01 Schwerkraft eines geschmolzenen Tropfens
Jedes Objekt neigt aufgrund seiner eigenen Schwerkraft dazu, durchzuhängen. Beim Flachschweißen fördert die Schwerkraft des geschmolzenen Metalltropfens den Übergang des geschmolzenen Tropfens. Beim Vertikalschweißen und Überkopfschweißen behindert jedoch die Schwerkraft des geschmolzenen Tropfens den Übergang des geschmolzenen Tropfens in das Schmelzbad und wird zu einem Hindernis.
02 Oberflächenspannung
Flüssiges Metall hat wie andere Flüssigkeiten eine Oberflächenspannung, das heißt, wenn keine äußere Kraft einwirkt, wird die Oberfläche der Flüssigkeit minimiert und zu einem Kreis zusammengeschrumpft. Bei flüssigem Metall sorgt die Oberflächenspannung dafür, dass das geschmolzene Metall kugelförmig wird.
Nachdem das Elektrodenmetall geschmolzen ist, fällt sein flüssiges Metall nicht sofort ab, sondern bildet unter Einwirkung der Oberflächenspannung einen kugelförmigen Tropfen, der am Ende der Elektrode hängt. Während die Elektrode weiter schmilzt, nimmt das Volumen des geschmolzenen Tropfens weiter zu, bis die auf den geschmolzenen Tropfen wirkende Kraft die Spannung zwischen der Grenzfläche des geschmolzenen Tropfens und dem Schweißkern übersteigt und der geschmolzene Tropfen vom Schweißkern abbricht und Übergang zum Schmelzbad. Daher ist die Oberflächenspannung beim Flachschweißen nicht förderlich für den Übergang geschmolzener Tröpfchen.
Allerdings wirkt sich die Oberflächenspannung beim Schweißen in anderen Positionen, beispielsweise beim Überkopfschweißen, positiv auf die Übertragung geschmolzener Tröpfchen aus. Erstens hängt das geschmolzene Metall im Schmelzbad aufgrund der Oberflächenspannung kopfüber an der Schweißnaht und lässt sich nicht leicht abtropfen.
Zweitens: Wenn das geschmolzene Tröpfchen am Ende der Elektrode mit dem Metall des Schmelzbades in Kontakt kommt, wird das geschmolzene Tröpfchen aufgrund der Wirkung der Oberflächenspannung des Schmelzbades in das Schmelzbad gezogen.
Je höher die Oberflächenspannung, desto größer ist der geschmolzene Tropfen am Ende des Schweißkerns. Die Größe der Oberflächenspannung hängt von vielen Faktoren ab. Je größer beispielsweise der Durchmesser der Elektrode ist, desto größer ist die Oberflächenspannung des geschmolzenen Tropfens am Ende der Elektrode.
Je höher die Temperatur des flüssigen Metalls ist, desto geringer ist seine Oberflächenspannung. Durch die Zugabe von oxidierendem Gas (Ar-O2 Ar-CO2) zum Schutzgas kann die Oberflächenspannung des flüssigen Metalls erheblich verringert werden, was die Bildung feiner geschmolzener Partikeltröpfchen begünstigt, die in das Schmelzbad übertragen werden.
03 Elektromagnetische Kraft (elektromagnetische Kontraktionskraft)
Gegensätze ziehen sich an, also ziehen sich die beiden Leiter gegenseitig an. Die Kraft, die die beiden Leiter anzieht, wird elektromagnetische Kraft genannt. Die Richtung ist von außen nach innen. Die Größe der elektromagnetischen Kraft ist proportional zum Produkt der Ströme der beiden Leiter, d. h. je größer der durch den Leiter fließende Strom, desto größer ist die elektromagnetische Kraft.
Beim Schweißen können wir den geladenen Schweißdraht und den Flüssigkeitstropfen am Ende des Schweißdrahtes als aus vielen stromführenden Leitern zusammengesetzt betrachten.
Auf diese Weise ist es nach dem oben genannten Prinzip der elektromagnetischen Wirkung nicht schwer zu verstehen, dass der Schweißdraht und der Tropfen auch radialen Kontraktionskräften von allen Seiten zur Mitte ausgesetzt sind, weshalb man von elektromagnetischer Kompressionskraft spricht.
Durch die elektromagnetische Kompressionskraft neigt der Querschnitt des Schweißdrahtes dazu, sich zu verkleinern. Die elektromagnetische Kompressionskraft hat keinen Einfluss auf den festen Teil des Schweißstabs, hat jedoch großen Einfluss auf das flüssige Metall am Ende des Schweißstabs und führt zu einer schnellen Tropfenbildung.
Auf den kugelförmigen Metalltropfen wirkt die elektromagnetische Kraft vertikal auf seine Oberfläche. Der Ort mit der größten Stromdichte ist der Teil des Tropfens mit dem dünnen Durchmesser, an dem auch die elektromagnetische Kompressionskraft am stärksten wirkt.
Wenn daher der Hals allmählich dünner wird, nimmt die Stromdichte zu und auch die elektromagnetische Kompressionskraft nimmt zu, was dazu führt, dass sich der geschmolzene Tropfen schnell vom Ende der Elektrode löst und in das Schmelzbad übergeht. Dadurch wird sichergestellt, dass der geschmolzene Tropfen an jeder räumlichen Position reibungslos in den Schmelzzustand übergehen kann.
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In den beiden Fällen „Niedriger Schweißstrom“ und „Schweißen“ ist der Einfluss der elektromagnetischen Kompressionskraft auf den Tropfenübergang unterschiedlich. Wenn der Schweißstrom niedrig ist, ist die elektromagnetische Kraft gering. Zu diesem Zeitpunkt wird das flüssige Metall am Ende des Schweißdrahts hauptsächlich von zwei Kräften beeinflusst, einer von der Oberflächenspannung und der anderen von der Schwerkraft.
Während der Schweißdraht weiter schmilzt, nimmt daher das Volumen des am Ende des Schweißdrahts hängenden Flüssigkeitströpfchens weiter zu. Wenn das Volumen bis zu einem gewissen Grad zunimmt und seine Schwerkraft ausreicht, um die Oberflächenspannung zu überwinden, löst sich der Tropfen vom Schweißdraht und fällt unter der Wirkung der Schwerkraft in das Schmelzbad.
In diesem Fall ist die Tröpfchengröße oft groß. Wenn ein so großes Tröpfchen durch die Lichtbogenstrecke gelangt, wird der Lichtbogen häufig kurzgeschlossen, was zu großen Spritzern führt und der brennende Lichtbogen sehr instabil ist. Wenn der Schweißstrom groß ist, ist die elektromagnetische Kompressionskraft relativ groß.
Im Gegensatz dazu spielt die Schwerkraft eine sehr geringe Rolle. Der Flüssigkeitströpfchen geht unter der Wirkung der elektromagnetischen Kompressionskraft hauptsächlich mit kleineren Tröpfchen in das Schmelzbad über, und die Richtungsabhängigkeit ist stark. Unabhängig von der flachen Schweißposition oder der Überkopf-Schweißposition geht der Metalltröpfchen unter der Wirkung der Kompressionskraft des Magnetfelds immer entlang der Lichtbogenachse vom Schweißdraht in das Schmelzbad über.
Während des Schweißens ist die Stromdichte an der Elektrode oder dem Draht im Allgemeinen relativ groß, sodass die elektromagnetische Kraft eine wichtige Kraft ist, die den Übergang des geschmolzenen Tropfens während des Schweißens fördert. Bei Verwendung des Gasschutzstabs wird die Größe des geschmolzenen Tröpfchens durch die Einstellung der Dichte des Schweißstroms gesteuert, was ein wichtiges technisches Mittel darstellt.
Beim Schweißen handelt es sich um die elektromagnetische Kraft rund um den Lichtbogen. Zusätzlich zu den oben genannten Effekten kann es auch eine andere Kraft erzeugen, nämlich die Kraft, die durch die ungleichmäßige Verteilung der Magnetfeldstärke entsteht.
Da die Stromdichte des Elektrodenmetalls größer ist als die Dichte der Schweißverbindung, ist die an der Elektrode erzeugte Magnetfeldstärke größer als die an der Schweißverbindung erzeugte Magnetfeldstärke, sodass eine Feldkraft entlang der Längsrichtung der Elektrode erzeugt wird .
Seine Wirkungsrichtung verläuft von der Stelle mit hoher Magnetfeldstärke (Elektrode) zur Stelle mit geringer Magnetfeldstärke (Schweißstück), sodass es unabhängig von der räumlichen Lage der Schweißstelle immer den Übergang der Schmelze begünstigt Tropfen zum Schmelzbad.
04 Poldruck (Punktkraft)
Die geladenen Teilchen im Schweißlichtbogen sind hauptsächlich Elektronen und positive Ionen. Durch die Wirkung des elektrischen Feldes bewegt sich die Elektronenlinie in Richtung Anode und die positiven Ionen in Richtung Kathode. Diese geladenen Teilchen kollidieren mit den hellen Flecken an den beiden Polen und werden erzeugt.
Wenn der Gleichstrom positiv angeschlossen ist, behindert der Druck der positiven Ionen den Übergang des geschmolzenen Tröpfchens. Wenn der Gleichstrom umgekehrt angeschlossen ist, ist es der Druck der Elektronen, der den Übergang des geschmolzenen Tröpfchens behindert. Da die Masse positiver Ionen größer ist als die der Elektronen, ist der Druck des positiven Ionenflusses größer als der des Elektronenflusses.
Daher ist es einfach, einen feinen Partikelübergang zu erzeugen, wenn die umgekehrte Verbindung angeschlossen ist, aber es ist nicht einfach, wenn die positive Verbindung angeschlossen ist. Dies liegt an den unterschiedlichen Poldrücken.
05 Gasblaskraft (Plasmaströmungskraft)
Beim manuellen Lichtbogenschweißen hinkt das Schmelzen der Elektrodenbeschichtung dem Schmelzen des Schweißkerns geringfügig hinterher und bildet am Ende der Beschichtung einen kleinen Abschnitt einer „trompetenförmigen“ Hülse, der noch nicht geschmolzen ist.
Durch die Zersetzung des Beschichtungsvergasers entsteht eine große Menge Gas und durch die Oxidation von Kohlenstoffelementen im Schweißkern im Gehäuse entsteht CO-Gas. Diese Gase dehnen sich aufgrund der hohen Erhitzung schnell aus und strömen in einem geraden (geraden) und stabilen Luftstrom entlang der Richtung des ungeschmolzenen Gehäuses und blasen die geschmolzenen Tröpfchen in das Schmelzbad. Unabhängig von der räumlichen Lage der Schweißnaht wirkt sich dieser Luftstrom positiv auf den Übergang der Metallschmelze aus.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 20. August 2024
