестко­стью» столба дуги.

Для объяснения «магнитного распора» в сварочном контуре лучше всего воспользоваться понятием магнитного давления, ко­торое согласно формуле (2.95) тем больше, чем больше напряжен­ность Н. Движение «эластичного» проводника (дуги) будет происходить всегда только в сторону уменьшения плотности магнитных силовых линий H.

Наличие значительных ферромагнитных масс вблизи дуги мо­жет вызвать ее отклонения, относимые также к магнитному дутью. Можно считать, что в ферромагнитной массе благодаря ее высо­кой магнитной проницаемости (напри­мер, относительная магнитная прони­цаемость μ для железа примернов 104 раз выше, чем для воздуха) магнит­ные силовые линии контура «стремят­ся» сконцентрироваться. Вследствие этого магнитное давление со стороны ферромагнитной массы снижается и дуга отклоняется (рис. 2.38), причем часто в сторону сварного шва или от кромки в сторону основной массы изделия. При рассмотрении магнитного дутья следует учи­тывать, что металл в сварочной ванне и вблизи нее нагрет выше точки Кюри и практически теряет магнитные свойства.

Все сказанное выше о магнитном дутье относится в основном к дуге постоянного тока. При сварке дугой переменного тока в ме­талле изделия создается система замкнутых вихревых токов. Вих­ревые токи создают собственную переменную магнитодвижущую силу, сдвинутую почти на 180° по фазе по отношению к сва­рочному току. Результирующий магнитный поток сварочного кон­тура оказывается значительно меньшим, чем при сварке дугой по­стоянного тока.

При сварке под флюсом магнитное дутье обычно мало. Однако при сварке продольных швов труб вследствие значительной фер­ромагнитной массы и замкнутого контура трубы возникает попе­речное магнитное поле, «сдувающее» дугу вдоль трубы. Изменяя токоподвод или наклон электрода, можно устранить отрица­тельное влияние магнитного дутья.

2.7.3. Внешнее магнитное поле и дуга

Внешнее магнитное поле по отношению к оси столба дуги мо­жет быть продольным либо поперечным. Все промежуточные слу­чаи могут быть сведены к этим двум.

Продольное внешнее магнитное поле. Направление продоль­ного внешнего магнитного поля совпадает с направлением элек­трического поля, поэтому на дрейфовое движение заряженных частиц магнитное поле влиять не будет. Однако электроны и ионы обладают еще скоростью хаотического теплового движения и ско­ростью амбиполярной диффузии.

Магнитное поле с магнитной индукцией В¯ искривляет траек­торию заряженной частицы и заставляет ее двигаться с угловой скоростью так называемой циклотронной, или ларморовской, час­тотой, равной, например для электрона:

(2.96)

по спирали с ларморовским радиусом г (см. (2.89), (2.90)).

Для электрона ω = 1,7 • 1011 с-1 при В = 1 Тл. Он вращается по часовой стрелке, если смотреть по направлению поля, и его ско­рость образует с вектором В¯ правовинтовую систему. Положи­тельный ион массой mi вращается в обратном направлении с час­тотой, выражаемой формулой (2.96), в которой нужно mе заме­нить на mi.

При движении по окружности путь l частиц между двумя со­ударениями в среднем такой же, как и при отсутствии магнитного поля. Но длина свободного пробега Λ измеряется по прямой, т. е. по хорде, стягивающей дугу окружности радиусом r. Значит, про­бег Λ уменьшается, что равносильно увеличению давления газа Δр. Отношение Δр/р пропорционально квадрату магнитной индук­ции поля В2 , но для обычных сварочных режимов оно невелико.

В обычных сварочных дугах при атмосферном давлении наи­большее влияние продольное внешнее магнитное поле оказывает на скорости диффузии ионов и электронов, которые направлены по радиусу от центра дуги к периферии, туда, где меньше их тем­пература и концентрация (рис. 2.39, а). В связи с тем, что скорости диффузии электронов и ионов в квазинейтральном столбе дуги равны (ve ≈ vi), а масса электрона mе значительно меньше массы иона mi, импульсы, передаваемые нейтральным частицам от ио­нов, будут в тысячи раз больше, чем от электронов. Поэтому плаз­ма столба дуги придет во вращательное движение, соответствую­щее движению ионов в магнитном поле. Столб дуги будет вра­щаться против часовой стрелки, если смотреть по направлению поля В.

Угловая скорость вращения столба дуги будет максимальной в тех его участках, где наибольшие скорости диффузии. Действие электрического поля, которым пренебрегаем в рассуждениях, при­водит к появлению осевой составляющей вектора скорости, и за­ряженные частицы начинают двигаться по спирали.

Продольное магнитное поле получают с помощью соленоида (рис. 2.39, б) и используют для придания дуге большей жесткости и устойчивости. Воздействие продольного внешнего магнитного поля несколько повышает температуру в центре столба дуги в свя­зи с тем, что появляется магнитное давление, которое, как указано в разд. 2.7.1, уравновешивается термическим давлени­емрТ = пкТ.

Поперечное внешнее магнитное поле. При воздействии по­перечного внешнего магнитного поля целесообразно рассматри­вать дугу как проводник с током. При наложении поперечного внешнего маг­нитного поля на собственное магнит­ное поле дуги в сварочном контуре может произойти отклонение дуги в ту или другую сторону (рис. 2.40). В той части сварочного контура, где силовые линии B¯соб и B¯поп совпадают, создает­ся избыточное магнитное давление и дуга отклоняется в сторону более слабого поля. Воздействуя поперечным внешним магнитным полем на дугу и сварочную ванну расплав­ленного металла при сварке под флюсом, можно, например, изме­нить формирование сварного шва (рис. 2.41).

На металл сварочной ванны действуют объемные силы F, пропорциональные согласно уравнению (2.88) векторному произведению плотности тока j и индукции магнитного поля В. Под действием этих сил металл стремится «подтечь» под дугу (рис. 2.41, б), чему также способст­вует отклонение дуги, и глубина проплавления уменьшается. Из­менив направление внешнего магнитного поле на противополож­ное, можно увеличить глубину проплавления.

Если использовать переменное поперечное внешнее магнитное поле, то дуга постоянного тока будет колебаться в обе стороны от положения равновесия с частотой изменения напряженности внеш­него поля. Этот технологический прием получил название «ме­телка» и применяется, например, при сварке труб в трубную доску.

studfiles.net

Магнитное дутье. Отклонение дуги под действием магнитного поля

Прогиб дуги или полное ее исчезновение из точки сварки из-за магнитного поля называется магнитным дутьем. Это приводит к сложностям техники сварки и обычно возникает, если свариваемый металл имеет остаточное магнитное поле.

Ток проходящий по сварочных кабелях, дуге и основному металлу создает магнетизм. Воздействие магнитных сил на сварочную дугу происходит не симметрично и поэтому отклоняют ее в сторону меньшей напряженности. Такое отклонение и создает проблемы во время сварки или вовсе обрывает дугу.

Чаще всего появление дутья связано с расположением рядом возле дуги больших ферромагнитных участков или деталей, которые притягивают дугу. Эффект наиболее выражен при сварке сталей на постоянном токе. При сварке переменным током полярность меняется примерно 100 раз в секунду, поэтому магнитное дутье проявляется очень редко.

При сварке соединений большой толщины с разделкой кромок, наибольшее воздействие магнитного поля получает первый, корневой шов.

Это приводит к появлению непроваров сварочного шва, неравномерному расплавлению свариваемых кромок, отклонению шва от требуемых форм и т. д.

Методы борьбы с магнитным дутьем и отклонением дуги

Существует несколько приемов уменьшения отклонения дуги:

osvarke.net

Способ устранения магнитного дутья при сварке

О П И С А Н И Е 2 97243

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскиз

Социалистическиз

Респтблин

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено l05.Ч.1968 (№ 1239452/25-27) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 01.Х.1971. Бюллетень № 29

Дата опубликования описания 6,ХП.1971

МПК В 23k 9/08

В 23k 9/10

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621,791.75 (088.8) Авторы изобретения

В. М. Балашов, В. Г. Мороз, Ю. И. Пестов, Л. М. Гилев и А. Д. Кузнецов

Заявитель

1

СПОСОБ УСТРАНЕНИЯ МАГНИТНОГО ДУТЬЯ

ПРИ СВАРКЕ

Известен способ устранения магнитного дутья с помощью компенсирующего магнитного поля. Однако из-за неравномерности размагничивания детали получается низкое качество сварки.

Предлагаемый способ позволяет повысить качество сварки путем применения циркуляпионного магнитного поля, для чего через деталь пропускают электрический ток.

Описываемый способ иллюстрируется фиг. 1 — 11.

На фиг. 1 изображена часть подготовленного под сварку сварного шва с одним из возможных случаев распределения напряженности магнитного поля вдоль его кромок; на фиг. 2 и 3 представлены последовательные этапы одного из возможных случаев размагничивания подготовленного под сварку сварного шва, изображенного на фиг. 1; на фиг. 4 показано распределение напряженности магнитного поля вдоль кромок участка б — 9, подготовленного под сварку сварного шва после размагничивания его кромок до значений, не превышающих критическую напряженность

h,р, на фиг. 5 изображено сечение по А — А на фиг. 1 с распределением полярностей по кромкам подготовленного под сварку шва и действующие магнитные поля по предлагаемому способу; на фиг. 6 и 7 — распределение напряженности магнитного поля кромок по толщине подготовленного под сварку шва, изображенного на фиг. 5 до размагничивания; на фиг. 8 и 9 — распределение напряженности циркуляционного магнитного поля по толщине кромок подготовленного под сварку шва, изображенного на фиг. 5, создаваемого при прохождении электрического тока по кромке шва; на фиг. 10 и 11 — распределение напряженности магнитного поля по толщине кро10 мок подготовленного под сварку шва, изображенного на фиг. 5, после размагничивания.

Предлагаемый способ устранения магнитного дутья при сварке осуществляют следую15 щим образом.

По одной из кромок 1 или 2 подготовленного под сварку сварного шва, на которых величина напряженности магнитного поля 8 по абсолютному значению превышает критическую напряженность В,р, при которой возникает магнитное дутье, от источника тока 4 пропускают электрический ток, направление которого и величину принимают такими, чтобы создаваемое им циркуляционное магнитное поле б имело полярность, обратную полярности магнитного поля 8 на кромках 1, 2, а величина его напряженности В была бы достаточна для размагничивания кромок 1 и 2 до определенной величины. Размагничивание

30 кромок 1 и 2 осуществляют последовательно

3 по отдельным участкам б — 7, 7 — 8, 8 — 9, начиная с участков, имеющих большую по абсолютной величине напряженность магнитного поля, при этом длину этих участков принимают такой, чтобы абсолютная величина разности напряженностей В магнитного поля 8 кромок 1 и 2 по концам хотя бы одного из участков б — 7, 7 — 8, 8 — 9 размагничиваемого шва б — 9 не превышала величины двойной критической напряженпости 2В„р магнитного поля.

297243

Предмет изобретения

Способ устранения магнитного дутья при сварке, при котором магнитное дутье устраняется с помощью компенсирующего магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварки путем равномерного размагничивания детали по толщине, используют циркуляционное магнитное поле, 10 для чего через деталь пропускают электрический ток.

Фиг, 8

297243

Фиг.4

Поде

Фиг.Ю

Фиг.5

Фиг.7 юг.8 Фиг.У

Составитель Г. Тер-Арутюнов

Редактор Т. Ларина Техред 3. Н. Тараиенко Корректоры: О. С. Зайцева и Е. Г. Михеева

Заказ 3417/5 Изд. № 1433 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

   

www.findpatent.ru

4.2 Магнитное дутье

Вокруг дуги и в свариваемом металле возникает магнитное поле, как вокруг любого проводника с током. Если эти поля несимметрично расположены, то они отклоняют дугу по закону Ленца, что затрудняет сварку. Это отклоняющее действие магнитных полей на дугу называется магнитным дутьем. На магнитное дутье влияют род тока (при постоянном токе дутье больше), его величина (больший ток вызывает большее дутье), место подключения обратного проводаи расположение ферромагнитной массывблизи места сварки (см. рис.23).

Рис. 22.

а)отклонение дуги влево в)отклонение дуги вправо при подключении

обратного провода слева на большом расстоянии от дуги

б)нормальное положение дуги г)отклонение дуги в сторону ферромагнитной массы

Чтобы магнитное дутье было меньше, следует вести сварку короткой дугой, подводить ток под место сварки, изменять угол наклона электрода так, чтобы нижний конец электрода был обращен в сторону отдувания дуги, переходить на переменный ток, если это возможно.

4.3 Плавление и перенос металла в дуге

Основное тепло выделяется в катодной и анодной областях. Тепловая мощность дуги за единицу времени определяется формулой:Q = I·Uдуги Дж/сек (5)

Тепловой режим сварки характеризуетсяпогонной энергией сварки, которая выражается отношением:

W=Дж/см (6),

где, I – сварочный ток, А

Uдуги– напряжение дуги, В

 - коэффициент полезного действия

V- скорость сварки, см / сек.

Это количество тепла, вводимого в металл на единицу длины шва.

Примерные тепловые балансы сварочных дуг приведены в таблице № 2.

Производительность плавления металла

Это количество металла, расплавленного за определенное время сварки

Мр = Кр · I·t(г), (7)

где Кр – коэффициент расплавления, г / А × час

I - ток, А

t – время горения дуги, час

Из (7) имеем: Кр = ,

Кр зависит от материала электродного покрытия, стержня, рода тока. Часть металла теряется, поэтому было введено понятие коэффициента наплавки Кн, который меньше Кр на величину потерь.

Потери выражаются коэффициентом потерь 

= · 100% (8)

 при ручной сварке электродом составляет 10-12%, в защитных газах 3-6%, под флюсом 1-3%.

Таблица №2

Показатель

Затраты тепла в %

от полной тепловой мощности

Сварка покрытым

электродом

Сварка под флюсом

1. Эффективная тепловая мощность дуги,

в том числе

а) перенос с каплями металла,

б) поглощение основным металлом

2. Потери в окружающую среду

3. Потери на разбрызгивание

4. Потери на плавление флюса

75

25

50

20

5

-

81

27

54

-

1

18

Итого

100

100

5 Металлургические процессы при сварке

Сварка – металлургический процесс, протекающий с большой скоростью и в малом объеме металла с быстрым отводом тепла от сварочной ванны, с воздействием окружающего воздуха и шлаков на жидкую ванну металла. При высокой температуре дуги (2100 –2300ºС) металл, окружающие газы и флюсы изменяются и реагируют друг с другом. Одним из вредных газов для сварки является кислород, который окисляет элементы, входящие в состав металла шва, образуя окислы

Fе + О2→ Fе О → Fе2 О3→ Fе3 О4 (9)

Присутствие кислорода в металле шва в виде твердого раствора или включений окислов сказывается на ухудшении механических свойствпонижаютсяв,т,%,н%, снижаются антикоррозионные свойства.

Таким образом, от кислорода сварочную ванну надо защищать, создавая защитную среду из газов или шлаков, а также раскисляя окисленные элементы металл шва.

Те элементы, у которых сродство к кислороду больше, будут окисляться интенсивнее.

На этом и основан принцип удаления кислорода или раскисления сварочной ванны.

Можно все элементы по степени уменьшения сродства к кислороду поставить в рядС, Аl,Ti,Si,Mn,Cr,Mo,Fe,Ni,Cu

Раскислениеосуществляется путем введения в сварочную ванну раскислителей: элементов, обладающих большим сродством к кислороду, чем железо, например, ферросплавов: ферросилиция и ферротитана.

2FeO + Si = 2Fe + SiO2 (10)

2FeO + Ti = 2Fe + TiO2

SiO2 , TiO2 - не растворимы в жидком металле и всплывают в шлак.

studfiles.net


Смотрите также