Особенности процесса плавления металла в дуге.

На рис.7.5 показаны некоторые этапы формирования сварочной дуги.

На этапе «в» происходит короткое замыкание, приводящее к разрушению шейки. На этапе «г» под действием электромагнитных полей, давления паров и газов зоны дуги капля с брызгами ударяется о жидкий металл.

Рис.7.5. Этапы формирования сварочной дуги.

Время горения дуги и короткого замыкания равно 0,02- 0,05 сек. Влияние силы тяжести сказывается при сварке нижних и потолочных швов. Сильно влияют на перенос металла электромагнитные силы. Плотность тока через жидкую каплю велика. Поэтому заметно сжимающее действие магнитного поля. Оно ускоряет образование и сужение шейки капли и отрыв ее от электрода. Электрическое поле, напряженность которого направлена вдоль дуги в сторону сварочной ванны, ускоряет процесс отрыва капель и ее перенос.

Капли металла, проходящие через дугу, покрыты шлаковой оболочкой, образующейся от плавления веществ, входящих в покрытие электрода. Эта оболочка защищает металлические капли от окисления и азотирования, обеспечивая хорошее качество 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 составляет 30- 80%, при автоматической - 30- 40%.

Производительность сварки зависит от скорости расплавления электродного металла и оценивается коэффициентом расплавления a_р. Он численно равен массе электродного металла (г), расплавленного в течение 1 часа, приходящегося на 1А сварного тока [г/(Ач)]. При обратной полярности a_р больше, чем в случае прямой. На этот коэффициент влияют состав покрытия и его толщина. При РДС a_р= 6,5- 14,5 г/(Ач) .

Скорость наплавки характеризуется коэффициентом наплавки a_н. Это количество электродного металла в граммах, введенное в метал шва при токе 1А за 1 час.

a_р< a_р из-за угара и разбрызгивания металла.

Количество электродного металла, необходимого для получения сварного шва, можно определить с помощью соотношения

q_н= Lfr= a_нIt, г (7-3)

где L , f длина, площадь шва.

Пример: L= 10м; f= 2 см²; r=7,8 г*см³; I=200 A; a_н = 5 г/(Ач).

Масса наплавленного металла равна

q_н= 10³*2*7,8= 15,6 кг.

Время горения равно

t= 15, 6*10³/(5*200)= 15, 6 час.

Скорость наплавки

u= L/ t= 1000/15,6= 6,4 см/час.

Для учета потерь металла на угар и разбрызгивание вводят коэффициент y, т.е. q_э= q_н(1+y).

Тогда q_э= a_рIt.

Следует учитывать, что не всякий электрод способен нормально работать при заданном токе. В таблице 7.2 приведены токи, которые проводник может длительное время без перегрева пропускать.

Табл. 7.2

Свариваемость – это свойство металлов или их сочетания образовывать соединение, отвечающее требованиям конструкции, и ее эксплуатации. При этом физико-химические свойства соединения близки свойствам основного металла, а в ряде случаев появляются специальные свойства (коррозионная стойкость, жаропрочность, химстойкость...).

Свариваемость зависит от химического состава:

- при С<0,25% сварка происходит хорошо, при С> 0,35%- хуже, т.е. хорошо свариваются низкоуглеродистые стали;

(Заметим, что уже в стали 30, имеющей С»0,30%, появляются закалочные структуры, приводящие к трещинам. Шов при этом имеет поры. С увеличением содержания углерода проблемы получения качественного шва возрастают);

- повышение содержания марганца свыше 0,3- 0,8% ведет к образованию трещин;

- увеличение содержания кремния (до 0,8- 1,5%) придает стали жидкотекучесть и образует тугоплавкие окислы;

- сера и фосфор ухудшают качество шва.

Перед внедрением каждой новой технологии сварки необходимо проводить аттестацию технологии сварки, осуществляемую по соответствующим нормативным документам.

Современные технологии позволяют сваривать многие материалы. При этом следует помнить, что

хорошо свариваются стали Ст0, Ст1…Ст.3, 08, 10, 15, 20, 25;

удовлетворительно свариваются стали Ст.4, 30, 35;

ограниченно свариваются стали Ст.6, Ст.7, 40, 45, 50;

плохо свариваются стали 60Г, 65Г, 70, 75, 80, 85

и другие высоуглеродистые стали;

хорошо свариваются низколегированные стали, содержащие кроме углерода менее 2,5% легирующих элементов;

средне свариваются среднелегированные стали (2,5%- 10% легирующих элементов);

плохо свариваются высоколегированные стали (>10%)