Сварочные работы: современное оборудование н техноло­гия работ

Процесс переноса электродного металла

Эа счет энергии, выделяемой в активном пятне, расположен­ном на его торце, и теплоты, выделяющейся по закону Джоуля - Ленца, при протекании сварочного тока по вылету электрода осу­ществляются нагрев и плавление электрода.

Вылетом называется свободный участок электрода от места контакта с токопроводом до его торца. В начальный момент руч­ной дуговой сварки вылет электрода составляет 400 мм и изменя­ется по мере плавления электрода, при автоматической сварке он равен 12—60 мм. Расплавляясь в процессе сварки, жидкий металл с торца электрода переходит в сварочную ванну в виде капель раз­ного размера. За 1 секунду может переноситься от 1-2 до 150 капель и более в зависимости от размера. Независимо от основно­го положения сварки капли жидкого металла всегда перемеща­ются вдоль оси электрода по направлению к сварочной ванне. Это объясняется действием на каплю разных сил в дуге. В первую очередь к ним относятся гравитационная сила, электромагнитная сила, возникающая при прохождении по электроду сварочного тока, сила поверхностного натяжения, давление образующихся внутри капли газов, которые отрывают ее от электрода и дробят на более мелкие капли.

Схематично перенос металла электрода можно представить в следующем виде:

1) металл на конце электрода подплавляется и образуется слой расплавленного металла;

2) под действием сил поверхностного натяжения и силы тя­жести этот слой металла принимает форму капли с обра­зованием у основания тонкой шейки.

С течением времени поперечное сечение шейки капли уменьшается, что приводит к значительному увеличению плот­ности тока у шейки капли. Удлинение шейки продолжается до момента касания капли поверхности сварочной ванны. В этот мо­мент происходит короткое замыкание сварочной цепи. Резкое возрастание тока приводит к разрыву шейки и в следующее мгно­вение вновь возникает, но уже между торцом электрода и каплей.

Капля под давлением паров и газов зоны дуги с ускорением внедряется в жидкий металл сварочной ванны. При этом часть металла в виде брызг выбрасывается из зоны сварки. Затем про­цесс каплеобразования повторяется. Время горения дуги и корот­кого замыкания составляет примерно 0,02-0,05 с. Частота и про­должительность короткого замыкания в значительной степени зависят от длины сварочной дуги. Чем меньше длина дуги, тем больше коротких замыканий и тем они продолжительнее.

От сварочного тока, состава и толщины электродного покры­тия, положения шва зависят форма и размеры капель металла. Перенос электродного металла крупными каплями происходит при сварке на малых токах электродами с тонким покрытием.

Перенос металла в виде потока мельчайших капель проис­ходит при больших плотностях сварочного тока и при использо­вании электродов с толстым покрытием.

Снижает поверхностное натяжение металла электродное покрытие. Кроме того, газообразующие компоненты, выделяя большое количество газов, создают в зоне дуги повышенное дав­ление, которое способствует размельчению капель жидкого ме­талла*

Газовое дутье, представляющее собой поток газов, направлен­ный вдоль дуги в сторону сварочной ванны, действует на процесс переноса капель металла в дуге. При сварке электродом с толстым покрытием стержень электрода плавится быстрее и торец его оказывается немного прикрытым «чехольчиком» покрытия. При этом интенсивное газообразование в небольшом объеме «чехоль­чика» приводит к явлению газового дутья, ускоряющего переход капель металла в сварочную ванну.

Влияние силы тяжести особенно сказывается при сварке нижних швов (способствует отрыву капель) и потолочных швов (препятствует переносу металла в шов).

Важным фактором, влияющим на перенос металла в дуге, являются электромагнитные силы. Плотность тока, проходяще­го через жидкую каплю, велика, поэтому сжимающее действие магнитного поля оказывается заметным. Магнитное поле уско­ряет образование и сужение шейки капли, а следовательно, и от­рыв ее от торца электрода. Электрическое доле, напряженность которого направлена вдоль дуги в сторону сварочной ванны, дей­ствует на жидкую каплю, ускоряя процесс отрыва капель от тор­ца электрода и переход ее в сварочную ванну металла.

При потолочной сварке действием магнитного и электри­ческого полей, а также явлением газового дутья в дуге обеспе­чивается перенос капель электродного металла на свариваемый шов.

Шлаковую оболочку, которая образуется от плавления ве­ществ, входящих в покрытие электрода, имеют капли металла,

проходящие через дугу. Эта оболочка защищает металл капли от окисления и азотирования, обеспечивая хорошее качество метал­ла шва.

Доля электродного металла в составе металла шва различна и зависит от способа и режима сварки, а также от вида сварного шва. При ручной сварке доля электродного металла колеблется в широких пределах (30-80%), при автоматической сварке она со­ставляет 30-40%.

В значительной степени производительность сварки зависит от скорости расплавления электродного металла, которая оцени­вается коэффициентом расплавления. Коэффициент расплавле­ния численно равен массе электродного металла (г), расплавлен­ного в течение одного часа, приходящегося на один ампер свароч­ного тока. Коэффициент расплавления зависит от ряда факторов, влияющих на процесс плавки электродного металла. При обрат­ной полярности коэффициент расплавления больше, чем при пря­мой поляраостй, так как на аноде выделяется больше теплоты и температура анода выше, чем у катода.

На коэффициент расплавления влияют состав покрытия и его толщина. Это объясняется, во-первых, значением эффективного потенциала ионизации газов, во-вторых, изменением баланса теп­лоты дугового промежутка. Коэффициент расплавления при руч­ной дуговой сварке составляет 6,5-14,5 г/(А-ч). Меньшие значе­ния имеют электроды с тонким покрытием, а большие значе­ния — электроды с толстым покрытием.

Коэффициентом наплавки пользуются для оценки скорости сварки шва. Этот коэффициент оценивает количество электрод­ного металла, введенного в свариваемый шой.

Коэффициент наплавки меньше коэффициента расплавления на величину потерь электродного металла из-за угара и разбрыз­гивания. Эти потери при ручной сварке достигают 25-30%, при автоматической сварке под флюсом потери составляют только 2-6% от количества расплавленного электродного металла. Зна­ние этих коэффициентов позволяет произвести расчет количества электродного металла для сварки шва установленного сечения и определить скорость сварки шва.