CC BY
126
УДК 621.791.754
Д.В. Слезкин, асп., зам. техн. директора, (8464) 37-89-68, dvslezkin@tyazhmash. com (Россия, Сызрань, ОАО «Тяжмаш»), Р.В. Цвелев, асп., гл. сварщик, (8464) 37-89-68, [email protected] (Россия, Сызрань, ОАО «Тяжмаш»),
В.А. Ерофеев, канд. техн. наук, проф., (4872) 33-12-58, va_ero feev@mail. ru (Россия, Тула, ТулГУ),
A.В. Масленников, канд. техн. наук, доц., (4872) 33-12-58, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
B.А. Судник, д-р техн. наук, проф., (910) 582-22-57, w. sudnik@ gmail. com (Россия, Тула, ТулГУ)
ИЗМЕРЕНИЕ И РАСЧЁТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДУГИ ПРИ СВАРКЕ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В СМЕСИ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ
Выполнено исследование влияния напряжения источника питания и скорости подачи электрода на ток, напряжение и длину дуги при дуговой сварке малоуглеродистой стали в смесях Ar и CO2. Установлены соотношения, связывающие анодное, катодное напряжения и градиент потенциала в столбе дуги с током дуги. Разработана методика расчёта тока, напряжения и эффективной мощности дуги при сварке стали плавящимся электродом в смесях Ar и CO2 по параметрам сварки.
Ключевые слова: сварка плавящимся электродом, смеси Ar и CO2, анодное и катодное напряжения, градиент потенциала в столбе дуги.
При дуговой сварке плавящимся электродом рекомендуют использовать в качестве защитного газа смеси Ar и CO2. Технологические свойства дуги, горящей в этой смеси газов, заметно отличаются от свойств, как в Ar, так и в CO2. В технологических расчётах параметров сварки, включая применение коммерческих компьютерных программ, большинство которых не предназначено для решения сварочных задач, необходимо определять общую мощность дуги и её составляющие, расходуемые на плавление электрода и свариваемых кромок, длину и напряжение дуги, а также эффективный радиус теплового пятна дуги на поверхности кромок. Теоретические расчёты процессов в дуге затруднительны, поэтому перечисленные характеристики дуги целесообразно определить экспериментально.
Постановка задачи. В дуге выделяют столб плазмы, катодную и анодную приэлектродные области [1, 2]. Вследствие большой разницы температур столба дуги и электродов вся теплота, выделяемая в приэлек-тродных областях, расходуется на нагрев соответствующих электродов, т.е. электродной проволоки и свариваемых кромок. Тепловыделение в при-электродных областях определяется током дуги и приэлектродными падениями напряжения. Энергия, выделяемая в столбе дуги, излучается. Часть излучения столба дуги нагревает свариваемые кромки, часть рассеивается
в окружающем пространстве, и часть переносится потоком защитного газа. Диаметр столба дуги определяется термодинамическим равновесием между плотностью тепловыделения в плазме дуги и уносом теплоты в виде излучения и потоком защитного газа. Проводимость столба дуги зависит от степени ионизации газа и диаметра этого столба. Столб дуги характеризуют градиентом потенциала, который зависит, в основном, от рода защитного газа и степени сжатия дуги. Тепловыделение в столбе вызывает повышение температуры и его расширение. Столб дуги сжимается электродинамическими силами и охлаждающим действием потока защитного газа. Действие этих факторов формирует столб дуги в виде проводящего канала с постоянным градиентом потенциала по его длине, за исключением области, примыкающей к электродной проволоке.
Теоретический анализ процессов в дуге показывает [1], что характеристики столба дуги определяются свойствами газовой среды. Указывается, что равновесная температура столба Тагс зависит в основном только от потенциала ионизации среды: Тагс = 800и^. Эффективный потенциал
ионизации и^, эВ, смеси газа определяется:
л
, (1)
5800иг-
Т
Тагс у
где щ/п - концентрация компонентов смеси газа; и^ - потенциал ионизации отдельных компонентов смеси газа, эВ, табл. 1.
Таблица 1
Свойства аргона и углекислого газа
Свойство Компоненты
газовой смеси
СО2 Аг
Потенциал ионизации и^, эВ 14,3 15,7
Сечение столкновения ge, м2 25-10-20 2,5-10-20
Энергия диссоциации w, Дж/моль 2,8-105 4,4-105
Теплоёмкость с, Дж/моль/оС 60 21
Теплопроводность X при 6000 оС, Вт/м/оС 0,05 0,17
Потенциалы ионизации С02 и Аг различаются незначительно. При сварке сталей эффективный потенциал ионизации сильно зависит от примеси пара железа, потенциал ионизации которого вдвое ниже, чем у защитных газов. Количество пара железа в столбе дуги достаточно велико, особенно при сварке плавящимся электродом. Градиент потенциала Е, В/м, в столбе дуги при атмосферном давлении равен [3]
u29/uJ/2
я и eff
Е = 2,05 • 10 * , (2)
V^" arc /
где a =2gj/ga - отношение статистических весов сечений столкновений ионов с атомами; 1агс - ток дуги, А.
Так как содержание ССЬ в смеси с Аг влияет слабо на потенциал ионизации, то влияние состава газа на свойства дуги связано с различным значением сечения столкновения молекул и атомов с электронами, которое десятикратно различается для указанных газов. Опытные данные о значении градиента потенциала в столбе дуги при сварке стальными электродами в СО2 Е= 2,4 - 2,8 (В/мм) и в аргоне Едг = 2,2 - 2,4 (В/мм) указывают, однако, на слабую зависимость градиента потенциала от состава газа [3]. Это объясняют наличием в столбе дуги значительного количества пара железа, потенциал ионизации которого значительно ниже.
Согласно каналовой модели столба дуги [3], радиус столба гагс, мм, дуги определяется
[7 2 4-/2/V/3
_ 1агс _ 1агсь аГС ~ Uarc " u'f2a^ ' ( >
eff
где jarc - средняя плотность тока в столбе дуги, А/мм2.
Согласно этой зависимости дуга в С02 имеет более чем втрое больший эффективный радиус, чем в Аг, вследствие много большего сечения столкновения ge. Для скорости плавления электрода большое значение имеет эффективное значение анодного и катодного падений напряжения. Эффективное анодное напряжение рассчитывают [4]
Ua,eff = И а + Ф + nkTe !eI arc ■
(4)
где Uа - падение напряжения на аноде, В; ср - работа выхода электронов, эВ; Те - электронная температура плазмы, К; к - постоянная Больц-
мана (1,38-10~23 Дж/К"1); е - элементарный заряд (1,6-10~19 Кл); коэффициент п равен в общем случае 3/2, а для мощных дуг 5/2. Согласно Лескову [1]
г1/5дгЗ/5 .2/15 7/15
Ua = 6.8 • 10 in/1С Г , (5)
а Т119/15 4/15 3/5 w
U а ' g ' m
где Та - температура анода, К; АТа - разность температур плазмы и анода, К; m - атомный вес паров анода.
При электронной температуре плазмы Те= 7000 К для железного анода расчётное значение анодного падения напряжения составляет 5,9 В. По измерениям разных авторов, это значение находится в области от 5,5 до
6,5 В.
Катодное падение напряжения
г1/5дгЗ/5 1/10
ик= 1,8-КГ6 к, (6)
к .2/5 2/5 3/10 4 7
Jk % V-
где - температура катода, К; А - разность температур плазмы и ка-
2 ^
тода, К; - плотность тока в катодном пятне, А/мм"; (1 - атомный вес ио-
По результатам исследований и измерений установлено, что катодное падение напряжения зависит от сложной комбинации сварочных параметров, состава газовой смеси, химического состава проволоки и находится по данным [2, 3] в области 5-21 В. Опытные данные [5] для дуги при сварке стальными электродами показывают суммарное значение анодного и катодного напряжений в ССЬ 17-19 В, ав Аг 16-18 В.
Градиент потенциала в столбе дуги для смеси ССЬ и Аг зависит от тока дуги и диаметра электрода [6] (рис. 1, 2).
сси. 82%А г+18%С э?_
( 5 92%А г+8%СС д_
Л
Аг
О 50 100 150 200 250 ЗОО I , А
а
1,0
1,2
1,6
О 20 40 60 МС02'%
б
Рис. 1. Зависимости градиента потенциала: а - от тока для различных смесей (электрод 01,2 мм); б - от доли содержания в смеси С02для различных диаметров проволоки при 1=200 А [6]
2
О 50 100 150 200 250 ICB, А
Рис. 2. Зависимости эффективных катодного (1) и анодного (2) напряжения от тока для электрода 01,2 мм в смеси 82 %Ar+18% CO2
При токе дуги 50-400 А градиент потенциала растёт при увеличении тока почти по линейному закону (см. рис. 1, а). Зависимость градиента потенциала от диаметра электрода наблюдается только для дуги в С02, градиент потенциала дуги в Аг не зависит от диаметра электрода (см. рис. 1, б). Зависимость градиента потенциала от содержания С02 в Аг близка к экспоненциальному закону. В работе [6] отмечено, что анодное и катодное падения напряжения слабо зависят от состава защитного газа и слабо возрастают с ростом тока (см. рис. 2).
Теоретический расчёт параметров дуги (1-6) затруднён тем, что при сварке стали в состав плазмы дуги, кроме защитного газа, входит некоторое количество паров железа, испаряющихся с поверхностей электродов и оказывающих влияние на энергетические характеристики дуги. В работе [7] выполнено моделирование термодинамики столба дуги с помощью коммерческого программного обеспечения ANSYS CFX и установлено, что испарение железа с поверхности сварочной ванны уменьшает температуру в центральной области дуги и уменьшает плотность тока, вытесняя его на периферию столба дуги. Неопределённость состава плазмы делает невозможным определение большинства коэффициентов, которые целесообразно записать эмпирическими коэффициентами Kg, Kr, Ka, Kk, учитывающими количество газа и пара железа в столбе дуги в соотношениях для определения градиента потенциала E, радиуса столба ^^, анодного Ua и катодного и^ напряжений:
Е = ^ Г = K I2!3 U = K I215 Ш = ^ (7) 1/3 , 'arc Kr1arc, Ua Ka1arc , ик 2/5 ( )
^го ^ГО
Для выполнения расчётов параметров дуговой сварки плавящимся электродом, кроме характеристик дуги, необходимо определить значение температуры капель , стекающих с электрода. В работе [8] показано, что температура капли зависит от полярности электрода, плотности тока, защитного газа и вида переноса. При сварке на обратной полярности в об-
193
ласти токов более 150-200 А при сварке без коротких замыканий энтальпия капель практически не изменяется с ростом тока и может быть оценена в простейшем случае как полусумма энтальпий плавления Нт и кипения
Нуар, что подтверждается экспериментальными данными [9]. Теплофизи-
ческие характеристики металла электродной проволоки измерены достаточно точно и приводятся в справочниках [10]. Характеристики источника питания известны, а сопротивление вылета может быть рассчитано [11].
Целью данной работы является создание инженерной методики расчёта технологических параметров дуги при сварке плавящимся электродом из стальной проволоки при использовании в качестве защитного газа смеси С02 и Аг. При создании методики использовали как опубликованные теоретические положения, так и собственные опытные данные. При этом были сделаны следующие допущения. Скорость плавления электрода определяется значениями энтальпии капель Н£ и анодного иa (при
обратной полярности) или катодного и £ (при прямой полярности) напряжения, которые зависят от состава газа. Принято, что энтальпия капель не зависит от тока и диаметра электрода, а средняя скорость плавления, которая точно равна скорости подачи, определяется током и приэлектродным напряжением дуги. Принято, что анодное и катодное напряжения и градиент потенциала в столбе дуги линейно зависят от тока дуги, а зависимость этих характеристик дуги от состава газа описывается экспоненциальным законом.
Эти допущения позволяют определить отношение Hfc|Ua по отношению скорости подачи проволоки Vf к току дуги ^^. Значение скорости можно задать, а ток - измерить. Опыты выполнены при длинной дуге, чтобы процесс шёл без коротких замыканий.
Выполнение опытов. Было выполнено 6 опытов при двух значениях скорости подачи проволоки и трёх составах газа (100% С02, 18% С02+82% Аг, 100% Аг). При выполнении каждого опыта измеряли ток и напряжение между горелкой и листом. Использовали источник питания FRONIUS_TPS4000, механизм подачи электродной проволоки FroniusVR4000 и сварочную горелку AW5000, закреплённую на сварочной тележке Fronius FDV22MF.
При выполнении опытов использовали сварочную проволоку Св08Г2С и листы из стали СтЗсп размером 150x300x10 мм. Во время сварки контроль осуществлялся с помощью видеосъемки, позволяющей определить средние размеры эффективного диаметра дуги при скорости сварки 10 мм/с, скорости подачи электрода 100 мм/с, токе 221 А, напряжении дуги 21 В путём сравнения с сеткой с размером ячейки 5x5 мм, которая была нанесена лазером на сварочные образцы (рис. 3).
Скорость подачи электродной проволоки, ток и напряжение дуги
определяли по показаниям приборов контроля на источнике питания. Кроме того, ток дуги измеряли токовыми клещами АТАКОМ 2103 непосредственно в кабеле, подключённом к сварочной горелке, а также измеряли напряжение на наконечнике и сопле горелки с помощью цифрового муль-тиметра Mastech NY64. Полученные результаты приведены в табл. 2 и 3.
Рис. 3. Фотография дуги в аргоне: длина дуги 3,0 - 3,1 мм, эффективный диаметр 6,5 - 7 мм
Таблица 2
Результаты измерения тока, напряжения и размеров факела дуги при заданных значениях напряжения источника питания и разном составе защитного газа
№ Защитный Напряжен Ток Напряже- Длина Эффектив-
газ ие источ- дуги, А ние дуги, мм ный
ника, В дуги, В диаметр
дуги, мм
1 100 % СО2 25,0 193-203 24,7-25,5 1,8-1,9 10,0-10,5
2 30,6 201-221 30,0-31,3 2,9-3,0 10,2-10,7
3 82 % Ar + 18 % СО2 20,0 195-205 19,6-20,0 2,4-2,5 8,3-8,8
4 25,0 207-221 24,8-25,3 4,1-4,3 8,4-8,9
5 100 % Ar 20,0 206-221 19,8-20,5 3,0 6,3-6,8
6 25,0 205-236 25,5-26,0 5,7-6,5 6,9-7,5
Таблица 3
Результаты измерения тока, напряжения и длины дуги при заданных значениях скорости подачи электрода и разном составе
защитного газа
№ Защит- Подача Ток Напряже- Длина Диаметр
ный газ элект-рода, мм/с дуги, А ние дуги, В дуги, мм факела, мм
1 100 % 50 125-137 20,8-21,0 1,4-1,5 7,3-7,7
2 СО2 100 193-227 24,5-24,6 1,7-1,8 10,4-11,0
3 82 % Ar + 50 127-141 16,7-16,9 1,5-1,6 6,6-7,1
4 18 % СО2 100 214-241 21,2-21,4 2,4-2,5 8,5-9,0
5 100 % Ar 50 125-138 16,9-17,0 2,4-2,5 4,6-5,1
6 100 221-238 21,2-21,5 3,0-3,1 6,5-7,0
Методика расчета. При изменении значения напряжения холостого хода источника питания дуги значение тока дуги изменяется незначительно вследствие эффекта саморегулирования, выравнивающего скорость плавления проволоки со скоростью ее подачи. Так как ток не изменяется, то не изменяется падение напряжения в вылете. Катодное и анодное падение напряжения не могут существенно измениться при изменении длины дуги. Поэтому можно считать, что изменение напряжения на дуге обусловлено только изменением её длины, что позволяет определить градиент потенциала
gradII = Аи/АЬ, (8)
где А11, АЬ - приращения напряжения и длины дуги, вызванные изменением напряжения на выходе источника питания.
Данные, приведенные в табл. 1, позволяют оценить значения градиента потенциала в столбе дуги следующими значениями: для ССЬ - 4,95,2 В/мм, для смеси С02 + 18% Аг - 2,8-3 В/мм, для Аг - 1,5-1,9 В/мм. Полученные значения несколько больше данных, представленных на рис. 1, особенно для аргона. Последнее можно объяснить использованием в качестве катода пластин из стали СтЗ, при плавлении которой возможно выделение двуокиси углерода [12], а также наличием пара железа в столбе дуги.
При выполнении опытов повышение напряжения источника вызвало небольшое увеличение тока дуги, что можно объяснить как увеличением температуры капель, стекающих с электрода, так и эффективного значения напряжения в анодной области дуги, определяющего скорость плавления электрода. Однако изменение тока соизмеримо с погрешностью измерения параметров сварки (около 7%).
Среднее значение скорости плавления проволоки, равное скорости её подачи Vу, связано с током дуги 1агс соотношением
V , =_иа1агс__^
где Уf— радиус электродной проволоки, см; Ту- - температура подогрева вылета протекающим по нему током, °С; ср - удельная теплоемкость, Дж/(см3-°С); Н[ - теплота плавления, Дж/см3.
Температура подогрева вылета электрода
Т/= Лре(т)1агс2Ж , (10)
ср\кг2) 0
где % = Ь у ^ у — время перемещения металла от токоподводящего наконечника на расстояние ъ от его торца, сек.; Ьг - длина вылета, см; ре('/') -
удельное электрическое сопротивление металла электродной проволоки в
196
зависимости от температуры, Ом.
Анодное падение напряжения вычисляли по опытным значениям тока и скорости подачи проволоки (см. табл. 2) и из соотношений (4-5). При этом использовали следующие значения параметров плавления электродной проволоки Св08Г2С: ср =5 Дж/(см- оС), HL =2000 Дж/см3, Lf = 15 мм, ре(Т) = 25 + 0.08Т, мкОм, Т^ = 2000 0С. Результаты расчёта температуры подогрева вылета и анодного напряжения приведены в табл. 4.
Таблица 4
Результаты расчёта значений температуры подогрева вылета и анодного напряжения в выполненных опытах
№ Напряжение, В Температура вылета, С
Анода Катода Столба дуги На вылете
1 5,00 8,64 6,71 0,56 258
2 5,98 8,81 8,79 0,96 357
3 4,86 7,22 4,14 0,58 274
4 5,30 7,55 7,34 1,10 444
5 4,98 7,82 3,58 0,56 261
6 5,23 9,94 5,06 1,12 455
Полученные значения анодного напряжения увеличиваются с ростом тока дуги, что было представлено эмпирическими соотношениями
Ъ0г Аг = 4,66 + 0,00251агс;
и а, Аг+С02 = 4,4 + 0,0041
агс>
и а, С02 = 4,1 + 0,0091агс.
Этот результат соответствует известным данным (см. рис. 2, [5]). Для расчёта значения эффективного катодного напряжения использовали результаты измерения напряжения (иагс) и длины дуги (Ьагс) (см. табл. 3), а также расчётные значения анодного напряжения (см. табл. 4)
ик = иагс - ^гсёаи - иа - 1аг^/, (12)
где Rf - сопротивление вылета, Ом, которое рассчитали по соотношению
Rf =^2 /ре [Т/ (Ф , (13)
п/ 0
где Т/ (г) - распределение температуры вдоль вылета, рассчитанное в соответствии с зависимостью (10).
При определении градиента потенциала использовали результаты собственных измерений (см. табл. 1) с учётом влияния тока на значение
градиента, приведённые в работе [5] (см. рис. 1).
gradU аг = 1,2 + 0,0021агс;
gradUAr+со2 = 2,2 + 0,0035^; (14)
8Га^со2 = 4,0 + 0,005^.
Результаты расчёта катодного напряжения, падения напряжения в столбе дуги и в вылете электрода приведены в табл. 4. Полученные значения катодного напряжения увеличиваются с тока дуги, что было представлено следующими эмпирическими соотношениями
rUk, Аг = 5,2 + 0,0021агс;
Ук, Аг+С02 = 6,75 + 0,00361агс; (15)
ик, С02 = 7,5 + 0,0052^.
Для градиента потенциала в столбе дуги от состава смеси С02 и Аг использовали экспоненциальный характер зависимости характеристик дуги от состава газа (см. рис. 1, б)
gradU Аг+С02 = gradUAr + ^га^С°2 - gardU Аг ^ - е 5ПС°2 ), (16)
где пс°2 - доля С02 в смеси Аг+С02, а значение коэффициента Ка « 5
(см. формулы (7)) определили по соответствию расчёта по формуле (16) эмпирическому соотношению (14).
Использование подобных зависимостей для определения анодного и катодного падения напряжений
иа, АГ+С° 2 = иа, АГ + пС° 2 (иа ,С° 2 - иа, АГ )
Уk,АГ+С°2 = иk,АГ + пС°2 (иk,С°2 - иа,АГ У
показало, что при Ка = 5 они хорошо воспроизводят значения для смеси
82% Аг + 18% С02, полученные при обработке опытных данных.
Длина и эффективная мощность дуги. Ток дуги, задаваемый скоростью подачи электрода, падение напряжений в вылете и в электродных областях дуги, а также градиент потенциала в столбе дуги при заданной вольтамперной характеристике У(I) источника питания позволяют определить длину дуги
1агс = (Уагс - Уа - Uk - 1агс^ )/gradU. (18)
Допустимо считать, что теплота, выделяющаяся в анодной области, полностью переносится каплями расплавленного металла в сварочную ванну. Кроме теплоты, выделенной дугой, капли переносят теплоту, выделенную в вылете электрода. Мощность подогрева вылета
(17)
а, АГ ,
р^ =пг^ V fcpTf. (19)
Теплота, выделяемая в катодной области, полностью поглощается
поверхностью кромок. Теплота, выделяемая в столбе дуги, излучается в окружающее пространство, но часть этого излучения попадает на свариваемые кромки. Мощность доли излучения, нагревающая кромки стыка, зависит от его геометрии. В первом приближении можно допустить, что факел дуги имеет форму усечённого эллипсоида с радиусом основания гагс, а излучение исходит из точек его поверхности. Для дуги, горящей на
плоской поверхности, доля излучения, попавшая на основание, составляет
2
г
Prad ~ ^аг^агсё^и 2 агс 2 . (20)
2г2 + I2 2'агс ^ 1агс
Радиус факела дуги, как показывают результаты измерений (см. табл. 2, 3), заметно возрастает при увеличении тока дуги и зависит от состава защитного газа. Диаметр факела также зависит от длины дугового промежутка. Можно допустить, что с уменьшением длины дуги диаметр факела стремится уменьшиться до диаметра электрода, а при удлинении стремится к значению, при котором обеспечивается термодинамическое равновесие столба. Это равновесие обеспечивается при определённой плотности тока в столбе дуги, значение которого зависит от состава защитного газа. Эти представления позволяют описать зависимость радиуса факела дуги зависимостью
r
f
rare =\\- е ^ + f (21)
1 I L 2
__„ nvn I
n j
где j - плотность тока в столбе дуги, при которой обеспечивается термодинамическое равновесие, и значение которой зависит от состава защитного газа, А/мм2.
Измеренные значения диаметра факела дуги (см. табл. 2, 3) позволяют определить j. Наилучшее соответствие результата расчёта по зависимости (21) опытным данным было получено при следующих значениях:
22 для CO2 - 240 А/мм , для смеси Ar + 18 % CO2 - 325 А/мм , для
Лг - 550 А/мм2.
Полученные результаты позволяют определить суммарную мощность теплового потока в свариваемые кромки
P = lare (Ua + Uk ) + Pf + Prad , (22)
а также оценить добавки в кпд дуги плавящегося электрода по Лескову [5]
1
П =
U
22 nrf r 2
f rare
U a + Uk +--vfePTf + L
aregradU
(23)
1 у - 2 2 + 12
агс 2гагс + 1агс
V У
На рис. 4 приведены зависимости основных параметров дуги в зависимости от состава газовой смеси и от скорости подачи электродной проволоки Св08Г2С диаметром 1,2 мм при вылете электрода 12 мм и задан-
ной длине дуги 3 мм. Полученные результаты несколько расходятся с теоретическими представлениями каналовой модели дуги. В частности, опыты указали на то, что градиент потенциала в столбе дуги более слабо зависит от состава защитного газа, чем это следует из теории. Кроме того, градиент увеличивается с ростом тока, а не снижается. Это можно объяснить влиянием значительного количества пара железа в плазме дуги.
иагс. в р. кВт 0: мм
10
9
8 7 6
0 0.25 0.5 0.75 1 25 50 75 100 125 150 пС02 ^/f. мм/с
а б
Рис. 4. Зависимости напряжения (иагс), мощности (Р) и диаметра пятна (ф) теплового потока дуги от: а - состава газовой смеси; б - от скорости подачи электрода
Таким образом, разработанная методика позволяет определить при заданных значениях диаметра и скорости подачи электрода, состава газовой смеси и желательной длины дуги значения ее основных энергетических характеристик: напряжение, ток, размеры плазменного факела и мощность теплового потока в свариваемые кромки. Указанные параметры дуги необходимы для выполнения дальнейших технологических расчётов.
Список литературы
1. Лесков Г.И. Электрическая сварочная дуга. М., Машиностроение, 1970. 355 с.
2. Ленивкин В.А., Дюргеров Н.Г., Сагиров Х.Н. Технологические свойства сварочной дуги в защитных газах. М.: Машиностроение, 1989. 264 с.
3. Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом. М.: Машиностроение, 1974. 240 с.
4. Кесаев Н. Г. Катодные процессы электрической дуги. М.: Наука, 1968. 244 с.
5. Лесков Г.И. Экспериментальное исследование некоторых факторов, определяющих устойчивость сварочной дуги под флюсом // Автома-
28
24
20
1й
Р ,
ЧЬгс
100 мм/с
20':', ,С02+8 )%Аг
^агс
Г о
тическая сварка. 1956. №3. С. 3-10.
6. Судник В.А., Иванов В.А. Математическая модель источника теплоты при дуговой сварке плавящимся электродом в смеси защитных газов. Часть первая. Нормальный процесс // Сварочное производство. 1998. №9. С. 3-9.
7. Schnik M., Fuessel U., Hertel M. et al. Effects of metal vapour on the arc behaviour in GMA welding. J. Phys. D: Appl. Phys. 2010. Vol. 43.
8. Ando К., Nishiguchi К. Mechanism of Formation of Pencil-Point-Like Wire Tip in MIG Arc Welding // Relation between the Temperature of molten Drop, Wire Extension and Heat Conductivity. IIW-Doc, 1968. Vol. 212-156. P. 10.
9. Походня И.К., Суптель A.M. Теплосодержание капель электродного металла при сварке в СО2 // Автоматическая сварка. 1970. № 10. С. 5-8.
10. Физические величины: справочник / под ред. Григорьева И.С., Мелихова Е.З. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.
11. Гецкин О.Б., Полосков С.И., Ерофеев В.А. Физико-математическая модель системы «источник питания - дуга» для сварки плавящимся электродом в защитных газах // Тяжелое машиностроение. 2008. №6. С. 18-20.
12. Numerical simulation for welding pool and welding arc with variable active element and welding parameters / S. P. Lu, W. C. Dong, D. Z. Li, Y. Y. Li // Science and Technology of Welding & Joining. 2009. Vol. 14. № 6. Р. 509516.
D. V. Slezkin , R. V. Tsvelev, V.A. Erofeev, A. V. Maslennikov, V.A. Sudnik
MEASUREMENT AND CALCULATION OF ARC POWER CHARACTERISTICS DURING GMA WELDING IN A MIXTURE OF SHIELDING GASES
In the present paper, an investigation into the influence of the power source voltage and electrode wire feed rate on the arc current, arc voltage and its length during gas-metal arc welding of low-carbon steel in Ar and CO2 gas mixtures has been performed. Correlations between the anode and cathode voltage drops, potential gradient in the arc column and the arc current have been established. A methodology for the calculation of the arc current, voltage and effective power on the basis of the welding parameters has been developed during gas-metal arc welding in Ar and CO2 gas mixtures.
Key words: Consumable electrode welding, Ar and CO2 mixtures, anode and cathode voltage, potential gradient in the arc column.
Получено 24.08.12
