СВАРОЧНЫЕ РАБОТЫ

ПЛАВЛЕНИЕ МЕТАЛЛА

Плавление основного и присадочного материалов в процессе сварки происходит под действием концентри­рованной энергии, вызванной сварочной дугой, пламе­нем горелки или одним из других способов, о которых мы расскажем ниже. Если в зону сварки не подается до­полнительный металл, то сварочная ванна образуется только за счет основного соединения. Но чаще сварочная ванна получается смешиванием основного и присадоч­ного металла, вносимого непосредственно в зону сварки электродом, сварочной проволокой и т. д. Сливаясь и пе­ремешиваясь между собой, основной и присадочный ме­таллы образуют общую сварочную ванну, границами ко­торой служат оплавленные участки основного металла.

Расплавленный в зоне подачи концентрированной энергии металл кристаллизуется, образуя сварочный шов.

Сварочный электрод плавится за счет тепла, сконцент­рированного на его конце в приэлектродной области дуги. Количество тепла, выделяемого в этой области, напря­мую зависит от силы тока и электрического сопротивле­ния промежутка, образовавшегося между электродом и основным металлом. И чем больше вылет электрода, тем больше его сопротивление, и тем больше выделяется теп­ла. Нагреваясь до температуры 2300—2500°С, конец элек­трода плавится, а образовавшиеся при этом капли метал­ла переносятся через дуговое пространство и попадают в сварочную ванну. Этому процессу способствуют электро­статические и электродинамические силы, поверхност­ное натяжение, тяжесть металлической капли, давление газового потока, реактивное давление паров металла и т. д. @се эти силы, взаимодействуя между собой, форми­руют характер капельного переноса, который может быть круп но капельным, мелкокапельным и струйным (рис. 1). Крупнокапельный перенос металла характерен для руч­ной дуговой сварки, мелкокапельный — для сварки под флюсом или в среде углекислого газа, а струйный — для сварки в среде аргона.

Силы поверхностного натяжения формируют каплю на конце электрода и направлены внутрь нее. В отрыве и переносе капли участвуют электродинамические силы и давление газовых потоков. И чем больше сила тока, тем

больше эти силы и тем меньшими по размеру будут кап­ли расплавленного металла. При этом происходит элект­рический взрыв перемычки, образованной между отде­ляющейся каплей и торцом электрода. Этот взрыв сопро­вождается выбросом части металла за пределы сварочной ванны (так называемым разбрызгиванием, когда свароч­ный процесс сопровождается фонтаном искр).

Основной металл плавится под воздействием сконцен­трированного в активном пятне тепла, возникающего под воздействием дуги или газопламенной обработки. Элект­ромагнитные силы, вызывающие осевое Давление плаз­менного потока на сварочную ванну, будут пропорцио­нальны квадрату тока, создающего электрическую дугу. Поэтому, меняя силу тока электрической дуги, меняют размеры сварочной ванны в зависимости от толщины сва­риваемых деталей. Зависимость размеров сварочной ванны от величины напряжения можно выразить уравнениями:

В = Ш/( KCBS); L = к(],ид)2/{ Vc <52); Я = Ия,

где В — ширина сварочной ванны; L — длина сварочной ванны; Н~ глубина сварочной ванны; VCB — скорость сварки; S— толщина свариваемого металла; к — коэф­фициент, зависящий от рода тела, полярности, диаметра электрода, степени сжатия дуги и т. д.

Процесс формирования сварочной ванны происходя­щий под действием силы тяжести расплавленного метал­ла Р„, давления сварочной дуги Р и сил поверхностного натяжения Рю представлен на рис. 2. Распределение этих сил во многом зависит от расположения сварочного шва в пространстве. При нижнем расположении шва и при сквозном проплавлении жидкий металл удерживается в ванне силами поверхностного натяжения J*,, которые уравновешивают силу тяжести Рм и давление, оказывае­мое на ванну источником теплоты Рд (рис. 2,Л), то есть Рн = Р + Рн. Если это равновесие сил нарушается (/>„ < Р + Р„), то может произойти разрыв поверхностно­го слоя и металл вытечет из ванны, образуя прожог. В ре­альных условиях, когда сварочная ванна перемешается вдоль шва, могут возникать дополнительные силы гидро­динамического характера, перемещающие расплавлен­ный металл в хвостовую часть ванны. Для того чтобы урав­новесить все эти силы, удерживающие жидкий металл в

объеме ванны, следует принимать дополнительные меры. Для этого применяют сварку на подкладках и другие удер­живающие приспособления. Особенно важно значение та­ких мер при вертикальном и потолочном расположении шва (рис. 2>Б, Г). Формирование вертикального шва может происходить по двум направлениям — снизу вверх и сверху вниз. Когда шов формируют снизу вверх, то есть сварка выполняется на подъем, жидкий металл удержи­вается в ванне только силами поверхностного натяжения, а при сварке сверху вниз к этим силам добавляется дав­ление дуги. Горизонтальный шов на вертикальной плос - кости имеет свои особенности. В данном случае при не­правильно выбранных режимах сварки жидкий металл может концентрироваться на нижней плоскости шва, нарушая симметрию, что в конечном итоге снижает проч­ность сварки.

При потолочной сварке силы, действующие на жид­кую фазу металла, должны не только удерживать ее от стёкания вниз, но и перемещать электродный металл в направлении, противоположном силам тяжести. Во всех указанных случаях следует ограничить размеры свароч­ной ванны и тепловую мощность дуги.