Процесс сварки вольфрамовым электродом в аргоне с присадочной проволокой титанового сплава ОТ4 (стр. 10 из 12)
Рисунок 3.7 – Схема взаимодействия плазменного потока с жидким металлом хвостовой части сварочной ванны.
Анализ приведенных уравнений (3.18)-(3.20) показывает, что силовое воздействие плазменного потока на участке его разворота в хвостовой части сварочной ванны определяется распределением потока на передней стенке плавления, его мощностью и углом разворота.
Изучение продольных макрошлифов конечного кратера показало, что угол наклона передней стенки плавления β в интервале скоростей сварки 0,5-1,2х10-2мс-1изменяется незначительно, а затем по мере её увеличения до 1,6-1,2х10-2мс-1, оголения поверхности плавления и развития полости кратера, заметно уменьшается (рисунок 3.8).
При заданной глубине проплавления основного металла, повышение скорости сварки должно сопровождаться увеличением мощности дуги. С ростом последней, мощность плазменного потока увеличивается. В соответствии с (3.15) и (3.16), уменьшение угла β должно сопровождаться перераспределением плазменных потоков на передней стенке плавления. Приращение мощности плазменного потока, обтекающего полость кратера в хвостовой части сварочной ванны, несколько уменьшается.
При интервале скоростей 1,2х10-2мс-1 - 1,6х10-2мс-1наблюдалось значительное смещение жидкого металла в хвостовую часть ванны и его нависания над полостью кратера (
>90°). В момент окончания действия сварочного тока положение динамического равновесия в ванне нарушается. Жидкий металл под действием массовых сил стремиться занять свое равновесное положение, что может сопровождаться захлопыванием некоторого объема, находящегося в полости кратера.С дальнейшим увеличением скорости сварки (Vсв >2,3 х10-2мс-1) и мощности дуги , угол наклона передней стенки плавленем практически не меняется и составляет 8-12º.
Перераспределение плазменных потоков на передней стенке плавления прекращается. Мощность потока плазмы обтекающего полость кратера в хвостовой части сварочной ванны, определяется лишь мощностью дуги. С ростом последней аэродинамическое воздействие плазменного потока уже не может уравновеситься силами со стороны жидкого металла. Угол разворота резко уменьшается. Жидкий металл практически полностью перемещается в хвостовую часть сварочную ванны, что приводит к образованию протяжных подрезов.
Рисунок 3.8 – Зависимость угла наклона передней стенки плавления от скорости варки.
Чтобы предотвратить образование газовых полостей и снизить вклад газодинамической составляющей силового воздействия дуги в процессе перемещения жидкого металла и образования подрезов, согласно (3.18) – (3.20), необходимо уменьшить мощность потока плазмы на участке его разворота в хвостовой части ванны. Очевидно без изменения мощности дуги этого можно достичь путем разворота дуги «углом вперед» путем воздействия на нее магнитного поля тока протекающего по присадочной проволоке.
В общем случае, сила действующая на участок проводника длиной
с током 
со стороны промышленного проводника с током 
, расположенного параллельно первому на расстоянии d от него , равна: 
(3.21)Однако, в электрической дуге помимо направленного движения заряженных частиц, обусловленного наличием электрического поля, существует газодинамическое движение нейтральных частиц, вызванное разностью давлений. Внешнее магнитное поле воздействует на движение заряженных частиц и стремиться отключить их от первоначального направления. Нейтральные потоки, наоборот, стремятся сохранить свою форму и направление. Они препятствуют указанному действию электромагнитных сил. Результирующее перемещение или изменения формы дуги как единого образования зависит от соотношения этих двух сил.
Пространственная стабилизация электрической дуги во многих случаях оказывается связанной с её энергитической устойчивости. К вопросам пространственной стабилизации и энергетической устойчивости дуги в различных областях ее использования подходят по разному. Для получения управляемых термоядерных реакций необходимо наличие пространственно стабилизированного и энергетически устойчивого плазменного шнура. Устойчивое направление горения дуги необходимо и при ее использовании в технологических целях при сварке.
Для количественной оценки происходящих здесь процессов можно принять, что на единицу длины дуги необходимо и при ее использовании в технологических целях при сварке.
Для количественной оценки происходящих здесь процессов можно принять, что на единицу длины дуги действуют три различные по своему характеру силы (рисунок 3.3).
Сила Fм взаимодействия тока в дуге
с внешним магнитным полем пропорциональна току: 
(3.22)Электромагнитная сила F2, препятствующая деформации дуги и изменению ее энергетического состояния, пропорциональна квадрату тока:
(3.23)где
- коэффициент пропорциональности.Газодинамическая сила F2, возникающая в результате наличия потоков плазмы и инерции движения газовых частиц, определяется на основании законов газодинамики, как центробежная сила.
Рисунок 3.9 – Схема дуги в поперечном магнитном поле
(3.24)где
- плотность потока плазмы;S – площадь сечения дуги;
V– скорость частиц;
R – радиус кривизны этой траектории, на которую стремиться перевести прямолинейное движение частиц.
Сила F2 появляется только при стремлении изменить прямолинейное движение частиц. Величина этой силы растет с увеличением скорости частиц V и с уменьшением радиуса кривизны R. Скорость частиц плазмы V, входящей в выражение для силы F2, зависит от величины тока I. максимальное значение этой скорости определяется уравнением [45].
(3.25)где
- плотность тока; 
- магнитная постоянная.Подставляя это значение в уравнение (3.27), получаем:
(3.26)Сила Fм деформирует дугу, силы F1 и F2 препятствуют этой деформации. Составив отношение деформирующих сил и сил сопротивоения, получаем:
(3.27)Соотношение сил, входящих в уравнение (3.26) и (3.27), исследовалось экспериментально [45]. При заданном угле
и расстоянии 
(рисунок 3.9) определялась зависимость между током 
и магнитной индукцией В. Оказалось, что 
пропорционален отношению 
, т.е. отношению деформирующих сил к силам сопротивления 
(3.28)Из последнего уравнения следует, что с увеличением тока
при неизменной величине В, уменьшается и угол отклонения дуги . Это значит, что с увеличением тока силы, стабилизирующие дугу, растут быстрее, чем силы, ее отключающие, и стабилизирующие действие потоков плазмы возрастают.Результаты полученные в представленной работе показали, что сварочная дуга хорошо управляется магнитным полем, генерируемым током присадочной проволоки, в пределах угла отклонения 0-40°(рисунок 3.10), что обеспечивает качественное формирование швов при существенном повышении скорости сварки (рисунок 3.11).
Рисунок 3.10 – Зависимость угла отклонения дуги от тока в присадочной проволоке.
Iсв=240А
Рисунок 3.11 – Зависимость величины подреза от скорости сварки.
3.3 Свойства сварных соединений
По базовой технологии принятой на предприятии, сварку крупногабаритных изделий из титанового сплава ОТ4, толщиной до 4 мм выполняли вольфрамовым электродом с присадочной проволокой того же состава, что и основной металл в аргоне. Попытки повышения производительности сварочных работ, путем повышения скорости сварки приводили к образованию протяженных подрезов.