5. Перенос металла в сварочной дуге, характер переноса. Силы, действующие в дуге на расплавленный металл.

Перенос металла через дугу

При ручной дуговой сварке конец покрытого электрода нагревается до температуры порядка 2100-2300°С. Интенсивный нагрев конца электрода вызывает плавление электродного стержня и покрытия, сопровождаемое стеканием жидкого металла в виде капель в сварочную ванну.

Перенос расплавленного электродного металла через дуговое пространство является сложным физическим процессом. При ручной дуговой сварке различают два вида переноса: через одинарную дугу и через двойную (рис. 11). Кроме того, перенос металла может протекать как без коротких замыканий крупных или мелких капель, так и с короткими замыканиями (рис. 12). Перенос металла без коротких замыканий, как правило, характерен для сварки удлиненной дугой, с короткими замыканиями — для сварки короткой дугой и опиранием. В большинстве случаев предпочтительным является мелкокапельный перенос, поскольку в этом случае повышается стабильность горения дуги, уменьшается разбрызгивание, улучшается формирование и другие свойства шва.

Вид и характер переноса электродного металла зависят от состава, влажности и толщины покрытия, режимов и положения сварки. Для сварки электродами с основным покрытием свойственен крупнокапельный перенос металла, с кислым и рутиловым покрытиями — мелкокапельный.

Основными силами, действующими на каплю расплавленного электродного металла и влияющими на ее формирование и перенос через дугу при ручной сварке, являются: силы тяжести и поверхностного натяжения, электродинамическая сила пинч-эффекта, силы реактивного давления паров и газов и давления газовых (плазменных) потоков.

Сила тяжести может способствовать или препятствовать переносу капель в дуге (в зависимости от положения сварки)

Сила поверхностного (межфазного) натяжения — одна из главных сил, удерживающих каплю на электроде при всех его положениях. Эту силу формально можно представить в виде механической силы, действующей в тонкой растягиваемой молекулярной пленке, окружающей каплю жидкого металла. Увеличение поверхностного натяжения способствует росту размеров и массы капли, образуемой на торце электродного стержня и переносимой через дуговой промежуток в сварочную ванну.

Величина поверхностного натяжения жидкого металла определяется его химическим составом и температурой. Наличие небольших количеств поверхностно-активных веществ, например кислорода, может привести к значительному снижению поверхностного натяжения (Поверхностно-активными веществами называют растворенные в жидкости вещества, концентрирующиеся в поверхностном слое и снижающие поверхностное натяжение жидкости). Так, высокое содержание кислорода в жидком металле и шлаке, имеющее место при сварке электродами с кислым и рутиловым покрытиями, снижает межфазное натяжение на границе металла со шлаком вследствие чего уменьшается размер переносимых через дугу капель. Увеличение температуры капель также приводит к снижению поверхностного натяжения и способствует уменьшению размеров капель, что и наблюдается при ручной сварке на повышенном токе.

Электродинамическая сила пинч-эфекта, может оказывать значительное воздействие на каплю жидкого металла, способствуя ее отделению от электрода и переходу в сварочную ванну независимо от пространственного расположения, наиболее ощутима она при сварке на повышенных режимах, а также при сварке с короткими замыканиями (как правило, на короткой дуге).

Реактивная сила давления паров и газов возникает за счет ин1тенсивного поверхностного испарения в зоне активного пятна дуги металла электродного стержня, выделения в этой зоне паров воды и газов, образующихся при разложении компонентов электродного покрытия и прохождении химических реакций. В результате чрезвычайно быстрого прохождения этих процессов появляется усилие отдачи паров и газов, направленное к плоскости активного пятна дуги. Под действием этой реактивной силы истечения паров и газов расплавленный металл на торце электрода деформируется, и часть его выдавливается с образованием покрытого шлаком выступа (рис. 11, а), который отрывается и увлекаемый мощным газовым потоком дуги в виде капли переносится в сварочную ванну.

Следует отметить, что в ряде других случаев реактивная сила давления паров препятствует отделению и переносу капли электродного металла через дуговой промежуток. Это происходит когда реактивная сила приложена к активному пятну дуги, расположенному на капле (см. рис. 11, в).

Сила давления газовых (плазменных) потоков дуги при руч­ной сварке направлена от электрода к сварочной ванне. В зависи­мости от вида переноса расплавленного металла через дугу она может способствовать отрыву капли от торца электрода и перехо­ду ее через дуговой промежуток (см. рис. 11, б) или только пере­носу капли через дугу (см. рис. 11, в).