РЕГУЛЮВАННЯ ЕНЕРГІЇ ЩО ВВОДИТЬСЯ У ЗВАРЮВАЛЬНУ ВАННУ ПРИ ОДНОСТОРОННЬОМУ ЗВАРЮВАННІ

Анотація

Енергія, яка вводиться дугою у зварювальну ванну, визначає тепловкладення,
електричний опір, розтікання струму, магнітне поле і тиск, формування швів та ударну
в'язкість зварних з'єднань. Дуга збуджується при закороченнні чи в місці меншої відстані між
електродами. Дуга прагне горіти при низькій напрузі, тому переміщається торцем
електрода. Струм тече шляхом найменшого опору. При закороченні електрода на виріб дуга
збуджується в результаті емісії електронів з поверхні катода, який забезпечує регенерацію
зарядів.
При електродуговому зварюванні створюється магнітне поле дуги і струму, що тече
виробом. Магнітне поле дуги створює пінч-ефект, що зменшує діаметр дуги до 10-6 м,
підвищує щільність струму до 1011 А/м2 і стабільність горіння дуги. Магнітне поле струму,
що тече виробом, створює поперечне магнітне поле, під дією електромагнітної сили якого
дуга відхиляється у бік меншого поля, протилежну струмопідводу, до обриву. Стабільність
процесу та формування швів порушується. Підвищення швидкості зварювання обмежене
утворенням підрізів, які є концентраторами напруг і знижують ударну в'язкість зварних
з'єднань.
Розроблено електромагнітну теорію утворення підрізів, згідно з якою, при підвищенні
швидкості зварювання підрізи утворюються під дією магнітного поля дуги, внаслідок
посилення охолодження та зменшення діаметра дуги, підвищення індукції, магнітного тиску
та посилення пінч-ефекту. Дуга концентрується, зменшується тепловкладення, знижується
електричний опір та збільшується струм, через бокові кромки ванни. В результаті, зростає
спрямований вниз магнітний тиск, під дією якого рідкий метал стікає з кромок ванни, що
призводить до утворення підрізів. На основі електромагнітної теорії утворення підрізів, для
поліпшення формування швів при односторонньому високошвидкісному зварюванні, за
рахунок регулювання енергії та магнітного поля, розроботлено спосіб одностороннього
зварювання складовим електродом, з дротом всередині U–подібної стрічки, прямолінійні
ділянки якої розташовуються попереду дроту, в напрямку зварювання. На прямолінійних
ділянках стрічки дуга переміщається
торцем електрода попереду дроту, вздовж
зварювальної ванни, збільшує тепловкладння в бокові кромки ванни, що підвищує електричний
опір, зменьшує струм, спрямований вниз магнітний тиск у бокових кромок і попереджує
утворення підрізів. Розроблено математичну модель джерела тепла, для чого складовий
електрод представлений як складне джерело теплоти. Дуга, що горить в області дротяного
електрода та забезпечує повне проплавлення при односторонньому зварюванні, є лінійним
джерелом теплоти. Дуга, що горить на прямолінійних ділянках стрічки і проплавляє
приблизно 30% товщини основного металу, відповідно до значень безрозмірних критеріїв, є
поверхневим джерелом кінцевої ширини. Складовий електрод можна уявити, як сукупність
трьох джерел тепла: одного лінійного на осі та двох поверхневих кінцевої ширини у бокових
кромок ванни.
Розроблено спосіб одностороннього високошвидкісного зварювання, який, за рахунок
регулювання енергії і магнітного поля складовим електродом, запобігає утворенню підрізів.
На дроті і прилеглих ділянках зігнутої стрічки утворюється дуга, що обертається. Площа, якою переміщається дуга, збільшується, тиск дуги зменшується, що забезпечує якісне
формування швів, одностороннє зварювання на флюсовій подушці, незалежно від зазора в
стику, збільшення швидкості зварювання та кристалізації, подрібнення мікроструктури,
скорочення міжатомної відстані, підвищення міжатомних зв'язків та ударної в'язкості
зварних з'єднань у 2 – 2,5 рази.