Siły wpływające na przenoszenie metalu
Ten artykuł rzuca światło na cztery główne siły, które wpływają na transfer metalu. Siły są następujące: 1. Grawitacja (F g ) 2. Napięcie powierzchniowe (F s ) 3. Efekt szczypienia elektromagnetycznego (F p ) 4. Siła przeciągania (F d ).
Siła # 1. Grawitacja (F g ) :
Grawitacja jest siłą odrywającą, gdy elektroda jest skierowana w dół, tak jak przy spawaniu w dół, oraz siłą zatrzymującą, gdy jest skierowana do góry, tak jak w przypadku spawania górnego.
Numerycznie jest równy masie rozłączającej się stopionej kropelki i wyraża się:
Siła # 2. Napięcie powierzchniowe (F s ):
Napięcie powierzchniowe ma tendencję do zatrzymywania stopionej kropli na wierzchołku elektrody, a jej wielkość w momencie oderwania kropelek pod własnym ciężarem wynika z wyrażenia:
f (r / c) jest złożoną funkcją mającą wartość od 0, 6 do 1, 0 w zależności od relacji między r i c.
W przypadku metali zwykłych przybliżoną wartość funkcji można obliczyć na podstawie następujących zależności:
gdzie r jest w cm.
Alternatywnie, Fs jest uważane za proporcjonalne do masy kropli o maksymalnym rozmiarze (mh) zawieszonej na końcówce elektrody przed oderwaniem, tj.
F s = mh. g ... .. (6.6)
Jednak znacznie łatwiej jest określić masę tej części kropelki, która się odrywa (md) i istnieje empiryczna zależność między m d i m h .
Również m d / m h może zostać wykreślone jako funkcja r / c, czyli:
Siła # 3. Efekt szczypienia elektromagnetycznego (F p ):
Kiedy prąd elektryczny jest prowadzony przez stożkowy przewodnik, taki jak łuk spawalniczy, działają w nim siły osiowe, które są skierowane od małego przekroju do większego. Powoduje to ustawienie strumienia plazmy pod warunkiem, że prąd ma wystarczającą wielkość. Ponadto, gdy przewód przenoszący prąd jest pod wpływem własnego pola magnetycznego, powstają promieniowe siły ściskające, które wytwarzają ciśnienie wewnątrz przewodu. Połączony efekt tych sił jest siłą odrywającą działającą na stopioną kropelkę na krawędzi elektrody i jest określany jako efekt zaciskania.
Ten efekt ściśnięcia można również wyjaśnić na podstawie tego, że prąd elektryczny przepływający w tym samym kierunku w równoległych przewodach powoduje przyciąganie między nimi siły. Jeżeli elektroda jest uważana za składającą się z szeregu cylindrycznych przewodów o różnych średnicach z jedną wewnątrz drugiej, to na podstawie przepływu prądu w równoległych przewodach elektroda doświadcza siły ściskającej.
Siła ta praktycznie nie ma żadnego wpływu na stałą elektrodę, ale powoduje znaczny wpływ na odrywanie stopionej kropli od wierzchołka elektrody i jest określana jako siła Lorentza lub siła elektromagnetyczna ucisku.
Siła ta w danej odległości r od osi elektrody określona jest przez wyrażenie:
Z równania 6.9 wynika, że maksymalne i minimalne ciśnienia wywierane przez elektro-magnetyczne działanie szczypnięcia będą na osi i powierzchni przewodnika odpowiednio o następujących wielkościach:
Tak więc, na siatce występuje siatka elektromagnetyczna siłą, która odrywa ją od końcówki elektrody.
Wielkość tej siły można określić w następujący sposób:
Force # 4. Drag Force (F d ):
Siła oporu spowodowana przepływem gazu wokół kropli pomaga w odłączeniu kropli od końcówki elektrody. Na wielkość tej siły może wpływać ilość przepływu gazu w GMAW lub w ograniczonym zakresie ilość gazów wytwarzanych z powłok w SMAW. W zależności od rodzaju przenoszenia metalu strumień plazmy może również uzupełniać opór na kropli. Role odgrywane przez różne siły w odłączaniu stopionego łuku kropelkowego przedstawione na Rys. 6.1.
Aby określić wielkość różnych sił działających na kropelkę, bardzo wygodnie jest to zrobić w przypadku spawania plazmowo-MIG, ponieważ łuk plazmowy i łuk MIG są oddzielne i mogą być sterowane niezależnie od siebie.
Dzięki takiemu układowi możliwe jest zmienianie prądu matrycy w drutu spawalniczym MIG, a zatem siły elektromagnetyczne działające na kropelkę mogą zmieniać się od zera do maksimum możliwego do uzyskania. Możliwe jest również zmienianie siły oporu na kropli poprzez zmianę prędkości przepływu plazmy.
Siłę napięcia powierzchniowego Fs można określić mierząc masę kropelki przy prądzie zerowym bez przepływu gazu. Siła elektromotoryczna może być uzyskana najpierw mierząc masę pojedynczej kropelki jako funkcję przepływu gazu z prądem przechodzącym przez drut.
Siły elektromotoryczne F p mogą być uzyskane z danych dla I ≠ 0:
F p = F s - (F g + F d ) .......... (6.13)
Ta siła elektromotoryczna jest ujemna dla niskiej wartości prądu, jednak powyżej około 25A zwiększa się mniej więcej proporcjonalnie do prądu.
W zależności od siły netto działającej na kroplę w świetle wielkości prądu spawania, napięcia powierzchniowego, siły oporu, roli grawitacji i długości łuku osiąga się określony sposób przenoszenia metalu, który określa jakość zgrzeiny matrycy.
