Parametry wpływające na przenoszenie metalu

Parametry, które mogą znacząco wpłynąć na sposób przenoszenia metalu, mogą obejmować: 1. Spawanie źródła prądu 2. Biegunowość elektrody 3. Gaz osłonowy 4. Powłoki emisyjne 5. Miejsce spawania.

Parametr nr 1. Źródło prądu spawania:

Źródło prądu spawania prądem stałym jest najprostsze pod względem wpływu na wzrost i oderwanie kropli od wierzchołka elektrody. Po każdym oderwaniu stopiony metal zaczyna ponownie rosnąć na czubku, tworząc nową kropelkę. W zależności od długości, prądu spawania i wielkości elektrody, jeziorka przenoszące metal są umieszczane w trybie zwarciowym, globularnym lub natryskowym, a proces ten jest powtarzany wiele razy na sekundę.

Proces przenoszenia metalu można badać w znacznym stopniu poprzez rejestrację przebiegów napięcia i prądu podczas spawania. W przypadku źródła zasilania prądem stałym, przerwę w obwodzie otwartym lub brak napięcia obciążenia jest prostą linią prostą, która zmienia się wraz ze zmianą wielkości kropli, a bieżący stan przejściowy ma na niej odpowiedni przeciwny efekt, jak pokazano na rys. 6.3.

Podczas spawania ze źródłem prądu prostowniczego prądu stałego, przejściowy przebieg napięcia ma nieodłączne, choć nieznaczne, wahania jego wartości, które pozostają nałożone na główny składnik prądu stałego. Tranzystor prądu spawania ma również odpowiednie zmarszczki pokazujące regularne, choć nieznaczne, zmiany jego wielkości, jak pokazano na ryc. 6.4.

Ta niewielka fluktuacja może mieć wpływ na wzrost kropli na wierzchołku elektrody, co może prowadzić do nieco wolniejszego wzrostu kropli niż wynika z wielkości szczytowego prądu.

W przypadku źródła prądu spawania AC, łukowe napięcia i przebiegi prądu są regularnymi falami sinusowymi, a zatem znacząco wpływają na wzrost i oderwanie kropelki, jak pokazano na Rys. 6.5. Ze względu na 50-procentowy czas utracony w cyklu chłodzenia oczywistym jest, że aby uzyskać taką samą szybkość wzrostu kropli, jak przy spawaniu prądem stałym, ustawienie napięcia i prądu łuku musi być ustawione na wartości wyższe niż dla źródła prądu stałego.

W przypadku spawania ze źródłem prądu spawania prądem pulsacyjnym wzrost kropli jest określany przez prąd tła, podczas gdy odłączanie jest ułatwione przez nagły wzrost prądu w postaci impulsu, który nie tylko przyspiesza tempo narastania kropli, ale także zapewnia lepsze elektro - efekt szczypta magnetyczna i mocniejszy strumień plazmowy o większej prędkości, powodujący jego oderwanie w pożądanym momencie.

Parametr nr 2. Biegunowość elektrody:

Więcej ciepła generowane jest na anodzie z powodu jego bombardowania elektronami emitowanymi z katody. Szybkość topnienia jest zatem wyższa, jeśli elektroda jest dodatnia. Efekt ten jest wykorzystywany przez uczynienie elektrody ulegającej zużyciu, jak w GMAW, dodatnie, podczas gdy elektroda nie zużywająca się, jak w GTAW, PAW i spawanie węglowe są sprowadzane, aby uniknąć nadmiernego ogrzewania i parowania.

Z elektrodą dodatnią i długim łukiem powierzchnia anody zwykle kurczy się do dolnego końca wierzchołka elektrody, a nagrzewanie anody staje się w tym punkcie skoncentrowane. Prowadzi to do bardzo wysokiego lokalnego ogrzewania, a w konsekwencji do bardzo wysokiej średniej temperatury w metalowych kropelkach.

Kiedy długość łuku staje się krótsza, plazma rozprzestrzenia się wzdłuż boku elektrody, a anoda zajmuje dużą powierzchnię, co powoduje bardziej równomierne nagrzewanie elektrody. To równomierne i umiarkowane nagrzewanie powierzchni elektrody zwiększa określoną szybkość topienia, ale stop jest mniej przegrzany. W ten sposób zwiększa się częstotliwość przenoszenia metalu.

Gdy elektroda ulegająca zużyciu jest ujemna, zwykle prowadzi to do niezadowalającego transferu metalu. Wynika to głównie z powstawania ruchomej katodowej plamki, która może prowadzić do regularnego migotania łuku, prowadząc do zwiększonego rozprysku i mniejszej szybkości topienia.

Ilość rozprysków, wielkość kropel i niestabilność transferu jest na ogół większa, gdy elektroda jest ujemna. Dzieje się tak dlatego, że katodę należy formować od nowa po każdym oderwaniu. Należy również pamiętać, że plama katodowa ma dużą skłonność do podążania za zarysowaniami lub nieciągłościami, jeśli takie istnieją, na powierzchni elektrody.

Parametr nr 3. Gaz osłonowy:

W GMAW gaz osłonowy może znacząco wpłynąć na sposób przenoszenia metalu. Argon zapewnia osiowy tryb rozpylania, który przy wysokich prądach może prowadzić do penetracji "palca".

Hel, choć obojętny jak argon, nie wytwarza osiowego rozpylania, ale zamiast tego powoduje transfer globularny. Prowadzi to do szerszej penetracji. Jednak przeniesienie natrysku z osłoną helową można osiągnąć przez zmieszanie z nim argonu. Hel o 20 do 25% argonu zapewnia przenoszenie rozpyłowe, co prowadzi do pożądanego kształtu kulki.

Aktywne gazy, takie jak CO2 i azot, również nie mogą osiągnąć transferu natryskowego, chyba że zostaną przyjęte inne środki. W spawaniu CO ₂ przenoszenie metalu jest zwykle bardzo niesatysfakcjonujące przy długiej lub nawet średniej długości łuku.

Nadmierne odpryski powstające w wyniku tak zwanego odpychającego trybu przenoszenia są rozwiązywane tylko przez zakopanie łuku w jeziorku spawalniczym poprzez przyjęcie transferu zanurzeniowego. Podobna obróbka jest wymagana do spawania miedzi z osłoną azotową i mieszanin Ar-N ₂ dla stopów aluminium.

Parametr nr 4. Powłoki emisyjne:

Powłoki emisyjne ograniczają korzeń łuku katody do wierzchołka elektrody i tworzą symetryczne warunki przepływu ciepła wzdłuż osi elektrody. Przenoszenie metalu jest wówczas rzutowanym rodzajem rozpylania.

Powłoki emisyjne są stosowane w celu poprawy trybu przenoszenia metalu, gdy używana jest ujemna polaryzacja elektrody. Na przykład, umyte powłoki z mieszanek tlenku wapnia i tytanu na drutach stalowych mogą poprawić przenoszenie metalu w stopniu możliwym do osiągnięcia przy elektrodzie dodatniej. Przenikanie metalu jest znacznie poprawione przez osadzanie na powierzchni drutu małych ilości związków cezu i rubidu. Stwierdzono również, że te związki stabilizują napięcie akustyczne.

Przenoszenie metalu za pomocą spawania CO2 jest znacznie ulepszone przez dodanie do drutu spawalniczego związków metali alkalicznych, takich jak cez i sód.

Stwierdzono jednak, że szybkość wypalania elektrody spada przy użyciu powłok emisyjnych. Zostało to przypisane temu, że spadek katody w przypadku metali nieżelaznych jest zwykle uważany za pewną funkcję potencjału jonizacji oparów metalu w kontakcie z powierzchnią katody, a metale emisyjne mają niższe potencjały jonizacji niż żelazo.

Powłoka węglanów potasu i cezu powoduje rozprowadzanie natryskowe stali miękkiej w procesie spawania CO2 z elektrodą ujemną, ponieważ powoduje emisję termiczną, a tym samym zmniejsza spadek katody. W tym celu łuk wspina się po elektrodzie, aby uzyskać wymaganą gęstość emisji o małym natężeniu, a tym samym osiąga się geometrię łuku dla formowania strumienia plazmy.

Parametr # 5. Miejsce spawania:

Pozycja spawania może wpływać na sposób przenoszenia metalu, w szczególności na transfer globularny, ze względu na zmienioną rolę grawitacji dla każdej pozycji. Podczas gdy w spawaniu napowietrznym rola grawitacji jest całkowicie odwrócona i przeciwstawia się odrywaniu i rzutowaniu kropli w kierunku jeziorka spawalniczego; w pozycji pionowej i poziomej grawitacja pomaga w obniżeniu kropli kropli. Przenikanie globularne ma zatem charakter dynamiczny, ponieważ położenie spawania zmienia się z położenia spoczynkowego w dół do dowolnego innego położenia spawania.

Przy przenoszeniu natrysku drobne metalowe kropelki są puszczane w kierunku jeziorka spawalniczego zgodnie z osią elektrody, rola grawitacji jest mniej dominująca, dzięki czemu osiąga się sukces transferu. Podobnie, w trybie zwarcia, metal jest zasysany przez jeziorko spawalnicze w czasie mostkowania, co czyni go skutecznym sposobem przenoszenia nawet w przypadku spawania górnego, w szczególności z elektrodami o małej średnicy.

Ogólnie można powiedzieć, że pożądane przenoszenie metalu jest trudne do osiągnięcia w zgrzewaniu pozycyjnym ze względu na zmienioną rolę grawitacji, a to może prowadzić do niższej wydajności osadzania, a w konsekwencji większej straty w postaci odprysków.