ПЕРЕНОС МЕТАЛЛА ЧЕРЕЗ ДУГУ
Знание основных закономерностей переноса металла через дугу при электрической сварке плавлением имеет большое практическое значение, так как характер переноса металла оказывает влияние на технологические и металлургические процессы, качество и внешний вид шва.
Как установлено исследованиями и скоростной киносъемкой, перенос металла в электрической дуге осуществляется каплями разных размеров, причем независимо от положения, при котором выполняется сварка, капли всегда переходят с электрода на изделие.
Образование капель, их отрыв от электрода и перенос в дуге вызван рядом факторов: электромагнитными силами, силой тяжести, силой поверхностного натяжения жидкого металла, неравномерной напряженностью электрического поля, давлением образующихся газов внутри капли и реактивным действием потока газов, образующихся в «чехольчике» покрытия при сварке толстопокрытыми электродами. Рассмотрим влияние отдельных факторов.
Электромагнитные силы возникают вследствие появления магнитного поля вокруг проводника, по которому протекает электрический ток. Они оказывают сжимающее действие на проводник и в том числе на каплю металла, образующуюся на торце электрода. Магнитное сжатие способствует образованию «шейки» (рис. 25), и тем самым отрыву капли от электрода и переходу ее на свариваемое изделие.
Сила тяжести капли проявляется в стремлении капли перемещаться по вертикали сверху вниз; она способствует переносу капли через дугу при нижней сварке, но противодействует переносу капли при потолочной и частично при вертикальной сварке.
Сила поверхностного натяжения, обусловленная действием межмолекулярного притяжения, стремится придать расплавленному металлу на конце электрода сферическую форму, а капле — форму шара при ее перемещениях в дуге, и способствует слиянию капли с жидким металлом ванны. Сила поверхностного натяжения связана прямой зависимостью с размером капли: чем больше сила поверхностного натяжения, тем больше размер капли. Введением в атмосферу дуги элементов, снижающих поверхностное натяжение металла, можно уменьшить размер капель.
Сила поверхностного натяжения способствует также удержанию жидкого металла ванны от вытекания при сварке в потолочном п вертикальном положениях.
Неравномерность напряженности электрического поля возникает вследствие того, что плотность тока в электроде значительно выше плотности тока в изделии, в связи с чем и напряженность электрического поля зоны электрода больше напряженности электрического поля зоны сварочной ванны. Поэтому создается продольная сила, которая направлена от высокой напряженности к низкой, т. е. от электрода к сварочной ванне. Эта сила и содействует переносу капли от электрода к изделию.
Сила внутреннего давления газов возникает в результате протекания металлургических процессов в расплавленном металле «шейки» и капли, сопровождающихся образованием газообразной окиси углерода, объем которой во много раз превышает объем расплавленного металла. Вследствие этого мгновенно выделяющийся из металла газ способствует отрыву, дроблению и переходу капли на изделие.
Сила реактивного действия газов, образующихся в чехольчике (см. рис. 2) при сварке толсто покрытыми электродами, возникает вследствие того, что покрытие в первую очередь расплавляется и частично испаряется внутри чехольчика, где образуется большое количество газов, значительно увеличивающееся в объеме вследствие интенсивного нагревания. Это и приводит к появлению реактивной силы газов, отбрасывающих капли от электрода к изделию.
Установлено, что чем меньше размер капель, тем меньше время их нахождения на торце электрода, благодаря
чему металл капли меньше нагревается, а скорость плавлення электрода увеличивается, так как передача теплоты дуги твердому металлу происходит через меньший слой жидкого металла.
Мелкокансльный перенос металла улучшает стабильность горении дуги. Поэтому часто применяют специаль-
ные меры по уменьшению размеров капель путем вибрации электрода с амплитудой в десятые доли миллиметра за счет специальных устройств, что наряду с измельчением капель ускоряет плавление электродной проволоки.
Повышение силы сварочного тока при том же диаметре сварочной проволоки приводит к мелкокапельному переходу металла. Так как при этом катодное или анодное пятно начинает располагаться на боковой поверхности электрода, благодаря чему конец электрода приобретает конусообразную форму (рис. 26), и капли начинают образовываться на вершине конуса — перенос металла через дугу приобретает мелкокапельный характер.