Parameter, die die Metallübertragung beeinflussen
Zu den Parametern, die die Art der Metallübertragung erheblich beeinflussen können, gehören folgende: 1. Schweißstromquelle 2. Elektrodenpolarität 3. Schutzgas 4. Emissionsschichten 5. Schweißposition.
Parameter # 1. Schweißstromquelle:
Eine Gleichstrom-Schweißstromquelle ist die einfachste in Bezug auf das Wachstum und die Ablösung von Tröpfchen von der Elektrodenspitze. Nach jeder Ablösung beginnt das geschmolzene Metall wieder an der Spitze zu wachsen, um einen neuen Tropfen zu bilden. Abhängig von der Länge, dem Schweißstrom und der Größe der Elektrode erfolgt die Metallübertragung durch Kurzschluss-, Kugel- oder Sprühmodus, und der Vorgang wird mehrmals pro Sekunde wiederholt.
Der Prozess der Metallübertragung kann in erheblichem Maße untersucht werden, indem die Spannungs- und Stromübergänge während des Schweißens aufgezeichnet werden. Bei einer Gleichstromquelle ist der Leerlauf- oder Leerlaufspannungsübergang eine einfache gerade Linie, die sich mit der Änderung der Tropfengröße ändert, und der Stromübergang hat den entsprechenden entgegengesetzten Effekt, wie in Abb. 6.3 gezeigt.
Beim Schweißen mit einer Gleichrichter-Gleichstromquelle hat der Spannungsübergang inhärente, wenn auch geringfügige Schwankungen in seinem Wert, die der Hauptgleichstromkomponente überlagert bleiben. Der Schweißstromübergang weist auch die entsprechenden Wellen auf, die die regelmäßige, wenn auch geringfügige Änderung in seiner Größe zeigen, wie in Abb. 6.4 gezeigt.
Diese geringfügige Schwankung kann sich auf das Wachstum des Tröpfchens an der Elektrodenspitze auswirken, dh es kann zu einer etwas langsameren Rate des Tröpfchenwachstums führen, als dies durch die Höhe des Spitzenstroms angezeigt wird.
Bei einer Wechselstrom-Schweißstromquelle sind die Lichtbogenspannungs- und Stromübergänge reguläre Sinuswellen und beeinflussen daher erheblich das Wachstum und die Ablösung des Tropfens (siehe Abb. 6.5). Aufgrund des 50-prozentigen Zeitverlusts als Kühlzyklus ist es offensichtlich, dass für die gleiche Rate des Tröpfchenwachstums wie beim Gleichstromschweißen die Einstellung der Lichtbogenspannung und des Stroms auf höhere Werte als für die Gleichstromquelle eingestellt werden muss.
Beim Schweißen mit einer Impulsstrom-Schweißstromquelle wird das Wachstum des Tropfens durch den Hintergrundstrom bestimmt, während das Ablösen durch den plötzlichen Anstieg des Stroms in Form eines Impulses erleichtert wird, der nicht nur die Wachstumsrate des Tröpfchens beschleunigt, sondern auch eine erhöhte Elektroerzeugung liefert - Magnetischer Quetscheffekt und stärkerer Plasmastrahl mit höherer Geschwindigkeit, damit er sich im gewünschten Moment löst.
Parameter # 2: Elektrodenpolarität:
An der Anode wird durch die von der Kathode abgegebenen Elektronen mehr Wärme erzeugt. Die Schmelzrate ist daher höher, wenn die Elektrode positiv gemacht wird. Dieser Effekt wird ausgenutzt, indem die verbrauchbare Elektrode wie in GMAW positiv gemacht wird, während die nicht verbrauchbare Elektrode wie in GTAW, PAW und Carbon Arc Welding negativ gemacht wird, um übermäßige Erwärmung und Verdampfung zu vermeiden.
Bei positiven Elektroden und einem langen Lichtbogen zieht sich die Anodenoberfläche normalerweise bis zum unteren Ende der Elektrodenspitze zusammen und die Anodenheizung konzentriert sich an dieser Stelle. Dies führt zu einer extrem hohen lokalen Erwärmung und folglich zu einer sehr hohen Durchschnittstemperatur in den Metalltröpfchen.
Wenn die Bogenlänge kürzer wird, breitet sich das Plasma entlang der Seite der Elektrode aus und die Anode nimmt eine große Oberfläche ein, was zu einer gleichmäßigeren Erwärmung der Elektrode führt. Diese gleichmäßige und mäßige Erwärmung der Elektrodenoberfläche erhöht die spezifische Schmelzrate, die Schmelze wird jedoch weniger überhitzt. Die Metallübertragungsfrequenz wird somit erhöht.
Wenn die verbrauchbare Elektrode negativ ist, führt dies normalerweise zu einer unbefriedigenden Metallübertragung. Dies ist hauptsächlich auf die Bildung eines beweglichen Kathodenflecks zurückzuführen, der zu einem regelmäßigen Flackern des Lichtbogens führen kann, was zu vermehrtem Spritzen und einer niedrigeren Schmelzrate führt.
Die Menge an Spritzern, die Größe der Tröpfchen und die Instabilität der Übertragung sind im Allgemeinen größer, wenn die Elektrode negativ ist. Dies liegt daran, dass die Kathode nach jeder Ablösung neu geformt werden muss. Es ist auch zu beachten, dass der Kathodenfleck eine starke Tendenz hat, Kratzern oder Diskontinuitäten auf der Elektrodenoberfläche zu folgen, falls vorhanden.
Parameter # 3. Schutzgas:
In GMAW kann Schutzgas die Art der Metallübertragung erheblich beeinflussen. Argon bietet einen axialen Sprühmodus, der bei hohen Strömen zum Eindringen von Fingern oder zu Faltenbildung führen kann.
Obwohl Helium wie Argon inert ist, erzeugt es keinen axialen Sprühnebel, sondern eine Kugelübertragung. Dies führt zu einer etwas breiteren Durchdringung. Sprühübertragung mit Heliumabschirmung kann jedoch durch Mischen von Argon erreicht werden. Helium mit 20 bis 25% Argon sorgt für Sprühübertragung, was zu der gewünschten Perlenform führt.
Aktive Gase wie CO 2 und Stickstoff können ebenfalls keine Sprühübertragung erreichen, wenn keine anderen Mittel dafür verwendet werden. Beim CO 2 -Schweißen ist der Metalltransfer bei langen oder sogar mittleren Lichtbogenlängen meist sehr unbefriedigend.
Das übermäßige Spritzen, das aufgrund der sogenannten abgestoßenen Übertragungsart auftritt, wird nur durch Eingrabung des Lichtbogens im Schweißbad durch Einsetzen der Tauchübertragung sichergestellt. Eine ähnliche Behandlung ist für das Schweißen von Kupfer mit Stickstoffabschirmung und Ar-N 2 -Mischungen für Aluminiumlegierungen erforderlich.
Parameter # 4. Emissionsschichten:
Die emittierenden Beschichtungen begrenzen die Kathodenbogenwurzel an der Elektrodenspitze und stellen symmetrische Wärmeflussbedingungen entlang der Achse der Elektrode ein. Die Metallübertragung ist dann vom geplanten Sprühtyp.
Emissionsbeschichtungen werden verwendet, um die Art der Metallübertragung zu verbessern, wenn eine negative Polarität der Elektrode verwendet wird. Zum Beispiel können gewaschene Beschichtungen aus Mischungen von Oxiden aus Calcium und Titan auf Stahldrähten den Metalltransfer bis zu dem Grad verbessern, der mit Elektrodenpositiv erreichbar ist. Die Metallübertragung wird durch Ablagerung geringer Mengen von Cäsium- und Rubidiumverbindungen auf der Drahtoberfläche erheblich verbessert. Es wurde auch gefunden, dass diese Verbindungen den Wechselstrombogen stabilisieren.
Der Metalltransfer beim CO 2 -Schweißen wird durch den Zusatz von Alkalimetallverbindungen wie Cäsium und Natrium zum Schweißdraht erheblich verbessert.
Es wird jedoch beobachtet, dass die Elektrodenabbrennrate bei Verwendung von Emissionsbeschichtungen abnimmt. Dies wurde der Tatsache zugeschrieben, dass der Kathodenabfall im Fall von nicht hochschmelzenden Metallen normalerweise als Funktion des Ionisierungspotentials des mit der Kathodenoberfläche in Kontakt stehenden Metalldampfs betrachtet wird und die emittierenden Metalle ein niedrigeres Ionisationspotential als aufweisen Eisen.
Eine Beschichtung aus Kalium- und Cäsiumcarbonaten bewirkt beim CO 2 -Schweißen mit Elektroden-Negativ eine Sprühübertragung mit Weichstahl, da dies zu thermionischen Emissionen führt und dadurch den Kathodenabfall verringert. Dazu steigt der Lichtbogen an der Elektrode an, um die erforderliche niedrige Stromdichte der Emission zu erreichen, und somit wird die Lichtbogengeometrie für die Plasmastrahlbildung erreicht.
Parameter # 5 Schweißposition:
Die Schweißposition kann aufgrund der veränderten Rolle der Schwerkraft bei jeder Position die Art der Metallübertragung, insbesondere die Kugelübertragung, beeinflussen. Während beim Überkopfschweißen die Rolle der Schwerkraft völlig umgekehrt ist und der Ablösung und Projektion des Tropfens in Richtung Schweißbad entgegenwirkt; In vertikaler und horizontaler Position hilft die Schwerkraft dabei, dass der Tropfen nach unten tropft. Die kugelförmige Übertragung wird daher kontinuierlich beeinflusst, wenn die Schweißposition von der unteren Position in jede andere Schweißposition geändert wird.
Beim Sprühtransport werden die feinen Metalltröpfchen in Richtung der Elektrodenachse in Richtung Schweißbad geschleudert, die Rolle der Schwerkraft ist weniger vorherrschend, so dass ein erfolgreicher Transfer erzielt wird. In ähnlicher Weise wird im Kurzschlussmodus das Metall zum Zeitpunkt des Überbrückens durch das Schweißbad angesaugt, wodurch es auch beim Überkopfschweißen, insbesondere bei Elektroden mit kleinem Durchmesser, zu einer erfolgreichen Übertragungsart wird.
Insgesamt kann gesagt werden, dass der gewünschte Metallübergang beim Positionsschweißen wegen der veränderten Rolle der Schwerkraft schwierig zu erreichen ist, und dies kann zu einer geringeren Abscheidungseffizienz führen, was zu einem höheren Verlust in Form von Spritzern führt.
