Электрические характеристики электрошлакового процесса

Электрошлаковую сварку выполняют в пространстве, ограниченном кромками свариваемых деталей и ползунами (рис. 6.33,а). Тепло, выде­ляющееся в шлаковой ванне при протекании тока I_Ш, расплавляет электрод и основной металл, в результате чего образуется металлическая ван­на, при кристаллизации которой формируется сварной шов. Расстояние между электродом и металлической ванной l_Ш связано с напряжением электрошлакового процесса U_ш. Напряжение U_ш частично падает еще и на вылете электрода l_В.

const

Рис. 6.33. Схема (а) и вольт-амперные характеристики (б) электрошлакового процесса

В холодном состоянии шлак, как правило, неэлектропроводен. По­этому для наведения шлаковой ванны сначала возбуждают дугу, которая расплавляет флюс, резко увеличивая его электропроводность. По мере увеличения объема расплавленного шлака он гасит дугу, в результате чего начинается электрошлаковый процесс. В шлаковой ванне ток пере­носится в основном металлическими (положительными) ионами, в мень­шей степени — отрицательными ионами и электронами. С ростом темпе­ратуры ванны Т_ш подвижность ионов увеличивается, и, следовательно, удельная проводимость g_ш возрастает.

Шлаковую ванну на участке между электродом и металлической ван­ной можно рассматривать как нелинейное активное сопротивление R_Ш. Статическая вольт-амперная характеристика электрошлакового процес­са U_Ш = f(I_Ш) – построенная при постоянном расстоянии l_Ш, падающая (рис. 6.33,6). Действительно, с ростом тока I_Ш увеличивается темпера­тура Т_Ш, а следовательно, и удельная проводимость шлака g_ш. Поэтому напряжение снижается.

Поскольку при реальном процессе электрошлаковой сварки расстоя­ние непостоянно, то в практике настройки режима статическая харак­теристика не используется. Реальная связь тока и напряжения отражает­ся так называемой вольт-амперной характеристикой устойчивой работы, получаемой при постоянной скорости подачи V_П электродной проволоки. В этом случае при увеличении напряжения источника, а следовательно и U_ш , возрастает тепловая мощность ванны и ее температура Т_Ш. В ре­зультате электрод плавится быстрее и погружается в ванну на меньшую глубину, что приводит к увеличению расстояния l_Ш, а следовательно, и увеличению сопротивления шлаковой ванны R_Ш. Поэтому увеличение напряжения источника почти не сопровождается ростом тока — вольт- амперная характеристика устойчивой работы U_Ш = f(I_Ш) при постоянной скорости подачи проволоки почти вертикальная:

При увеличении скорости подачи V_П ток l_Ш возрастает и устанавли­вается на более высоком, но тоже почти постоянном уровне.

Источник питания для электрошлаковой сварки с целью обеспече­ния устойчивости теплового режима должен иметь жесткую внешнюю характеристику, так чтобы его сопротивление было меньше сопротивле­ния шлаковой ванны.

При значительных возмущениях электрошлаковый процесс может преры­ваться в результате возникновения дугового разряда по оси электрода, а выделение тепла в шлаковой ванне вблизи основного металла снизит­ся, что приведет к снижению качества из-за несплавления шва с основ­ным металлом. Для предотвращения дугового разряда электрошлаковую сварку следует вести на переменном токе, сравнительно низком напря­жении источника, при глубокой шлаковой ванне, использовать шлаки с низкими стабилизирующими свойствами. Вместе с тем источник должен обеспечивать устойчивый дуговой разряд в начете сварки при наведении шлаковой ванны. Обычно трансформатор для электрошлаковой сварки имеет напряжение холостого хода U_x = 35-60 В.

Трансформатор для электрошлаковой сварки должен иметь напря­жение, достаточное для горения дуги при наведении шлаковой ванны, но не слишком высокое, чтобы электрошлаковый процесс при нормальной глубине ванны не нарушался дуговым разрядом.

Типичные внешние характеристики трансформатора для электро­шлаковой сварки показаны на рис. 6.35. Точки их пересечения с харак­теристиками устойчивой работы при сварке стальной проволокой диаме­тром 3 мм определяют возможные режимы сварки. Видно, что сила тока I_щ настраивается изменением скорости подачи электродной проволоки.

Рис. 6.35.Внешние характеристики транс­форматора для электрошлаковой сварки

Напряжение электрошлакового процесса U_Ш регулируют изменением на­пряжения холостого хода трансформатора. Обычно кратность регулиро­вания U_{x max}/ U_{x min} около 2.

Высокая стабильность тока I_Ш гарантируется постоянной скоростью подачи проволоки. Из-за колебаний напряжения сети стабильность на­пряжения U_Ш невелика. Эффективной мерой борьбы с этим дефектом является стабилизация внешних характеристик источника за счет обрат­ной связи по напряжению. На практике, однако, удовлетворяются ручной корректировкой напряжения в процессе сварки, для этого источник дол­жен допускать плавное (или мелкоступенчатое) регулирование режима под нагрузкой.