Подводная сварка, энергетические характеристики дуги

 

Схематически процесс горения дуги под водой показан на рис. 3. в результате воздействия дуги расплавляется основной и электродный металл. При этом формируется сварочная ванна. Размеры ванны в основном зависят от энергетических характеристик дугового разряда и физических характеристик свариваемого металла. Перемещение дуги по изделию вызывает перемещение сварочной ванны. Металлургические процессы, происходящие в сварочной ванне, взаимосвязаны с энергетическими характеристиками дуги.

Были проведены расчеты для определения диаметра столба дуги при сварке под водой покрытым электродом и проволокой сплошного сечения диаметром 1,2 и 1,6 мм. Установлено, что при сварке покрытыми электродами и проволокой диаметром 1,6 мм столб дуги можно принять за цилиндр, а при сварке тонкой проволокой диаметром 1,2 мм — за усеченный конус.

Дуга, горящая под водой, может при определенных условиях испытывать два вида сжатия — от охлаждающего действия водорода и гидростатического давления столба жидкости . Возможно, сжатие катодного пятна вследствие геометрических размеров торца электрода не позволяет пятну свободно расширяться с увеличением силы сварочного тока. Это отражается на форме статической вольт- амперной характеристики дуги , которая сходна с формой вольт- амперной характеристики дут, горящей под флюсом.

Охлаждающее действие воды, повышенное давление, диссоциация воды и ее паров требуют большей мощности для поддержания дугового разряда, чем в случае сварки на воздухе. Для этого необходимо поддерживать более высокое напряжение дуги, так как для ионизации дугового промежутка расходуется больше энергии.

 Рис.3

подводная сварка
подводная сварка

Известно, что напряжение дуги складывается из напряжения приэлектродных областей и напряжения столба дуги. Его определяют по формуле:

U = а +bl,

где а — напряжение приэлектродных областей; Ь— продольный градиент потенциала столба дуги; — длина столба дуги.

Определено падение напряжения в приэлектродных областях и градиенты потенциала столба дуги, горящей в среде водорода при сварке под водой плавящимся электродом. Установлено, что напряжение приэлектродных областей и градиенты потенциала столба дуги при сварке покрытым электродом и проволокой сплошного сечения различны. Это объясняется изменением условий электронной эмиссии с катода. Одновременно отмечается, что повышение концентрации теплоты, связанное с высокой плотностью тока (200-240 А/мм2), и, по-видимому, более высокая проводимость столба дуги обуславливают уменьшение его градиента потенциала при сварке проволокой сплошного сечения. Кроме этого, установлено уменьшение градиента столба дуги с увеличением силы сварочного тока, что связано с увеличением проводимости, т. е. с уменьшением сопротивления, и неизбежным уменьшением напряжения. С увеличением длины дугового промежутка градиент потенциала столба дуги возрастает, поскольку увеличивается проникновение в дугу водорода, вызывающего сильное охлаждение столба дуги и деионизацию плазмы в дуговом промежутке.

На основании анализа уравнения баланса энергии, выделяющейся в приэлектродных областях, построены графики распределения напряжения в дуге при сварке под водой покрытым электродом и проволокой сплошного сечения.

Температура сварочной дуги является одним из важнейших факторов, определяющих физико-химические и металлургические процессы сварки. Она определяет степень диссоциации и ионизации газов в дуге, растворимость газов в металле, характер протекания процессов между газовой, металлической и шлаковой фазами, а также плавление и перенос металла.

Температура дуги при использовании постоянного тока прямой полярности примерно на 500 К ниже, чем при использовании постоянного тока обратной полярности.

Установлено, что температура столба дуги в зависимости от силы сварочного тока и глубины погружения колеблется от 9000 до 12000 К. С увеличением силы тока и глубины погружения температура столба дуги монотонно возрастает. Температура дуги при сварке под водой покрытым электродом выше, чем при сварке проволокой сплошного сечения, и в среднем в два раза выше, чем при сварке на воздухе. Повышение температуры столба дуги способствует росту запаса кинетической и потенциальной энергии газов и паров металлов, находящихся в дуговом промежутке, и приводит к большему перегреву капель электродного металла. Вследствие этого должны более интенсивно окисляться легирующие примеси. Замеры температуры капель электродного металла при сварке порошковой проволокой ППС-АН1  показали, что температура колеблется от 2560 °С до температуры кипения металла; следовательно, температура капель электродного металла при сварке под водой выше, чем при сварке на воздухе из-за более высоких значений температуры столба дуги.

(статья Кононенко В.Я.)

Добавить комментарий