Силы в дуге при СПЭ

1. Силы тяжести – способствует переносу металла в нижнем положении, и препятствуют в потолочном. Наиболее сильно проявляются при малых токах, когда электродинамические силы малы.

2. Силы поверхностного натяжения:

а) придают каплям сферическую форму;

б) удерживают капли на «потолке»;

в) всасывают капли в жидкую сварочную ванну.

Чем коэффициент поверхностного натяжения, тем мельче капли и вероятнее переход к мелкокапельному и струйному переносу металла.

3. Электродинамические силы (пинч-эффекта) сильно влияют на перенос металла, особенно при больших токах. В слаботочных дугах, где эти силы малы, преобладает крупнокапельный перенос, а в сильноточных – струйный. Пинч-эффект – сжатие жидкого или газообразного проводника с током силами – является причиной давления дуги и плазменных потоков от электродов и участков сжатия дуги.

4. Реактивные силы, вызываемые давлением паров, обычно противодействуют начальному обрыву капли.

Сила давления паров F=R∙I^{2, где}

R≈(1-5)∙10^-7 Н/А² – для прямой полярности;

R<3·10^-8 Н/А² – для обратной полярности.

Струйный перенос на обратной полярности возникает при меньших токах.

5. Электростатические силы порождаются градиентом потенциала в переходных областях дуги, особенно у катода, где Е=10⁴-10⁶ В/мм. Поскольку в столбе дуги Е_с<<E_k (в тысячи и более раз), то создается разность давлений и течение газа от катода (или анода) в столб дуги подобно «электрическому ветру» с острия.

Р= Р_кат-Р_ст= , мм.рт.ст. и может составлять несколько мм.рт.ст.

6. Плазменные потоки также сильно влияют на перенос металла. Это особенно заметно, если катодное пятно и катодный поток не охватывают конец электрода, а мощный анодный поток охватывает катодный, затрудняет перенос металла, вызывая сдвиг капли в сторону или даже её подъём над уровнем торца электрода.

Билет №20

1. Кинетика процесса сварки металлов и их сплавов в твердой фазе

Кинетика сварки – изменение во времени прочности соединения, то есть изменение количества атомов, вступивших в химическое взаимодействие. Скорость образования химического соединения в основном зависит от скорости создания активных центров на сближаемых поверхностях.

Активный центр – группа поверхностных атомов, имеющих повышенную энергию по сравнению с соседними поверхностными атомами.

Методы активации (уже рассмотрели):

а) нагрев;

б) пластическая деформация;

в) облучение.

Основной механизм создания активных центров при любом методе активации – это дислокационный механизм. Именно возникновение дислокации на соединяемой поверхности ведет к возбуждению окружающих ее ионов, т. е. создание активного центра.

При сварке в твердой фазе наибольшее практическое значение имеет пластическая деформация.

Образование химических связей, начавшееся в активном центре как «цепная реакция», поддерживаемое высвобождающимся избытком поверхностной энергии, распространяется по соединяемым поверхностям. Там, где высвобождающейся энергии недостаточно из-за удаленности соединяемых поверхностей, процесс приостанавливается. Необходимо дальнейшее сближение поверхностей и создание новых активных центров, что и происходит, если скорость деформации достаточно велика.

Т. о. кинетика процесса сварки в твердой фазе определяется скоростью деформации. Кроме того, процесс деформирования может сопровождаться дополнительным нагревом, что обеспечивает дополнительную термическую активацию ионов соединяемых поверхностей.