Технологія перенесення металу з електрода у зварювальну ванну
Характер перенесення електродного металу в зварювальну ванну дуже впливає як на формування шва, так і на металургійні реакції в зоні зварювання, що впливає на склад і якість шва.
Як показали дослідження, перевірені способом швидкісної кінозйомки, перенесення металу з електрода у зварювальну ванну відбувається у вигляді крапель різного діаметра, причому незалежно від положення шва у просторі краплі завжди переходять з електрода на виріб.
Відрив і перенесення крапель у дузі викликаний багатьма факторами: силою тяжкості, що діє на краплю, силою поверхневого натягу рідкого металу, електромагнітними силами, тиском газів, що утворюються всередині краплі.
Сила тяжкості сприяє перенесенню краплі у зварювальну ванну при зварюванні в нижньому положенні, але протидіє її перенесенню при зварюванні у стельовому та вертикальному положеннях.
Сила поверхневого натягу, обумовлена дією міжмолекулярного тяжіння і прагне додати краплі форму кулі при її переміщеннях у дузі, сприяє злиттю краплі з рідким металом ванни. Сила поверхневого натягу сприяє також утриманню рідкого металу ванни від витікання при зварюванні у стельовому та вертикальному положеннях.
Електромагнітні сили, що виникають внаслідок появи магнітного поля навколо провідника зі струмом і надають на поверхню електрода і краплю стискає дію (рис. 11), сприяють відриву краплі від електрода і переходу її на виріб, що зварюється.
Поряд з цим у утворюваному перешийку між краплею і електродом внаслідок зростання опору при проходженні струму виділяється велика кількість тепла, що викликає вибухоподібне перегорання перешийка і виникнення додаткових сил, що штовхаютькраплю до виробу.
Мал. 11. Схема дії електромагнітних сил на краплю електродного металу в момент її відриву при дуговому зварюванні.
При протіканні металургійних реакцій усередині краплі рідкого металу утворюється газоподібний окис вуглецю, об'єм якої значно перевищує обсяг краплі.
Внаслідок цього миттєво виділяється з металу газ сприяє відриву краплі від електрода, її дроблення та переходу на виріб. При зварюванні відкритою дугою вибухоподібне виділення газу призводить до вилітання частини рідкого металу за межі зварювальної ванни, тобто до розбризкування рідкого металу (втрат його).
Характер перенесення крапель з електрода у зварювальну ванну залежить від величини зварювального струму та напруги дуги. Зі збільшенням струму (за інших рівних умов) розмір крапель зменшується, а кількість їх утворення в одиницю часу сильно зростає.
Час утворення кожної з крапель на кінці електрода і час перельоту через дуговий проміжок у зварювальну ванну при цьому зменшується. Зі збільшенням напруги на дузі (довжини дуги) навпаки розмір крапель збільшується, а кількість їх в одиницю часу зменшується (рис. 12).
Час утворення краплі на кінці електрода і час перельоту через дуговий проміжок при цьому зростає. У процесі зварювання на мінімальних щільності струму (відношення зварювального струму до площі перерізу електрода) краплі електродного металу переходять у ванну при коротких замиканнях. При підвищених щільності струму та напрузі дуги відбувається струменеве перенесення розплавленого електродного металу без коротких замикань.
Мал. 12. Зміна величини крапель електродного металу:а - залежно від напруги на дузі (17В, 20В, 24В) при зварюванні зі швидкістю 30 м/год у вуглекислому газіпостійним струмом зворотної полярності 90А дротом діаметром 0,8 мм б - криві залежності середнього розміру крапель від сили струму при різних способах зварювання; 1 — зварювання відкритою незахищеною дугою постійним струмом зворотної полярності маловуглецевим дротом, 2 — зварювання в аргоні дротом Св-06Х19Н9Т діаметром 2 мм струмом зворотної полярності, 3 — ручне зварювання електродами OMM-5 струмом прямої полярності, 4 дротом струмом прямої полярності (цифри на лівому малюнку вказують напругу на дузі у вольтах)
В електрошлаковому процесі спостерігається краплинне перенесення електродного металу у зварювальну ванну. Зі збільшенням зварювального струму кількість крапель, що переносяться в 1 с, різко зростає, проте середня маса краплі та діаметр її значно при цьому зменшуються.
На відміну від дугового зварювання при електрошлаковому процесі збільшення напруги зварювання при незмінному струмі викликає збільшення кількості крапель, що переносяться в 1 с, а середня маса краплі та діаметр її зменшуються, тобто при електрошлаковому зварюванні зміна зварювального струму і напруги однаково впливає на перенесення електродного металу у зварювальну ванну.