Влияние параметров режима сварки модулированным током на формирование сварного шва

Одним из основных преимуществ процесса сварки модулированным током являются лучшие, чем при сварке стационарной дугой, условия выполнения швов в различных пространственных положениях. Трудность выполнения швов в отличных от нижнего пространственного положения заключается в текучести сварочной ванны под действием различных сил.

Эта проблема решается сваркой модулированным током, с помощью которого регулируется объем сварочной ванны и время ее кристаллизации.

При сварке модулированным током критерием текучести ванны может служить скорость кристаллизации в ней металла во время t_п. Эта скорость определяет как текучесть ванны, так и ее массу в единицу времени, которые обеспечивают возможность сварки в различных пространственных положениях. Текучесть и масса ванны могут быть сведены к минимуму путем регулирования режимов сварки, главным образом значение t_и и t_п.

Формирование швов тесно связано с существованием и кристаллизацией сварочной ванны.

Если сварочная ванна имеет небольшую глубину при данной ширине, обеспечивается направленный рост кристаллов. Если при той же ширине ванны глубина ее велика, неизбежен радиальный, т.е направленный к оси шва в его поперечном сечении, а не осевой рост кристаллов. Действительно, при сварке в узкую разделку, когда ширина разделки мала, а глубина ее велика, имеет место направленный к оси шва рост кристаллов. Однако при сварке модулированной дугой характер кристаллизации меняется.

Сварка модулированным током предопределяет использование только узкой разделки свариваемых деталей с относительно большой толщиной стенки. В этом случае сварочная ванна характеризуется малым коэффициентом формы. Сварка стационарной дугой в этих условиях неизбежно приводит к росту кристаллов в направлении оси шва. Пульсация тепловой мощности дуги устраняет этот недостаток, кристаллы растут снизу вверх (при многопроходной сварке корневого шва к облицовочному), а расплавление и кристаллизация металла сварочной ванны при сварке модулированным током принципиально отличаются от процессов кристаллизации характерных при сварке стационарной дугой.

Изменение цикличности пульсации тока и напряжения на дуге можно регулировать тепловое воздействие дуги на металл шва. Пульсации тока и напряжения вызывают соответствующую пульсацию температуры в сварочной ванне и в зоне термического влияния, позволяя периодически переплавлять металл сварочной ванны, проводить локальную термическую обработку, смещать положение точек Ас1 и Ас3.

Пульсация электрических параметров дуги способствует интенсивному механическому перемешиванию жидкого металла ванны, так как механическое давление дуги увеличивается и уменьшается вместе со сварочным током.

Следовательно, в процессе сварки происходит перемешивание жидкого металла ванны, причем по оси шва перемещаются массы жидкого металла в большом объеме и более интенсивно, чем в поперечном направлении шва. Это относится к случаю сварки швов в разделку. При сварке швов без разделки кромок волнообразные перемещения жидких масс ванны способствуют интенсивному механическому перемешиванию расплава со всеми вытекающими отсюда благоприятными последствиями.

В общем виде после каждого цикла пульсации дуги кристаллизуется некоторый объем металла шва, т.е. жидкая ванна кристаллизуется циклически небольшими слоями во время t_п.

Рассмотрим влияние характера изменения мощности дуги на процесс кристаллизации шва. Когда мощность дуги в процессе пульсации изменяется от своего максимального значения до минимального по вертикальной прямой, процесс кристаллизации сварочной ванны уподобляется кристаллизации слитка. Направленность роста кристаллов зависит только от формы сварочной ванны. При малом коэффициенте ее формы кристаллы растут к наиболее нагретой центральной части ванны.

Если изменение мощности дуги происходит по плавной кривой и уменьшающиеся постепенно тепловложения позволяют затвердевать объемам сварочной ванны, расположенным глубже.

Количественное соотношение жидкой и твердой фаз в остывающем шве регулируется минимальной мощностью, необходимой также для предотвращения затухания дуги, крутизной ниспадающей кривой и времени t_п. Практически режимы сварки назначаются таким образом, чтобы вся сварочная ванна в продольном сечении шва была покрыта тонким слоем жидкого металла.

Влияния параметров режима сварки модулированным током на химический состав металла при сварке в стационарном режиме и сварке модулированным током приведены в работе [3].

Отобразим графически изменение химического состава металла шва в зависимости от способа сварки (рис.1.6). Из рисунка видно, что при сварке модулированным током происходит меньшее выгорание химических элементов, кроме молибдена. Так же показан режим сварки, выделенный горизонтальными и вертикальными линиями, наиболее благоприятно влияющий на химический состав металла шва.

Таким образом, с точки зрения качества сварного шва, выполняемого модулированным током, первостепенное значение имеют следующие факторы: многократные переплавы каждой порции металла, механическое перемещение объемов жидкого металла сварочной ванны, послойна кристаллизация металла сварочной ванны, наличие жидкого металла над затвердевающими слоями кристаллизации шва и, как следствие этого, направленный снизу вверх рост кристаллов при затвердевании сварочной ванны.

- стационарный режим, - режим сварки с модуляцией

Рисунок 1.6 – Влияние режима сварки на хим.состав металла шва