Процессы плавления и переноса металла

При дуговой сварке

Перенос электродного металла на изделие при дуговой сварке плавящимся электродом является сложным процессом (рис. 12). После зажигания дуги (положение I) на поверхности торца электрода образуется слой расплавленного металла, который под действием сил тяжести и поверхностного натяжения собирается в каплю (положение II). Капли могут достигать больших размеров и перекрывать столб дуги (положение III), создавая на непродолжительное время короткое замыкание сварочной цепи, после чего образовавшийся мостик из жидкого металла разрывается, дуга возникает вновь и процесс каплеобразования повторяется (положения I΄, II΄ и III΄).

Размеры и количество капель, проходящих через дугу в единицу времени, зависят от полярности и силы тока, химического состава и физического состояния электродного металла (отожженный, наклепанный), состава покрытия и ряда других условий. Крупные капли, достигающие 3 – 4 мм, обычно образуются при сварке непокрытыми электродами, мелки капли (до 0,1 мм) – при сварке покрытыми электродами и большой плотности тока.

Перенос капель жидкого электродного металла на свариваемый металл происходит под действием ряда факторов: сил тяжести и поверхностного натяжения, газового реактивного и внутреннего давления, электродинамических и электростатических сил.

Электродинамические и электростатические силы. Большое значение в процессе переноса капель с электрода на изделие имеют электродинамические силы. Напряженность электрического поля электрода всегда больше напряженности электрического поля зоны основного металла в связи с тем, что плотность тока на электроде превышает плотность тока на изделии. При таком неравномерном распределении напряжений электрических полей возникает продольная сила, действующая вдоль оси электрода от более высокой напряжености к более низкой (от электрода к изделию). Эта сила, сжимая жидкий металл у торца электрода, способствует отделению капель и переносу их в сварочную ванну.

Воздействие магнитных полей на сварочную дугу

Прохождение электрического тока по элементам сварочной цепи, в том числе по свариваемому изделию (при использовании ферромагнитных металлов), создает магнитное поле, напряженность которого зависит от силы сварочного тока.

Газовый столб электрической дуги является гибким проводником электрического тока, поэтому он подвержен действию результирующего магнитного поля, которое образуется в сварочном контуре.

В нормальных условиях газовый столб дуги расположен симметрично оси электрода. Под действием электромагнитных сил происходит отклонение дуги от оси электрода в поперечном или продольном направлениях, что по внешним признакам подобно смещению факела открытого пламени при сильных воздушных потоках. Это явление называют магнитным дутьем.

Магнитное дутье проявляется преимущественно при сварке дугой постоянного тока. Заметное отклонение дуги наблюдается при токе 300 – 400 А и выше. Под воздействием дутья капли электродного металла разбрызгиваются в стороны, ухудшается качество швов, снижается производительность, т.к. сварку приходится выполнять короткими участками.

Уменьшение магнитного дутья достигается изменением места присоединения к изделию провода сварочного тока и размещением дополнительных ферромагнитных масс.

Присоединение сварочного провода в непосредственной близости к дуге резко снижает ее отклонение.

В качестве дополнительных ферромагнитных масс используют массивные стальные плиты, которые размещают в начале и в конце свариваемого соединения или вблизи дуги со стороны компенсирующего ее отклонения.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что называется электрической дугой?

2. Назовите условия возникновения дугового разряда.

3. Что называется термоэлектронной эмиссией?

4. Охарактеризуйте режим дуги переменного тока.

5. Назовите температуру катодной области, анодной области и температуру столба дуги.

6. Назовите и охарактеризуйте основные тепловые характеристики сварочной дуги.

7. Охарактеризуйте процессы плавления и переноса металла при дуговой сварке.

8. Какое явление называется магнитным дутьем? Чем достигается уменьшение магнитного дутья?

Литература:

Л1 стр. 12 – 24 (§4 – §7)

Д/з Особенности сжатой дуги.

Распространение тепла при дуговой сварке Л1 §5.

Тема 3. Металлургические процессы при сваривании дугой.

Вопросы темы:

Термический цикл.

Металлургические процессы сваривания электродами с различными видами покрытия. Особенности кристаллизации металла шва в сварочной ванне. Микроструктура шва и зоны термического влияния. Горячие и холодные трещины.

Термический цикл

При дуговой сварке источник тепла – электрическая дуга – перемещается вдоль свариваемых кромок, нагревая и расплавляя металл. Основной и электродный металлы, перемешиваясь в подвижной сварочной ванне и застывая, образуют сварной шов.

Температура жидкого металла в сварочной ванне не везде одинакова: на периферийных участках она близка к температуре плавления металла, а на участках, находящихся под воздействием электрической дуги, выше (Т = 1530 – 2300⁰).

Изменение температуры во время сварки в данной точке сварного шва или околошовной зоны называется термическим циклом (нагрев, плавление, затвердевание и остывание). Регулируя время нагрева и остывания путем правильного выбора режима сварки, можно повлиять на формирование структуры шва или околошовной зоны и получить шов требуемого качества.

Основными параметрами режима регулирующими термический цикл сварки, являются величина погонной энергии дуги (q/v) и начальная температура металла Т₀ (перед сваркой). С увеличением погонной энергии или начальной температуры металла (в случае предварительного подогрева) скорость охлаждения уменьшается, что благоприятно влияет на структуру шва.