Процессы плавления и переноса металла при дуговой сварке

Перенос электродного металла на изделие при дуговой сварке плавящимся электродом является сложным процессом (рис. 12). После зажигания дуги (положение I) на поверхности торца электрода образуется слой расплавленного металла, который под действием сил тяжести и поверхностного натяжения собирается в каплю (положение II). Капли могут достигать больших размеров и перекрывать столб дуги (положение III), создавая на непродолжительное время короткое замыкание сварочной цепи, после чего образовавшийся мостик из жидкого металла разрывается, дуга возникает вновь и процесс каплеобразования повторяется (положения I΄, II΄ и III΄).

Размеры и количество капель, проходящих через дугу в единицу времени, зависят от полярности и силы тока, химического состава и физического состояния электродного металла (отожженный, наклепанный), состава покрытия и ряда других условий. Крупные капли, достигающие 3 – 4 мм, обычно образуются при сварке непокрытыми электродами, мелки капли (до 0,1 мм) – при сварке покрытыми электродами и большой плотности тока.

Перенос капель жидкого электродного металла на свариваемый металл происходит под действием ряда факторов: сил тяжести и поверхностного натяжения, газового реактивного и внутреннего давления, электродинамических и электростатических сил.

Электродинамические и электростатические силы. Большое значение в процессе переноса капель с электрода на изделие имеют электродинамические силы. Напряженность электрического поля электрода всегда больше напряженности электрического поля зоны основного металла в связи с тем, что плотность тока на электроде превышает плотность тока на изделии. При таком неравномерном распределении напряжений электрических полей возникает продольная сила, действующая вдоль оси электрода от более высокой напряжености к более низкой (от электрода к изделию). Эта сила, сжимая жидкий металл у торца электрода, способствует отделению капель и переносу их в сварочную ванну.

Воздействие магнитных полей на сварочную дугу

Прохождение электрического тока по элементам сварочной цепи, в том числе по свариваемому изделию (при использовании ферромагнитных металлов), создает магнитное поле, напряженность которого зависит от силы сварочного тока.

Газовый столб электрической дуги является гибким проводником электрического тока, поэтому он подвержен действию результирующего магнитного поля, которое образуется в сварочном контуре.

В нормальных условиях газовый столб дуги расположен симметрично оси электрода. Под действием электромагнитных сил происходит отклонение дуги от оси электрода в поперечном или продольном направлениях, что по внешним признакам подобно смещению факела открытого пламени при сильных воздушных потоках. Это явление называют магнитным дутьем.

Магнитное дутье проявляется преимущественно при сварке дугой постоянного тока. Заметное отклонение дуги наблюдается при токе 300 – 400 А и выше. Под воздействием дутья капли электродного металла разбрызгиваются в стороны, ухудшается качество швов, снижается производительность, т.к. сварку приходится выполнять короткими участками.

Уменьшение магнитного дутья достигается изменением места присоединения к изделию провода сварочного тока и размещением дополнительных ферромагнитных масс.

Присоединение сварочного провода в непосредственной близости к дуге резко снижает ее отклонение.

В качестве дополнительных ферромагнитных масс используют массивные стальные плиты, которые размещают в начале и в конце свариваемого соединения или вблизи дуги со стороны компенсирующего ее отклонения.