Столб дуги, как газообразный проводник, и примыкающие к дуге расплавлении участки электродов весьма чувствительны к действию на них различных сил, в том числе сил взаимодействия тока душ с собственным магнитным полем. Поскольку в анализируемых участках сварочной цепи трубки тока могут как сгущаться, так и рассредоточиваться, то, как показывают электродинамические расчеты, столб дуги и жидкие участки электродов могут испытывать не только радиальное сжатие (пинч-эффект), но и действие осевой силы, перемещающей плазму столба и жидкий металл вдоль направления тока. Величина этой силы пропорциональна квадрату силы тока и натуральному логарифму отношения радиусов токоведущих сечений рассматриваемого элемента цепи:

Screenshot_2
Рис.

Наиболее существенно радиусы г» и г2 отличаются на участках перехода проволочного электрода к капле, от капли к дуге и от дуги к свариваемому изделию, поэтому здесь и действуют наибольшие по величине электродинамические силы.
Если r1 — радиус столба дуги, а r2 — радиус электрода, причем r1-r2, то сила Р отрывает каплю от электрода и переносит ее в ванну. Как показали технологические исследования, описанное явление весьма благоприятно сказывается на стабильности сварочного процесса и качестве швов. В случае сварки швов на вертикальной стенке и в потолочном положении электродинамическая сила является единственным воздействием, переносящим каплю, независимо от направления силы тяжести.
Для увеличения этой силы без существенного нарушения процессов плавления основного и присадочного металлов Б. Е. Патоном с сотрудниками [33] предложена импульсно-дуговая сварка металлов. Дуга питается от двух источников тока: основного и генератора импульсов. В промежутке между импульсами электрод плавится дугой сравнительно небольшой мощности. При прохождении импульса тока большой величины резко возрастают электродинамические силы, сжимающие расплавленный металл электрода и перемещающие его вдоль оси дуги. При оптимальных амплитудах и длительностях импульсов они формируют и отрывают капли, придавая им скорости 2 м/с, достаточные для прохождения дугового промежутка против силы тяжести. Каждым импульсом сбрасывается одна капля стабильного размера,
В столбе дуги, особенно в зоне его перехода от сильно сжатого катодного пятна к сечению нормального диаметра, электродинамические силы вызывают потоки плазмы от электрода к изделию. Они переносят до 30% мощности дуги, повышают скорость плавления свариваемого металла, вызывают продавливание ванны в нем, содействуя увеличению глубины шва.

Screenshot_4

Изучение магнитно-гидродинамических явлений в дуге и разработка методов управления ИМИ открыли новые возможности совершенствования процессов сварки.
Электрическая дуга, являясь газообразным проводником, сравнительно слабо связана со своими твердыми или жидкими электродами. Это предопределяет способы управления положением дуги в пространстве и распределение нагрева ею свариваемых изделий. Советскими учеными разработаны различные способы магнитного управления дугой. Расположив обмотки с током, как показано на рис. 1.6, создаем магнитное |поле, основная составляющая индукции которого совпадает с направлением напряженности электрического поля.
В тех случаях, когда ось дуги строго совпадает с осью обмоток, такое поле [сжимает столб дуги, уменьшает его [блуждание и содействует увеличению Шубины проплавления металла. В слу- гчае отклонения столба дуги от оси соленоида, например, при ее возбужденин между вольфрамовым электродом и торцом трубы, ось которой совпадает Щ осью электрода, появляется сила, перемещающая дугу по кругу или в рассматриваемом случае по торцу трубки. Образуется конусная дуга, расплавляющая равномерно весь торец. Поперечное магнитное поле отклоняет дугу в .соответствии с «правилом левой руки». Меняя величину и направление поперечного поля, добиваются расширения зоны нагрева металла дугой. В попе- речпом кольцевом магнитном поле, изображенном на рис, 1.7, дуга непрерывно перемещается с большой скоростью между охлаждаемым кольцевым медным электродом и стыком свариваемых труб, вызывая их нагрев и плавление по всей длине стыка без применения сварочных головок. Способы магнитного управления дугой разработаны и применены для целей сварки К. К. Хреновым [43], В. С. Гвоздецким и В. С. Мечевым [12], Г. Б. Сердюком [40] и др.