Походня И.К., Суптель А.М., Шлепаков В.Н. Сварка порошковой проволокой. – К.: Наукова думка, 1972. – 224 с.
Монография посвящена новому прогрессивному способу механизированной сварки — сварке порошковой проволокой. Описаны сущность процесса и его особенности.
Рассмотрены процессы, протекающие в твердой фазе при нагреве проволоки, особенности плавления и переноса электродного металла, взаимодействие металла с газами, пористость швов и пути ее предупреждения.
Предназначена для научных и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами сварочного производства. Может быть полезна студентам вузов и техникумов соответствующих специальностей.
Теплосодержание и температура капель электродного металла.
Температура расплавленного металла и реагирующих с ним шлака и газов является одним из основных параметров, определяющих физико-химические и металлургические процессы сварки — абсорбцию жидким металлом газов, интенсивность взаимодействия между шлаком и металлом, испарение и др.
Температура капель измерялась при сварке штучными электродами и в защитных газах. А. А. Ерохин показал, что при сварке штучными электродами с ростом силы тока от 90 до 400А температура капель увеличивается от 2200 до 2600°С. При напряжениях дуги 15 и 28 В температура капель соответственно составила 2150 и 2350° С. На обратной полярности температура капель на 200 °С выше, чем на прямой. При одинаковом токе она выше у электродов меньшего диаметра, а при равной плотности тока — выше у электродов большего диаметра.
При обратной полярности с ростом тока наблюдается резкое увеличение температуры капель и при значениях тока 200— 300 А она достигает точки кипения. Температура капель при прямой полярности на 300—600° С ниже, чем на обратной. Нагрев капель на катоде и аноде определяется характером теплопередачи между дугой, каплей на торце электрода и электродом. При обратной полярности анодное пятно во всех опытах стабильно находится на торце капли и передача тепла дуги электроду осуществляется, в основном, через капли жидкого металла. С увеличением тока поверхность капли, занимаемая анодным пятном, растет, тепловой поток в каплю увеличивается. Поскольку теплоотвод в проволоку лимитируется площадью контакта капли с проволокой, капля перегревается до температуры кипения.
При прямой полярности катодное пятно на электроде находится в беспорядочном движении. Оно часто перемещается с капли на боковую поверхность проволоки, чему способствует наличие окислов и следов волочильной смазки на поверхности проволоки. Тепловой поток из дуги в электрод как бы раздваивается. Часть тепла дуги передается проволоке через каплю, часть — непосредственно через боковую поверхность проволоки. Перегрев капли снижается, растет скорость плавления проволоки. Изменение характера теплопередачи приводит к тому, что при одних и тех же скоростях плавления теплосодержание капель при прямой полярности значительно ниже, чем при обратной.
Изменение характера теплопередачи приводит к тому, что при одних и тех же скоростях плавления теплосодержание капель при прямой полярности значительно ниже, чем при обратной Теплосодержание капель, помимо режима сварки и полярности тока, зависит от теплофизических свойств металла электрода — температуры плавления и кипения, теплопроводности, удельного сопротивления и т. д. Так, теплосодержание капель при сварке проволокой из технически чистого железа (Св-08А, температура кипения примерно 3070° С) выше, чем при сварке проволокой из нержавеющей стали (Св-0Х18Н9, температура кипения 2850° С).
Следует отметить, что при сварке в аргоне температура капель достигает точки кипения электродного металла при таких значениях сварочного тока, когда обычно наблюдается резкое изменение характера переноса металла — из капельного в струйный.
При сварке проволоками малого диаметра (1,2 и 1,6 мм) при обратной полярности наблюдается максимум теплосодержания капель в определенных пределах токов и снижение его с дальнейшим ростом тока. При одинаковых плотностях тока теплосодержание капель большее у проволоки большего диаметра. Уменьшение диаметра проволоки препятствует свободному расширению столба дуги, дуга становится сжатой. При этом размеры анодного пятна также ограничиваются, уменьшается поверхность передачи тепла в каплю, снижается ее теплосодержание.
Теплосодержание электродного металла измерялось калориметром при сварке порошковой проволокой с рутилорганическим сердечником Блок калориметра выполнен в виде эллипсоида вращения с коническим углублением для улавливания капель. Такая форма выбрана для того, чтобы температура во всех точках была по возможности одинаковой. В трубке и блоке зачеканены термопары медь — константан. Холодные спаи термопар погружены в сосуды Дьюара с тающим льдом. Для предотвращения теплообмена между блоком и трубкой они изолированы друг от друга. Изоляция трубки от излучения дуги осуществляется экранирующей втулкой. После сварки верхнюю часть калориметра вместе с трубкой вынимали из корпуса калориметра. Капли из блока извлекались и взвешивались. В процессе проведения опыта контролировалось изменение температуры трубки и блока калориметра.
Разделение металла и шлака и определение доли шлака в каплях производилось расплавлением их в алундовом тигле в среде аргона.
Температура капель при сварке порошковой проволокой зависит от соотношения масс железа оболочки и сердечника. Поскольку сердечник порошковой проволоки практически не электропроводен, нагрев и плавление его происходят, в основном, за счет излучения дуги. Чем большая доля «холодного» железа сердечника поступает в каплю, тем ниже ее температура.
Можно заметить, что при сварке порошковой проволокой сохраняются те же закономерности влияния режима сварки на температуру капель, которые присущи процессу сварки сплошной проволокой в защитных газах. При одинаковых плотностях тока теплосодержание капель близко к теплосодержанию капель, измеренному при сварке в углекислом газе, и значительно ниже, чем при сварке малоуглеродистой проволокой в аргоне. Это связано со значительными затратами тепла на диссоциацию газов воздуха, что приводит к сжатию столба дуги и изменению условий передачи тепла в каплю.
Значительная часть энергии тратится на плавление шлаков. Теплосодержание шлака составляет 10—15% общего теплосодержания расплавленной проволоки.