Krafter som påverkar metallöverföring
Denna artikel lyfter fram de fyra huvudstyrkor som påverkar metallöverföring. Krafterna är: 1. Gravity ( Fg ) 2. Ytspänning (F s ) 3. Elektromagnetisk nackeffekt ( Fp ) 4. Drag Force ( Fd ).
Force # 1. Gravity ( Fg ) :
Gravity är en avtagande kraft när elektroden pekas nedåt som vid handsvetsning och en kvarhållande kraft när den pekas uppåt som vid toppsvetsning.
Numeriskt motsvarar den vikten av den avlägsnande smälta droppen och uttrycks som:
Force # 2. Ytspänning (F s ):
Ytspänning tenderar att behålla den smälta droppen vid elektrodens spets och dess storlek vid tidpunkten för droppavsättning under sin egen vikt ges av uttrycket:
f (r / c) är en komplex funktion som har ett värde mellan 0, 6 och 1, 0 beroende på förhållandet mellan r och c.
För vanliga metaller kan ett ungefärligt värde av funktionen beräknas från följande förhållanden:
där r är i cm.
Alternativt är Fs tagen att vara proportionell mot massan av maximal droppe ( mh ) som hänger vid elektrodspetsen före avlägsnande, dvs
F s = m h . g ... .. (6.6)
Det är dock mycket lättare att bestämma massan av den del av droppen som avlägsnar (md) och det finns en empirisk relation mellan md och mh .
Dessutom kan m d / m h plottas som en funktion av r / c, det vill säga:
Force # 3. Elektromagnetisk nackeffekt ( Fp ):
När elektrisk ström utförs av en konisk ledare som svetsbågen, verkar de axiella krafterna i den som riktas från det lilla tvärsnittet till det större. Detta resulterar i inställningen av en plasmastråle förutsatt att strömmen är tillräcklig. Även när en strömtransportledning påverkas av sitt eget magnetfält utvecklas radiella uppdragskrafter som producerar tryck inom ledaren. Den kombinerade effekten av dessa krafter är avtagningskraften som verkar på den smälta droppen vid elektrodens läpp och kallas nypeffekten.
Denna nypeffekt kan också förklaras med utgångspunkt i att en elektrisk ström som strömmar i samma riktning i parallella ledare resulterar i en attraktiv kraft mellan dem. Om en elektrod anses bestå av ett antal cylindriska ledare med varierande diametrar med en inuti det andra, uppfattas en kontraherande kraft på basis av strömflödet i parallella ledare av elektroden.
Denna kraft har knappast någon betydelse för den fasta elektroden men resulterar i avsevärd inverkan på avlägsnandet av den smälta droppen från elektrodens spets, och kallas Lorentz-kraft eller elektromagnetisk nypkraft.
Denna kraft vid ett givet avstånd r från elektrodens axel ges av uttrycket:
Från ekvation 6, 9 är det uppenbart att det maximala och minimala trycket som utövas av den elektromagnetiska nypeffekten kommer att ligga vid ledaraxeln respektive ytan med följande storlekar:
Således finns en nettokraftig magnetisk nypkraft på droppen, som tenderar att ta bort den från elektrodspetsen.
Storleken på denna kraft kan bestämmas enligt följande:
Force # 4. Drag Force ( Fd ):
En dragkraft på grund av gasflödet runt droppen hjälper till att lossa droppen från elektrodspetsen. Storleken på denna kraft kan påverkas av mängden gasflöde i GMAW eller i begränsad utsträckning av mängden gaser som produceras från beläggningarna i SMAW. Beroende på typen av metallöverföring kan plasmastrålen också komplettera dragningen på droppen. Rollerna som spelas av olika krafter i avlägsnande av den smälta droppbågen avbildad i fig 6.1.
För att bestämma storleken på olika krafter som verkar på droppen är det väldigt bekvämt att göra det i fallet med plasma-MIG-svetsning, eftersom plasmabågen och MIG-bågen är separata och kan styras oberoende av varandra.
Med detta arrangemang är det möjligt att variera strömmen i MIG-svetstråden så att de elektromagnetiska krafter som verkar på droppen kan varieras från noll till det maximala uppnås. Det är också möjligt att variera dragkraften på droppen genom att variera plasmaflödeshastigheten.
Ytspänningskraften Fs kan bestämmas genom mätning av droppens massa vid nollström utan gasflöde. Den elektromotoriska kraften kan erhållas genom att man först mäter den individuella droppens massa som en funktion av gasflödet med ström som passerar genom tråden.
De elektromotoriska krafterna Fp, kan än vad som erhålls från data för I ≠ 0:
Fp = Fs - ( Fg + Fd ) .......... (6, 13)
Denna elektromotoriska kraft är negativ för lågt värde av strömmen, men över ca 25A ökar det mer eller mindre i proportion till strömmen.
Beroende på nettoeffekten som verkar på droppen i ljuset av svetsströmmens storlek, ytspänning, dragkraft, tyngdkraftsrollen och ljusbågslängden uppnås ett visst sätt för metallöverföring som bestämmer kvaliteten på formsvetsen.
