МЕЖДУНАРОДНЫЙ ИНЖЕНЕР-СВАРЩИК

Мелкокапельный перенос металла

Мелкокапельный перенос металла характеризуется каплями одинаковых малых размеров (близкими к диаметру электрода), отделяющихся от торца электрода с вы­сокой частотой (см. Рис. 1.8.9). Такой тип переноса обычно наблюдается при сварке MIG на обратной полярности в среде защитной смеси на базе аргона и при высоких напряжениях дуги. Главным условием для получения такого типа переноса является превышение током сварки определённого значения называемого критическим то­ком (/*р).

При повышении тока сварки до уровня 1кр размер капель постепенно снижается вместе с таким же постепенным ростом час­тоты перехода капель (Рис. 1.8.16). Однако после превышения уровня критического тока происходит резкое сокращение времени формирования капли до её отделения, что также приводит к соответствующему резком возрастанию частоты перехода капель. В этих условиях капли не успевают достигать больших размеров. Изображения района ду­ги показывают, что при этом дуга полностью охватывает каплю или, по крайней мере большую её половину (Рис 1.8.17, в, и Рис.

1.8.18, в, г), в то время как при крупнопанельном переносе ме­талла (Рис. 1.8.17, 6 и Рис. 1.8.18, а), или переносе с короткими за­мыканиями (Рис. 1.8.17, а), дуга охватывает только небольшую часть в нижней части капли. Как

было показано выше, в случае Рис. 1.8.17 Размеры и положение активного пятна

на каппе при переносе с короткими замыканиями мелкокапельного переноса пло - крупнокапельном (6) и мелкокапельном (в)

щадь активного пятна на капле (v1f_ 46 v5f_ 130в 595)

больше, чем площадь поперечного сечения электрода, и осевая составляющая электромагнитной силы меняет своё направление, становясь силой способствующей отделению капли.

Значение критического тока зависит, главным образом, от материала и диамет­ра электрода, вылета электрода и типа защитного газа (Табл. 1.8.2). Защитными ат­мосферами, которые обеспечивают мелкокапельный перенос металла, являются смеси богатые на аргон с низким содержанием кислорода и С02, в частности, со­держание последнего не должно превышать 20%. По мере повышения содержания С02 значение критического тока возрастает (см. Табл. 1.8.2), что наблюдается до. примерно. 30% С02, после чего мелкокапельный перенос металла обычно не дости­гается.

Добавки 02 к аргону сначала снижают ток пока его содержание не достигнет 5%, после чего, однако, наблюдается рост значения 1^. Азот и гелий также ухудшают условия достижения мелкокапельного переноса. Например, этот тип переноса на­блюдался при сварке малоуглеродистой проволокой в тройной защитной атмосфере Аг-Не-2%02 при содержании гелия до 75%. но не был достижим применительно к смеси Не-2%02 в отсутствии аргона.

Нанесение (напыление) на проволоку элементов с низким потенциалом иони­зации способствует получению мелкокапельного переноса, даже в случае сварки MAG в среде чистого С02 или в случае сварке MIG на прямой полярности. В послед­нем случае, мелкокапельный перенос достигается также при увеличении давления

окружающей среды. Увеличение вылета электрода оказывает незначительное воз­действие на значение критического тока, с тенденцией к его понижению.

Малоуглеродистая электродная провопока диаметром 1.0 мм, Vnnp = 8,6 м/мин. защитный газ Аг+5%02

Электромагнитная сила, имеющая квадратичную зависимость от тока, оказыва­ет решающее воздействие на переход капель электродного металла При сварке на

токах выше критических она легко преодолевает силы препятствующие отделению

капли, т. е., силу поверхностного натяжения и результирующую реакции потока паров с поверхности капли. Капли просто принудительно срываются этой силой с торца электрода и посылаются с большой скоростью в сторону ванны (откуда возник анг­лийский вариант названия этого типа переноса - Spray Projected Transfer). Траекто­рия полёта капель совпадает с линией оси электрода каким бы не был угол его на­клона (см. Рис. 1.8.9 и 1.8.19).

Таким образом, мелкокапельный перенос металла может быть реализован в любом пространственном положении. Однако, в связи с тем, что этот тип переноса требует использования высокого тока сварки, приводящего к высокому тепловложе - нию и большой сварочной ванне, он может быть применён топько в нижнем положе­нии и не приемлем для сварки тонколистового металла. Его используют для сварки и заполнения разделок металла больших толщин (обычно более 3 мм толщиной), в первую очередь при сварке тяжёлых металлоконструкций и в кораблестроении.

Главными характеристиками процесса сварки с мелкокапельным переносом являются: высокая стабильность дуги, практическое отсутствие разбрызгивания, умеренное образование сварочных дымов, хорошая смачиваемость кромок шва и высокое проплавление, гладкая и равномерная поверхность сварного шва, возмож­ность ведения сварки на повышенных режимах и высокая скорость наплавки. Изме­нения напряжения дуги, тока сварки, звука и интенсивности светового излучения, вызываемые переносом металла, также достаточно низки по сравнению с двумя другими типами переноса описанными выше. Благодаря этим достоинствам мелко­капельный перенос металла является всегда желательным там, где его применение возможно, однако, он требует строгого выбора и поддержания параметров процесса сварки.

Мелкокапельный перенос металла послужил базой для разработки способа управления переносом металла с использованием импульсов тока, реализованного в виде ИДС, и идея которого состояла в получении мелкокапельного переноса ме­талла при среднем токе сварки ниже критического. Более подробно о процессе ИДС речь идёт в этом Разделе ниже.

По мере повышения тока сварки мелкокапельный перенос переходит в струй­ный и затем в струйный с вращением, которые описаны ниже. Капля начинается формироваться на торце электрода. Частота переноса капель при сварке с короткими замыканиями лежит в пределах от 20 до 200 капель в секунду

Благодаря низким режимам сварки, а также тому факту, что в течение части времени дуга не горит, тепловложение в основной металл при сварке с короткими замыканиями ограничено. Эта особенность процесса сварки с короткими замыка­ниями делает его наиболее подходящим для сварки тонколистового металла Сва­рочная ванна малых размеров и короткая дуга, ограничивающая чрезмерный рост капель, обеспечивают лёгкое управление процессом и позволяют осуществлять сварку во всех пространственных положениях включая потолочное (Рис. 1.8.11). В случае использования этого процесса для сварки металла больших толщин могут наблюдаться подрезы и отсутствие проплавления.

Этим объясняются трудности сварки процессом MIG с короткими замыканиями алюминия и его сплавов, так как высокая теплопроводность этих материалов приво­дит к быстрому охлаждению и кристаллизации сварочной ванны, затрудняя рас­плавление основного металла и приводя к захвату газов в металле шва (порождая пористость).

Перенос с короткими замыканиями может использоваться как для процесса MIG (с защитной атмосферой на основе инертных газов), так и для процесса MAG (с за­щитной смесью на основе СОг). Однако, если первый процесс может быть реализо­ван с любым типом переноса металла представленного на Рис. 1.8.9, то для процес­са сварки MAG перенос с короткими замыканиями является основным. Этот тип пе­реноса при сварке в среде СОг имеет случайный характер, выраженный в неста­бильности времени короткого замыкания и интервала между короткими замыкания Перенос металла взрывного типа

Перенос металла взрывного типа имеет место, когда в результате химических реакций высокоактивных компонентов, находящихся в электродной проволоке, внут­ри формирующихся капель образуются газовые пузыри, которые растут сливаясь один с другим и, в дальнейшем, взрываются из-за перегрева газа внутри них, разру­шая каплю. Такой тип переноса наблюдается, как правило, при ис­пользовании проволок изготовленных из алюминиевых сплавов (содержащих маг­ний). Совершенно очевидно, что этот тип переноса сопровождается образованием большого числа мелких брызг и нарушениями стабильности протекания процесса сварки, из-за чего он является нежелательным при сварке MIG/MAG.