Плотности и газопроницаемость.

При меньшей плотности (при большей разности плотностей жидкого Ме и шлака) шлак легко удаляется из ванны, всплывая на поверхность.

Газопроницаемость основных шлаков больше газопроницаемости кислых шлаков. С точки зрения защиты Ме от атмосферных газов это является отрицательной характеристикой, а с точки зрения удаления через шлак газов – положительной. Это необходимо при понижении температуры в случае кристаллизации Ме шва.

Электропроводность.

Хорошая электропроводность может быть положительным фактором при ЭШС, отрицательным – при ручной сварке и, в некоторых случаях, при сварке под флюсом.

Вывод: К шлакам предъявляют такой комплекс требований, который заставляет осуществлять очень сложный выбор их составов. Цель – обеспечить необходимые свойства при сварке различных Ме и сплавов

 

 

Факторы, определяющие характер переноса металла при дуговой сварке плавлением.

Особенности переноса металла в дуге с плавящимся электродом.

Виды переноса металла.

В зависимости от условий сварки, силы, плотности и формы кривой тока, вида защиты, полярности дуги, можно выделить 5 основных видов переноса металла в дуге.

	Вид переноса	Типовые примеры
	с коротким замыканием, крупнокапельный	ручная сварка при плотности тока i ≤ 10 А/мм2
	с коротким замыканием, мелкокапельный	сварка в CO2
	без короткого замыкания, мелкокапельный	сварка под флюсом с i > 10 А/мм2
	Струйный	сварка в инертных газах тонкой проволокой i > 10 А/мм2
	парами металла	при всех видах сварки плавлением, как дополнение к другим видам переноса

Характер переноса металла оказывает значительное влияние на интенсивность химических процессов в дуге и ванне. От него зависит устойчивость процесса, разбрызгивание металла, формирование шва.

Пример: При автоматической сварке (механизированной) в процессе сварки желателен струйный перенос, гарантирующий лучшее формирование и качество сварного шва.

Поскольку перенос металла зависит от множества факторов, рассмотрим наиболее важные из них.

Силы, действующие на расплавленный металл в дуге.

1. Сила тяжести.

2. Сила поверхностного натяжения.

3. Электродинамические силы (см. курс лекций за 1 семестр, стр.21).

4. Реактивные силы и плазменные потоки.

Силы тяжести способствуют переносу металла в нижнем положении и препятствуют в потолочном. Их влияние особенно заметно при сварке на малых токах, т.к. в этом случае электродинамические силы сравнительно невелики.

Силы поверхностного натяжения являются основными силами, удерживающими каплю на торце электрода. Эти силы придают капле жидкости сферическую форму, кроме того, удерживают каплю в потолочном положении, а также всасывают каплю в жидкую сварочную ванну. Эти силы создают внутри капли радиуса R избыточное давление:

,

где - коэффициент поверхностного натяжения, равный отношению силы, действующей на границе поверхности плёнки жидкости к единице длины этой плёнки. Это работа сил поверхностного натяжения, затрачиваемая на образование единицы поверхности [Дж/м]. Чем меньше a, тем мельче капли жидкости, больше их суммарная поверхность, интенсивнее идут химические реакции, и возрастает вероятность перехода мелкокапельного переноса в струйный.

Взаимодействие жидкого металла с газами и шлаком изменяет его поверхностное натяжение (например, кислород снижает поверхностное натяжение стали, поэтому при сварке в инертном газе в него добавляют до 5% O₂). Поверхностное натяжение снижается при повышении температуры капель.

При сварке на постоянном токе обратной полярности анодное пятно возникает на поверхности жидкой капли электродного металла. С увеличением тока размер анодного пятна растёт, но плотность тока в нём остаётся постоянной. Следовательно, перегрев капли металла, и её кипение наступает при меньших токах, чем при сварке на прямой полярности и химические реакции идут интенсивнее. При увеличении плотности тока до 20 А/мм² и выше наблюдается ”электрокапиллярный эффект”. Его суть в понижении a и переходе от капельного переноса к струйному.

Электродинамические силы радиально сжимают каплю на торце плавящегося электрода. Они сильно влияют на перенос металла через дугу, особенно при больших токах, так как величина электродинамических сил пропорциональна квадрату силы сварочного тока.

Струйный перенос характерен для газоэлектрической сварки. Он сопровождается образованием конуса металла на конце электрода. При этом размер капель монотонно уменьшается.

 

При некотором значении критического тока капельный перенос переходит в струйный. При сварке на обратной полярности I_кр больше, чем I_кр при сварке на прямой полярности.

Обхват дугой торцов электрода способствует струйному переносу. С увеличением d_эл критический ток растёт почти линейно, а плотность тока i падает по гиперболической кривой.