ЗАО "Сварочные технологии"

С увеличением сварочного тока возрастает давление дуги, вследствие чего жидкий металл сварочной ванны более интенсивно вытесняется из-под электрода и дуга погружается в глубь основного металла.

Глубина проплавления основного металла h_п при этом увеличивается, в меньшей степени возрастает ширина шва b. Коэффициент формы шва при этом уменьшается.

Чем выше сварочный ток при неизменном напряжении, тем больше количество расплавляемого в единицу времени электродного металла, что приводит к увеличению высоты усиления а. В результате получается глубокий и узкий шов с большим усилением (рис. 60). Такие швы на низкоуглеродистых и низколегированных сталях менее стойки против образования трещин, а сварные соединения с подобными швами даже при отсутствии трещин обладают худшей работоспособностью при вибрационных (знакопеременных) нагрузках благодаря резкому переходу от шва к основному металлу. В этом месте чаще всего преждевременно разрушаются сварные соединения.

(рис. 60) Изменение глубины проплавления и высоты шва в зависимости от величины сварочного тока

Следует также иметь в виду, что с повышением сварочного тока при прочих неизменных условиях уменьшается количество расплавляемого флюса.

Зависимость глубины проплавления от сварочного тока выражается формулой

h_п = К · I_св

где К - коэффициент пропорциональности (табл. 15), зависящий от рода тока и его полярности, от диаметра электрода и состава флюса.

Таблица 15. Значения коэффициента К в зависимости от марки флюса и диаметра электрода, рода тока и полярности

Из табл. 15 следует, что при сварке под флюсом постоянным током обратной полярности глубина проплавления меньше, чем при прямой полярности.

С увеличением диаметра проволоки при неизменном сварочном токе (т. е. с уменьшением плотности тока) усиливается блуждание активного пятна по сечению конца электрода и по поверхности сварочной ванны, вследствие чего ширина шва возрастает, а глубина проплавления уменьшается (табл. 16). Уменьшение диаметра проволоки при неизменном токе (увеличение плотности тока) приводит к обратному явлению - сосредоточению активного пятна на оси электрода и уменьшению блуждания дуги по поверхности сварочной ванны. Вследствие этого глубина проплавления возрастает, а ширина шва уменьшается.

Таблица 16. Влияние плотности тока (диаметра электрода) на форму шва

С повышением напряжения дуги при неизменном токе увеличиваются ее длина и подвижность, в результате чего значительно возрастает ширина шва и уменьшается высота его усиления. При этом глубина проплавления уменьшается незначительно (рис. 61).

(рис. 61) Изменение глубины проплавления в зависимости от скорости сварки под флюсом 20 м/ч и диаметре электродной проволоки 5 мм

В табл. 17 и 18 приведены данные, характеризующие влияние напряжения дуги на ширину проплавления при сварке постоянным и переменным током.

Таблица 17. Влияние напряжения дуги на ширину проплавления при сварке переменным током

Таблица 18. Влияние напряжения дуги на ширину проплавления при сварке постоянным током

При сварке под флюсом постоянным током прямой полярности ширина проплавления с увеличением напряжения увеличивается в меньшей степени, чем при сварке постоянным током обратной полярности. Это вызвано тем, что при сварке под флюсом током прямой полярности (при которой на электроде выделяется меньше тепла, чем на основном металле) почти вся дополнительная тепловая энергия, выделяемая в дуге при увеличении напряжения, расходуется на дополнительное плавление флюса и лишь незначительное ее количество затрачивается на дополнительный нагрев и плавление основного металла.

Таким образом, сварочный ток и напряжение дуги оказывают противоположное действие на форму шва. Поэтому для получения шва оптимальной формы увеличение сварочного тока при увеличении толщины свариваемого металла должно обязательно сопровождаться соответствующим повышением напряжения дуги. На практике напряжение дуги устанавливают в зависимости от величины сварочного тока и диаметра электрода (табл. 19).

Таблица 19. Зависимость напряжения дуги от сварочного тока при сварке под флюсом

Изменение скорости сварки при неизменном токе и напряжении оказывает влияние на глубину и ширину проплавления и на площадь сечения шва вследствие изменения положения столба дуги, толщины слоя жидкого металла под дугой и погонной энергии сварки. С увеличением скорости сварки столб дуги отклоняется в сторону, противоположную направлению сварки, вследствие чего из-под дуги вытесняется больше жидкого металла и толщина его слоя уменьшается (рис. 62). Вместе е этим уменьшается погонная энергия сварки, что приводит к сокращению площади сечения шва.

(рис. 62) Влияние скорости сварки на отклонение столба дуги и толщину слоя жидкого металла (схема): а - малая скорость сварки, б - большая скорость сварки

Жидкий металл сварочной ванны под дугой является как бы подушкой между дугой и основанием ванны (свариваемым металлом), препятствующей углублению дуги и увеличению проплавления основного металла. Чем толще слой жидкого металла под дугой, тем меньше глубина проплавления. Поэтому с возрастанием скорости сварки до 40-50 м/ч наблюдается некоторое увеличение глубины проплавления, несмотря на уменьшение погонной энергии сварки и площади сечения шва. При дальнейшем увеличении скорости сварки влияние уменьшения погонной энергии становится преобладающим и в результате этого глубина провара и площадь сечения шва уменьшаются.

Увеличение скорости сварки сопровождается уменьшением ширины провара (рис. 63), что обусловлено снижением погонной энергии сварки и отклонением столба дуги, вследствие чего уменьшается прогрев свариваемых кромок и жидкого металла сварочной ванны.

При сварке со скоростью более 70-80 м/ч ширина проплавления основного металла оказывается большей, чем ширина затвердевшего валика шва, и по обе его стороны образуются канавки, не заполненные металлом.

(рис. 63) Влияние скорости сварки на форму шва

Скорость сварки, при которой обеспечивается хорошее формирование шва, определяется по формуле

V_св = 2500/I_св, (39)

где V_св - скорость сварки, м/ч; I_св - сварочный ток, А.

Сварку на повышенных скоростях ведут специальными методами, которые будут описаны ниже.

В частности, для уширения шва и предотвращения нормального перехода поверхности шва и основного металла (без углублений) следует применять дополнительный подогрев сварочной проволоки от постороннего источника тока.