Kræfter, der påvirker metaloverførsel
Denne artikel sætter lys på de fire hovedkræfter, som påvirker metaloverførsel. Kræfterne er: 1. Tyngdekraft (Fg) 2. Overfladespænding (F s ) 3. Elektromagnetisk klemmeffekt (F p ) 4. Træk kraft (F d ).
Force # 1. Gravity (Fg) :
Gravity er en løsningskraft, når elektroden peger nedad som ved håndsvejsning og en fastholdende kraft, når den peger opad som ved overhead svejsning.
Numerisk er det lig med vægten af den frigivende smeltede dråbe og udtrykkes som:
Force # 2. Overfladespænding (F s ):
Overfladespænding har tendens til at fastholde den smeltede dråbe ved elektrodens spids, og dens størrelse på tidspunktet for dråbeafgivelsen under sin egen vægt er givet ved udtrykket:
f (r / c) er en kompleks funktion, der har en værdi mellem 0, 6 og 1, 0 afhængigt af forholdet mellem r og c.
For almindelige metaller kan en omtrentlig værdi af funktionen beregnes ud fra følgende forhold:
hvor r er i cm.
Alternativt er Fs taget for at være proportional med massen af den maksimale størrelse dråbe ( mh ), der hænger ved elektrodespidsen før afmontering, dvs.
F s = m h . g ... .. (6.6)
Det er imidlertid meget lettere at bestemme massen af den del af dråben, der løsner (m d ), og der er en empirisk relation mellem m d og m h .
Også m d / m h kan tegnes som en funktion af r / c, det vil sige:
Force # 3. Elektromagnetisk klemmeffekt (Fp):
Når elektrisk strøm ledes af en konisk leder som svejsebueen, virker de aksiale kræfter i det, som er rettet fra det lille tværsnit til det større. Dette resulterer i opsætningen af en plasmastråle, forudsat at strømmen er tilstrækkelig stor. Når en strømbærende leder er under påvirkning af sit eget magnetfelt, udvikles der også radiale kontraheringskræfter, der frembringer tryk inden for lederen. Den kombinerede virkning af disse kræfter er frigørelseskraften, der virker på den smeltede dråbe ved elektrodens læbe og omtales som klemmeffekten.
Denne klemmeffekt kan også forklares på den baggrund, at en elektrisk strøm, som strømmer i samme retning i parallelle ledere, resulterer i en attraktiv kraft mellem dem. Hvis en elektrode anses for at bestå af en række cylindriske ledere med varierende diametre med den ene inden i den anden, så er det på basis af strømmen i parallelle ledere, at en kontraherende kraft oplever elektroden.
Denne kraft har næppe nogen betydning for den faste elektrode, men resulterer i betydelig indflydelse på frigørelsen af den smeltede dråbe fra elektrodens spids og betegnes som Lorentz-kraft eller elektromagnetisk knivkraft.
Denne kraft ved en given afstand r fra elektrodens akse er givet ved udtrykket:
Fra ligning 6, 9 er det tydeligt, at det maksimale og det minimale tryk, der udøves af den elektromagnetiske knivvirkning, vil være ved lederaksen og overfladen, der hhv. Har følgende størrelser:
Således er der en net elektromagnetisk klemmekraft på dråben, som har tendens til at løsne den fra elektrodespidsen.
Størrelsen af denne kraft kan bestemmes som følger:
Force # 4. Træk Force (F d ):
En trækkraft på grund af strømmen af gas omkring dråbet hjælper med at løsne dråbet fra elektrodespidsen. Størrelsen af denne kraft kan påvirkes af mængden af gasstrømmen i GMAW eller i begrænset omfang ved mængden af gasser, der frembringes fra belægningerne i SMAW. Afhængig af typen af metaloverførsel kan plasmastrålen også supplere træket på dråben. De roller, der spilles af forskellige kræfter ved at løsne den smeltede dråbebue afbildet i figur 6.1.
For at bestemme størrelsen af forskellige kræfter, der virker på dråben, er det fundet meget bekvemt at gøre det ved plasma-MIG-svejsning, da plasmabue og MIG-bue er adskilte og kan styres uafhængigt af hinanden.
Med dette arrangement er det muligt at variere strømmen i MIG-svejsetråden, således at de elektromagnetiske kræfter, som virker på dråben, kan varieres fra nul til det maksimale opnåelige. Det er også muligt at variere trækkraften på dråben ved at variere plasmastrømshastigheden.
Overfladespændingskraften, Fs, kan bestemmes ved at måle massen af dråben ved nulstrøm uden gasstrøm. Den elektromotoriske kraft kan opnås ved først at måle massen af den enkelte dråbe som en funktion af gasstrømmen med strøm, der passerer gennem tråden.
De elektromotoriske kræfter F p, kan end opnås fra dataene for I ≠ 0:
F p = F s - (F g + F d ) .......... (6.13)
Denne elektromotoriske kraft er negativ for lav værdi af strømmen, men over ca. 25A øges den mere eller mindre i forhold til strømmen.
Afhængig af nettakraften, som virker på dråben i lyset af størrelsen af svejsestrømmen, er overfladespændingen, trækkraften, tyngdekraften og lysbuenlængden en særlig metode til metaloverførsel opnået, som bestemmer kvaliteten af stansvejsningen.
