Влияние параметров режима сварки на форму и размеры шва
Форма и размеры шва зависят от многих параметров режима сварки: ве-личины сварочного тока (Ісв.), напряжения дуги(Uд), диаметра электродной проволоки dэ, скорости сварки Vсв 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 долятеплоты, 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. hпр- 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/hпр ) 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.