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      淺析水箱焊接電弧力的電磁收縮力、等離子流力

      時間:2014-05-17來源:湘寶佳 作者:小編 關注:
      不銹鋼水箱 焊接電弧 在燃燒過程中不僅要產生大量的熱能,而且還會產生一些機械力,這些機械力稱為 電弧力 。它對熔滴過渡、焊縫成形以及焊接過程均產生很大的影響。 一、 電弧力的電磁收縮力 由電工學可知,在兩個相距不遠的平行導體中通過同方向電流時,將
          不銹鋼水箱焊接電弧在燃燒過程中不僅要產生大量的熱能,而且還會產生一些機械力,這些機械力稱為電弧力。它對熔滴過渡、焊縫成形以及焊接過程均產生很大的影響。

          一、電弧力的電磁收縮力

          由電工學可知,在兩個相距不遠的平行導體中通過同方向電流時,將產生相互吸引力,這個力稱為電磁力。同理,在一個導體中通過電流時,可以把這個電流看成是由無效條方向相同的電流線組成,在這些電流線之間也會產生相互吸引的電磁力。這個力對于固態導體中僅與彈性應變力相平衡,不會產生太大影響;如果是流體導體中(如氣體、液體),則電磁力將會使導體變形產生收縮,如圖1所示,此時的電磁力F1、F2稱為電磁收縮力。如果這個導體是圓柱體,并且電流線分布均勻。則這個導體每個截面上的收縮力都是相等的,實際上,在焊接中由于兩電極尺寸相差懸殊,通常焊條(焊絲)的直徑很小而工件的尺寸很大,電弧在焊條(焊絲)上將受到電極尺寸的限制,而在工件上可以自由擴展,所以焊接電弧不是一個圓柱體,而可以抽象為一個截面不斷變化的圓錐體(圖2)。在這個圓錐體中,任意一點A的坐標是(L,φ)。當電流均勻分布時,A點受到的電磁收縮力為




          從式(1-1)可知,A點的電磁收縮力與電流的平方成正比,與距離的平方成反比,且與θ與φ有角有關。因此,可根據該公式繪出在一定條件下電弧中電磁收縮力的等壓力曲線(圖3)。由圖3可以看出,在圓錐形電弧中每個截面上的電磁收縮力是不一樣的,截面小的電磁收縮力大,而截面大的電磁收縮力小。由于這種壓力差的存在,就會產生一個由小截面(焊條或焊絲)指向大截面(工件》的推力,這個推力稱為電弧靜壓力。由于這個靜壓力在電弧中心最大,而在電弧的邊緣較小,因此使熔池的液態金屬表面凹陷形成如圖4(a)所示的熔深。




          二、電弧力的等離子流力

          等離子體是一種高度電離的電中性氣體。在電弧導電中,由于電弧中心部分溫度高,電流密度大,這里的氣體處于高電離狀態,形成了電弧等離子體。如前所述,由于電弧導電截面的變化,形成了由焊條指向工件的推力。當電弧電流比較大時,這個推力將推動電弧等離子體由焊條向工件運動。這樣在電弧中將形成一股高速流動的氣體,稱為等離子流,如圖5所示。為了保持流動的連續,外部的冷氣流將從電極端部C區進行補充。這些冷氣流進入電極后迅速被加熱、電離后受推動力的作用從A區沖向B區。這部分等離子流的運動速度很高,可以達到每秒數百米(圖6)。這部分高速運動的物質將對熔池產生較大的壓力,稱為等離子流力,又稱為電弧動壓力。等離子流力的分布與等離子流速度分布相對應,在電弧中心線上壓力最大,而且分布區間較小。這種較強的等離子流力是形成如圖4(b)所示的指狀熔深的一個重要原因。


       

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