Шунтирование тока при точечной сварке, влияние на качество сварного соединения, причины шунтирования.

При сварке иногда часть тока I_ш, подводимого к электродам, протекает в деталях, минуя зону сварки. Это явление называется шунтированием тока. При стыковой сварке шунтирование наблюдается в детали, имеющей замкнутый контур (рис., а). При сварке последовательно ряда или группы точек шунтирование тока происходит через ранее полученные точки (рис., б) или через случайные контакты между деталями или между деталью и боковой (не рабочей) поверхностью электрода. В связи с этим в зоне сварки протекает ток недостаточной величины, в результате литое ядро полученной точки будет уменьшенных размеров,это также приводит к повышению температуры в контакте электрод-деталь и скорости износа электрода.

Минимальный шаг t_ш точек, приведенный в табл. 1, установлен из условия, что для дальнейшего уменьшения его и сохранения размеров литого ядра требуется повышение тока для компенсации шунтирования тока в соседние точки.

Шунтирование тока имеет место и при шовной сварке. Вследствие особенностей шовной сварки (несмотря на малый шаг точек шва) ток шунтирования не превышает 15% сварочного тока. При сварке герметичного шва размеры литой зоны второй и последующих точек меньше, чем первой точки, полученной без шунтирования тока.

Общий ток в сварочной цепиIц, равен сумме сварочного тока Iсв и тока в шунте Iш. Следовательно, сварочный ток будет уменьшаться на величину тока шунтирования:Iсв= Iц– Iш.

Ток шунтирования через ранее сваренную точку можно рассчитать по формуле:Iш = Iсв × rзс/rш. (rзс и rш электрическое сопротивление зоны сварки и шунта).

Токи шунтирования обычно снижаются в процессе сварки за счет нагрева шунта и снижения rзс. Также при шовной сварке герметичных соединений из-за повышенной температуры предыдущей точки токи шунтирования весьма ограниченны, особенно при большой скорости и непрерывном вращении роликов.

Для каждой толщины и марки металла обычно выбирают минимальное значение tш.  При этом принимают, что если tш>tш.min, то Iш< 0,05 Iсв и шунтирование практически не влияет на электрическое поле и размеры ядра. Обычно значение tш.min задают не менее 3dэ.

Источники для плазменной сварки

Плазменная сварка – это сварка с помощью направленного потока плазменной дуги. Имеет много общего с технологией аргонной сварки.

Общепринятые обозначения -PAW – Plasma Arc Welding – сварка плазменной дугой

Технология плазменной сварки. Плазмой называется частично или полностью ионизированный газ, состоящий из нейтральных атомов и молекул, а также электрически заряженных ионов и электронов. В таком определении обычная дуга может быть названа плазмой. Однако по отношению к обычной дуге термин «плазма» практически не применяют, так как обычная дуга имеет относительно невысокую температуру и обладает невысоким запасом энергии по сравнению с традиционным понятием плазмы.

Рисунок. Схема процесса плазменной сварки

Для повышения температуры и мощности обычной дуги и превращения ее в плазменную используются два процесса: сжатие дуги и принудительное вдувание в нее плазмообразующего газа. Схема получения плазменной дуги приведена на рисунке выше. Сжатие дуги осуществляется за счет размещения ее в специальном устройстве – плазмотроне, стенки которого интенсивно охлаждаются водой. В результате сжатия уменьшается поперечное сечение дуги и возрастает ее мощность – количество энергии, приходящееся на единицу площади. Температура в столбе обычной дуги, горящей в среде аргона, и паров железа составляет 5000–7000°С, в плазменной дуге достигает 30 000°С.

Рис. 1.6. Плазменные горелки (плазматроны) прямого (а) и косвенного (б) действия: 1 — вольфрамовый электрод, 2 — изоляционная втулка, 3 — сопло, 4 — сжатая дуга, 5 — заготовка

Т.о.сжатую дугу, используемую для сварки, получают в плазматронах прямого или косвенного действия (см. рис. 1.6). Сварку металлов обычно выполняют с помощью первых, принцип действия которых основан на горении дуги между неплавящимся вольфрамовым электродом и свариваемыми заготовками. Сжатая дуга обладает высокой устойчивостью и широким диапазоном технологических свойств. Столб дуги и струя плазмы имеют цилиндрическую форму, поэтому изменение дугового промежутка практически не влияет на площадь пятна нагрева, что дает возможность стабилизировать проплавление основного металла. Питание дуги осуществляется от источника тока - переменного или постоянного прямой полярности. Дуга возбуждается с помощью осциллятора. В плазматрон одновременно подаются два независимых потока газов - плазмообразующего и защитного. Плазмообразующим газом служит аргон и др., а защитным - аргон, гелий, углекислый газ или смеси газов.Плазмообразующий газ нагревается дугой, ионизируется и в результате теплового расширения увеличивается в объеме в 50–100 раз. Это заставляет газ истекать из канала сопла плазмотрона с высокой скоростью. Кинетическая энергия движущихся ионизированных частиц плазмообразующего газа дополняет тепловую энергию, выделяющуюся в дуге в результате происходящих электрических процессов. Поэтому плазменная дуга является более мощным источником энергии, чем обычная.

Основными чертами, отличающими плазменную дугу от обычной, являются: более высокая температура;меньший диаметр дуги; цилиндрическая форма дуги (в отличие от обычной конической); давление дуги на металл в 6–10 раз выше, чем у обычной;

Экзаменационный билет 15.

1. Скорость охлаждения металла в термическом цикле сварки и ее влияние на свойства сварного соединения. Оценка процесса охлаждения металла по показателю t_8/5 – времени охлаждения в диапазоне 800 – 500^оС для свариваемых конструкционных сталей.

Одним из основных параметров, определяющих форму термического цикла и его воздействие на металл является скорость охлаждения.

Скорость охлаждения металла в термическом цикле сварки играет исключительно важную роль в формировании конечной структуры металла шва и зоны термического влияния и, как следствие, свойств всего сварного соединения. Из практики обычной термической обработки известно, что путем регулирования скорости охлаждения нагретого до различных температур металла можно коренным образом изменять его структуру и механические свойства. В частности, при быстром охлаждении в воде или масле получают металл с закаленной структурой, имеющей высокую прочность и низкую пластичность, при медленном охлаждении - металл с отожженной структурой и пониженными прочностными свойствами. Родственные процессы с подобными результатами имеют место и при сварке. Так, высокие скорости охлаждения при сварке ряда марок сталей способны приводить к появлению в ЗТВ закалочных структур, существенному снижению вязкости металла и даже к образованию холодных трещин. Чрезмерно низкие - к перегреву металла и общему понижению эксплуатационных характеристик. Поэтому скоростью охлаждения металла при сварке нужно и можно управлять.

Мгновенную скорость охлаждения металла ω, °С/с, т.е. скорость охлаждения при заданной температуре или в данной точке термического цикла при однопроходной сварке стыковых соединений пластин, можно вычислить по формуле: ω = -2πλС_рδ² (Т - Т_н)³ / (q/V_св)².

Знак минус показывает, что происходит остывание металла.

Поскольку у большинства конструкционных сталей фазовые превращения при остывании в процессе сварки происходят в интервале температур 800-500°С, для оценки скорости охлаждения металла в термическом цикле сварки часто используют время охлаждения в диапазоне температур 800-500°С. Такой подход является более корректным еще и по той причине, что нисходящая часть кривой термического цикла носит не прямой, а экспоненциальный характер, вследствие чего мгновенная скорость охлаждения по ходу кривой не является неизменной и постоянно меняется. Время охлаждения металла шва и ЗТВ при однопроходной сварке пластин малой и средней тол

где k - коэффициент приведения, учитывающий различные условия теплоотвода стыковых и угловых швов от расплавленного металла в основной металл. Для стыковых швов k=1,0; для угловых швов, форма которых способствует более интенсивному теплоотводу и, как следствие, повышению скорости охлаждения металла k =0,5-0,7. При ручной дуговой сварке стали без подогрева время охлаждения металла составляет порядка 1-10 с.