Внешнее магнитное поле и дуга
Внешнее магнитное поле по отношению к оси столба дуги может быть продольным либо поперечным. Все промежуточные случаи могут быть сведены к этим двум.
Продольное внешнее магнитное поле. Направление продольного внешнего магнитного поля совпадает с направлением электрического поля, поэтому на дрейфовое движение заряженных частиц магнитное поле влиять не будет. Однако электроны и ионы
обладают еще скоростью хаотического теплового движения и скоростью амбиполярной диффузии.
Магнитное поле с магнитной индукцией В искривляет траекторию заряженной частицы и заставляет ее двигаться с угловой скоростью так называемой циклотронной, или ларморовской, частотой, равной, например для электрона:
со=—, (2.96)
те
по спирали с ларморовским радиусом г (см. (2.89), (2.90)).
Для электрона со = 1,7-1011 с 1 при В = 1 Тл. Он вращается по часовой стрелке, если смотреть по направлению поля, и его скорость образует с вектором В правовинтовую систему. Положительный ион массой от, вращается в обратном направлении с частотой, выражаемой формулой (2.96), в которой нужно те заменить на от, .
При движении по окружности путь / частиц между двумя соударениями в среднем такой же, как и при отсутствии магнитного поля. Но длина свободного пробега А измеряется по прямой, т. е. по хорде, стягивающей дугу окружности радиусом г. Значит, пробег А уменьшается, что равносильно увеличению давления газа Др. Отношение Др/р пропорционально квадрату магнитной индукции поля В2, но для обычных сварочных режимов оно невелико.
В обычных сварочных дугах при атмосферном давлении наибольшее влияние продольное внешнее магнитное поле оказывает на скорости диффузии ионов и электронов, которые направлены по радиусу от центра дуги к периферии, туда, где меньше их температура и концентрация (рис. 2.39, а). В связи с тем, что скорости диффузии электронов и ионов в квазинейтральном столбе дуги равны (ve ~ Vi), а масса электрона те значительно меньше массы иона от„ импульсы, передаваемые нейтральным частицам от ионов, будут в тысячи раз больше, чем от электронов. Поэтому плазма столба дуги придет во вращательное движение, соответствующее движению ионов в магнитном поле. Столб дуги будет вращаться против часовой стрелки, если смотреть по направлению
поля В.
ІУГУ'У,
|
Гїі ЯтЕ |
|
В п |
|
© 41 •г 1 |
|
^соб 0 0 0 |
|
© |
|
ж |
|
<► + |
|
Рис. 2.40. Действие поперечного внешнего магнитного поля на дугу |
|
а б Рис. 2.39. Действие продольного внешнего магнитного поля на дугу (а) и схема соленоида для создания продольного магнитного поля (б) Угловая скорость вращения столба дуги будет максимальной в тех его участках, где наибольшие скорости диффузии. Действие электрического поля, которым пренебрегаем в рассуждениях, приводит к появлению осевой составляющей вектора скорости, и заряженные частицы начинают двигаться по спирали. Продольное магнитное поле получают с помощью соленоида (рис. 2.39, б) и используют для придания дуге большей жесткости и устойчивости. Воздействие продольного внешнего магнитного поля несколько повышает температуру в центре столба дуги в свя- VqH2 зи с тем, что появляется магнитное давление рм = —----------------------- , которое, 8я как указано в разд. 2.7.1, уравновешивается термическим давлением рт = пкТ. Поперечное внешнее магнитное поле. При воздействии поперечного внешнего магнитного поля целесообразно рассматривать дугу как проводник с током. При наложении поперечного внешнего магнитного поля на собственное магнитное поле дуги в сварочном контуре может произойти отклонение дуги в ту или другую сторону (рис. 2.40). В той части сварочного контура, где силовые линии Всоби Впоп совпадают, создается избыточное магнитное давление и дуга отклоняется в сторону более слабого поля. Воздействуя поперечным |
|
а б Рис. 2.41. Схема сварки под флюсом: а - без воздействия на дугу магнитным полем; 6-е наложением поперечного |
|
Н |
магнитного поля
внешним магнитным полем на дугу и сварочную ванну расплавленного металла при сварке под флюсом, можно, например, изменить формирование сварного шва (рис. 2.41). На металл сварочной ванны действуют объемные силы Ґ, пропорциональные согласно уравнению (2.88) векторному произведению плотности тока j и
индукции магнитного поля В. Под действием этих сил металл стремится «подтечь» под дугу (рис. 2.41, б), чему также способствует отклонение дуги, и глубина проплавления уменьшается. Изменив направление внешнего магнитного поле на противоположное, можно увеличить глубину проплавления.
Если использовать переменное поперечное внешнее магнитное поле, то дуга постоянного тока будет колебаться в обе стороны от положения равновесия с частотой изменения напряженности внешнего поля. Этот технологический прием получил название «метелка» и применяется, например, при сварке труб в трубную доску.
