Влияние параметров режима сварки на форму и размеры шва

Форма и размеры шва зависят от многих параметров режима свар­ки: ве-личины сварочного тока (І_св.), напряжения дуги(U_д), диаметра элект­родной проволоки d_э, скорости сварки V_св и др. Такие параметры, как наклон элект-рода или изделия, величина вылета электрода, гра­нуляция флюса, род тока и полярность и т. п. оказывают меньшее влияние на форму и размеры шва.

Необходимое условие сварки - поддержание дуги. Для этого скорость подачи электрода должна соответствовать скорости его плавления теплотой дуги. С увеличением силы сварочного тока скорость подачи электрода должна увеличиваться (рис. 27).

1 – З0...32В; 2 - 50...52В

Рисунк 27- Зависимость скорости подачи электродной проволоки от величины сва­рочного тока при различных диаметрах электродной проволоки и напряжениях дуги

Электродные проволоки меньшего диаметра при равной силе сварочноготока следует подавать с большей скоростью. Условно это можно представить как расплавление одинакового количества электродного металла при равном количестве теплоты, выделяемой в дуге (в действительности количество рас-плавляемого электродногометалла несколько увеличивается с ростом плот-ности сва­рочного тока). При некотором уменьшении скорости подачи длина дуги и ее напряжение увеличиваются. В результате уменьшаются дол я теплоты, идущая на расплавление электрода, и количество расплавляемого электрод-ного металла.

Влияние параметров режима на форму и размеры шва обычно рассматри-вают при изменении одного из них и сохранении осталь­ных постоянными. Приводимые ниже закономерности относятся к случаю наплавки на пластину, когда глубина проплавления не превышает 0,7 ее толщины (при большей глу-бине проплавления ухудшение теплоотвода от нижней части сварочной ванны резко увеличивает глубину проплавления и изменяет форму и размеры шва).

С увеличением силы сварочного тока (рис. 28, а) глубина проплавления возрастает почти линейно до некоторой величины.

Рисунок 28– Влияние на размеры поперечного сечения шва:

а - величины сварочно­го тока; б - напряже­ния дуги; в -скорости сварки;

г - вылета элек­трода. h_пр- глубина про­плавления; е - ширина;

g - высота усиления шва

Это объясняется ростом давления дуги на поверхность сварочной ванны, которым оттесняется расплавленный металл из-под дуги (улучшаются условия теплопередачи от дуги к основному металлу), и увеличением погонной энергии. Ввиду того, что повышается количество расплавляемого электродного металла, увеличивается и высота усиления шва. Ширина шва возрастает незначительно, так как дуга заглубляется в основной металл (находится ниже плоскости ос-новного металла).

Увеличение плотности сварочного тока (уменьшение диаметра электрода при постоянном токе) позволяет резко увеличить глу­бину проплавления (табл. 1).

 

Это объясняется уменьшением подвижности дуги. Ширина шва при этом уменьшается. Путем уменьшения диаметра электродной проволоки можно по-лучить шов с требуемой глубиной нроплавления в случае, если величина макси-мального сварочного тока, обеспечиваемая источником пи­тания дуги, ограничена. Однако при этом уменьшается коэффи­циент формы провара шва (Ψ = е/h_пр ) и интенсифицируется зональ­ная ликвация в металле шва (рис. 29), располагающаяся в его рабочем сечении. Род и полярность тока ока­зывают значительное влияние на форму и размеры шва, что объясняется различным количеством теплоты, выделяющимся на катоде и аноде дуги.

Рис. 29. Зональная ликвация в метал­ле шва:

а — при узкой форме провара; б — при ши­рокой форме провара

 

При сварке на постоянном токе прямой полярности глубина проплавления на 40-50%, а на переменном - на 15-20% меньше, чем при сварке на постоянном токе обратной полярности.

Поэтому швы, в которых требуется небольшое количество электродного металла и большая глубина проплавления (стыковые и угловые без разделки кромок), целесообразно выполнять на постоянном токе обратной полярности. При увеличении напряжения дуги (длины дуги) увеличивается ее подвиж-ность и возрастает доля теплоты дуги, расходуемая на расплавление флюса (количество рас­плавленного флюса). При этом растет ширина шва (см. рис. 28,б),а глубина его проплавления остается практически посто­янной. Этот па-раметр режи­ма широко используют в практике для регулирования ширины шва.

Увеличение скорости сваркиуменьшает погонную энергию и изменяет толщи­ну прослойки расплавлен­ною металла под дугой. В результате этого основные размеры шва уменьшаются (см. рис. 28, в). Однако в некоторых случаях (сварка тонкими прово­локами на повышенной плотности сварочного тока) увеличение скорости сварки до некоторой величины, уменьшая прослойку расплавленного металла под дугой и теплопередачу от нее к основному металлу, может привести к росту глубины проплавления. При дальнейшем увеличении скорости сварки закономерности изменения размеров шва такие же, как на рис. 28, в. При чрезмерно больших скоростях сварки и силе сварочного тока в швах могут образовываться подрезы.

С увеличением вылета электрода (см. рис. 28, г) возрастает ин­тенсивность его подогрева, а значит, и скорость его плавления. В результате толщина прос-лойки расплавленного металла под дугой увеличивается и, как следствие этого, уменьшается глубина проплавления. Этот эффект иногда используют при сварке элек­тродными проволоками диаметром 1-3 мм для увеличения коли­чества расплавляемого электродного металла при сварке швов, образуемых в основном за счет добавочного металла (способ сварки с увеличенным вылетом электрода).

В некоторых случаях, особенно при автоматической наплавке, электроду сообщают колебания поперек направления шва (рис. 30, а) с различной ампли-тудой и частотой, что позволяет в широких пределах изменять форму и разме-ры шва.

 

Рис. 30. Схемы сварки:

а — электродом с поперечными коле­баниями; б - сдвоенным электродом

При сварке с поперечны­ми колебаниями электрода глубина проплав-ления и высота уси­ления уменьшаются, а ширина шва увеличивается и обычно несколько больше амплитуды колебаний. Этот способ удобен для предупреж-дения прожогов при сварке стыковых соединений с повышенным зазором в стыке или уменьшенным притуплением кромок. Подобный же эффект на­б-людается при сварке сдвоенным электродом (рис. 30, б и 26, а), когда элект-роды расположены по­перек направления сварки. При их последовательном расположе­нии глубина проплавления, на­оборот, возрастает.

 

 

Рисунок 3.19 - Схема влияния диаметра электрода (а) и напряжения дуги (б)на форму шва

 

Состав и строение частиц флюса оказывают заметное влияние на форму и размеры шва. При уменьшении насыпной массы флюса (пемзовидные флюсы) повышается газопроницаемость слоя флюса над сварочной ванной и, как резу-льтат этого, уменьшается давле­ние в газовом пузыре дуги. Это приводит к увеличению толщины прослойки расплавленного металла под дугой, а значит, и к умень­шению глубины проплавления. Флюсы с низкими стабилизи­рующими свойствами, как правило, способствуют более глубокому проплавлению.

Пространственное положение электрода и изделия (см. рис. 13) при сварке под флюсом оказывает такое же влияние на форму и размеры шва, как и при ручной сварке. Для предупреждения стекания расплавленного флюса, ввиду его высокой жидкотекучести, сварка этим способом возможна только в нижнем положе­нии при наклоне изделия на угол не более 10—15°. Изменение формы и размеров шва наклоном изделия находит практическое применение только при сварке кольцевых стыков труб ввиду сложности установки листовых конструкций в наклонное поло­жение. Сварка с наклоном электрода находит применение для повышения скорости многодуговой сварки. Подогрев основного металла до температуры 100 °С и выше приводит к увеличению глубины провара и ширины шва.