CC BY
32
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2009 р. Вип. № 19
УДК 621.791.927.5
Размышляев А.Д.1, Миронова М.В.2, Дели A.A.3
ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ПРОПЛАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКЕ ВОЛЬФРАМОВЫМ ЭЛЕКТРОДОМ В ПРОДОЛЬНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ
Показано, что при сварке вольфрамовым электродом в аргоне среднее газодинамическое давление дуги несколько больше, чем металлостатическое давление в ванне под дугой, а изменения глубины проплавления металла при сварке с воздействием продольного магнитного поля соответствуют происходящим при этом изменениям среднего газодинамического давления дуги.
Имеющиеся литературные данные о размерах зоны проплавления основного металла при сварке неплавящимся (вольфрамовым) электродом (СНЭ) в продольном магнитном поле (ПРМП) немногочисленны. Данные работы [1] о глубине проплавлении металла при СНЭ относятся к воздействию (ступенчатому) ПРМП частотой 50 Гц при значениях индукций: 100, 200, 300 и 400 мТл. Однако, при таком способе сварки практически применяют ПРМП с индукцией значительно меньшей (порядка до 30...50 мТл) [2]. В работе [3] были проведены исследования о влиянии ПРМП на давление дуги при сварке вольфрамовым электродом в аргоне. Однако, влияние давления дуги на формирование размеров зоны проплавления металла не было установлено (и не анализировалось).
Цель настоящей работы - установление влияния давления дуги при СНЭ в аргоне с воздействием ПРМП на формирование размеров зоны проплавления основного металла.
Выполняли эксперименты по сварке (проплавлению дугой) плоских пластин толщиной 6 мм из сталей 12Х18Н10Т и СтЗсп. Первая из них не обладала ферромагнитными свойствами, а вторая - была ферромагнетиком. Параметры режима сварки вольфрамовым лантанированным электродом диаметром 4,0 мм были следующими: 1св = 200...210 А, II,, = 14... 155, Vce = 28 м/ч. Угол заточки торца электрода составлял 90° (без притупления). Следует отметить, что условия и параметры режима сварки были такими же, как и в работе [3], в которой выполнены исследования давления дуги и распределения его вдоль радиуса дуги.
Характерно, что для сталей 12Х18Н10Т и СтЗсп при увеличении индукции ПРМП в области значений 20...30 мТл имеется снижение глубины проплавления основного металла (Нпр), а при дальнейшем увеличении индукции ПРМП наблюдается возрастание Нпр (рис. 1а). Ширина зоны проплавления В при увеличении индукции линейно возрастает (рис. 16). Более глубокая и широкая зона проплавления пластины из стали 12Х18Н10Т, чем пластины из стали СтЗсп обусловлена различием теплофизических свойств этих сталей (прежде всего тем, что коэффициент теплопроводности нержавеющей стали меньше, чем у малоуглеродистой стали).
Вид макрошлифов зоны проплавления пластины из стали 12Х18Н10Т при СНЭ без воздействия и с воздействием ПРМП частотой 50 Гц приведен на рис. 2.
Авторы работы [1] воздействие ПРМП на проплавляющую способность дуги связывали с максимальным давлением дуги, которое наблюдалось не в осевой ее зоне. На наш взгляд такой подход не является корректным, поскольку в осевой зоне дуги при воздействии ПРМП наблюдалось существенное уменьшение газодинамического давления дуги, и даже иногда имело отрицательные значения. В этом случае целесообразно было связывать влияние глубины проплавления металла со средним значением этого давления по поперечному сечению дуги. В связи с этим в настоящей работе использованы средние по поперечному сечению дуги значения газодинамического давления, которые получали обработкой данных работы [3] по методике, приведенной в работе [4]. Полученные при этом данные приведены на рис. 3.
ПГТУ. д-р техн. наук, проф.
2ПГТУ, ст. препод.
3ОАО «Азовобщемаш», инж.
а?
ш
п»
ч
С
О &
Е
03
Ю ■
£
О 10 20 30 40 50 60 70 80 Индукция ПРМП В,. мТл а
10 20 30 40 50 60 70 80 Индукция ПРМП Д,, мТл б
Й) 2 ж
о
щ
т я
с;
о а
В 3 о
ей
¡я =
Рис. 1 - Влияние индукции ПРМП частотой 50 Гц на глубину Н„р (а) и ширину зоны проплавления В (б) при сварке вольфрамовым электродом пластин из стали 12Х18Н10Т (7) и СтЗсп (2)
в г
Рис. 2 - Макрошлифы зоны проплавления при СНЭ: а - без воздействия поля; б, в, г - с воздействием ПРМП, соответственно В: = 27, 50, 62 мТл
При сопоставлении зависимости Нпр =/ (/]-) с зависимостью среднего газодинамического давления дуги (рис. 3) заметен их сходный характер. Глубина проплавления металла обусловлена не характером радиального распределения давления дуги, а характером зависимости среднего давления дуги при изменении индукции ПРМП. Увеличение ширины зоны проплав-ления при увеличении индукции ПРМП (рис. 16) объясняется имеющим место при этом увеличением как видимого диаметра столба дуги, так и диаметра давления дуги, данные о которых приведены в работе [3]. Эти данные практически полностью совпадают.
Интерес представляет выяснение вопроса о том, как соотносятся значения газодинамического и металлостатического давлений слоя жидкого металла под дугой (высотой Н„р и плотностью 7,0 г/см1). Данные показали, что при сварке без ПРМП (В- = 0) среднее давление дуги составило 0,15 кПа, а металлостатическое - 0,098кПа, то есть последнее давление в 1,5 раза меньше первого. При сварке в ПРМП с индукцией В: = 20...30 мТл, когда наблюдается минимальная глубина проплавления основного металла, эти давления составляют величины соответственно 0,10 кПа и 0,084 кПа, то есть последнее давление меньше первого приблизительно в 1,2 раза. При максимальной индукции В: = 50 мТл ПРМП, когда глубина проплавления основного металла существенно возросла, эти давления соответственно составили величины 0,15 кПа и 0,098 кПа, то есть давление дуги вновь приблизительно в 1,5
раза больше металлостатического давления. Эти данные, полученные для способа сварки вольфрамовым электродом в аргоне, приблизительно соответствуют общепринятому в сварочной литературе положению, когда обсуждаются вопросы формирования глубины проплавления основного метала при дуговой сварке и наплавке плавящимся электродом.
о о
Ьей Й
0 г-
1 's I
в S и
52 °
г5 Я
- а
о о
О ц
Я Ш щ. св
и
0.151
/
\
- 2
Индукция ПРМП В , мТл
Рис. 3 - Влияние индукции ПРМП на среднее газодинамическое давление дуги: 1 - постоянное ПРМП; 2 - переменное частотой 50 Гц ПРМП
Однако, спецификой процесса СНЭ в аргоне является то, что для него характерно (ему присуще) наличие «избыточного давления дуги». Вероятно, что в формировании глубины проплавления основного метала при этом способе сварки «лимитирующими» (определяющими конечный результат) являются не только тепловые процессы (энергия, выделяющаяся в активном пятне дуги на изделии), но и среднее газодинамическое давление дуги.
Выводы
1. При сварке вольфрамовым электродом в аргоне без воздействия и с воздействием ПРМП среднее газодинамическое давление дуги в 1,2... 1,5 раза больше, чем металлостатическое давление в кратере ванны под дугой.
2. При сварке вольфрамовым электродом в аргоне с воздействием ПРМП изменения глубины проплавления основного металла соответствуют происходящим при этом изменениям среднего газодинамического давления дуги на сварочную ванну.
Перечень ссылок
1. Болдырев A.M. Влияние продольного магнитного поля на п р о п л а в л я ю щую способность дуги прямой полярности / A.M. Болдырев, В.А. Биржев // Сварочное производство. - 1982. -№4.-С. 10-11.
2. Сварка с электромагнитным перемешиванием / В.П. Черныш, В.Д. Кузнецов, А.Н. Брисклюн и др. - Киев: Техника, 1983. - 127с.
3. Размышляев А.Д. Влияние продольного магнитного поля на характеристики дуги при сварке неплавящимся электродом в аргоне / А .Д. Размышляев, М.В. Миронова, A.A. Дели II Автоматическая сварка. - 2008. -№3.-С.21-25.
4. Размышляев А.Д. Особенности проплавления основного металла при дуговой наплавке в продольном магнитном поле / АД. Размышляев, М.В. Миронова // Автоматическая сварка. -2008. - № 8. - С. 24 - 28.
Рецензент: В.И. Щетинина д-р техн. наук, проф., ПГТУ
Статья поступила 27.02.2009
