Глава вторая

ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ НА СВАРОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Поверхностные явления играют весьма важную роль е сварочных процессах. С ними в той или иной мере связаны процессы насыщения металлов газами, кристаллизации металла, формирования сварного шва, переноса электродного металла, образования пор, неметаллических включений, кристаллизационных трещин, отделимости шлаковой корки и т. д. Особенно велика их роль при сварке в условиях микрогравитации, поскольку в этом случае поверхностные силы становятся преобладающими.

В данной главе рассмотрено влияние поверхностных свойств и явлений на ход различных процессов, протекающих при сварке.

1. Перенос электродного металла

Как известно, под переносом электродного металла понимают совокупность явлений, определяющих агрегатные состояния электродного материала, переходящего на изделие, характер переноса расплавленного электродного материала, размеры и форму электродных капель, частоту их перехода.

Перенос электродного металла оказывает значительное влияние на различные стороны сварочного процесса. От характера переноса зависят, в частности, возможность сварки в различных пространственных положениях, стабильность процесса сварки, величина потерь электродного металла на угар и разбрызгивание, формирование сварного шва, физико-химическое взаимодействие расплавленного электродного металла с газовой средой и шлаком.

Общепризнано, что основная часть электродного материала переходит в сварочную ванну в виде капель. Различают две основные формы капельного переноса электродного металла: без коротких замыканий и с замыканиями дугового промежутка. Первый вид переноса наблюдается при сварке сравнительно длинной дугой, когда в условиях непрерывной подачи электрода к детали капли успевают сформулироваться и оторваться от электрода прежде, чем электродная капля, находящаяся на торце электрода, войдет в соприкосновение с металлом сварочной ванны.

Перенос электродного материала с короткими замыканиями происходит в том случае, когда соответствующее заданному среднему ■сварочному току время свободного формирования капли на конце

электрода оказывается больше времени, в течение которого исчезает дуговой промежуток в результате подачи электрода к детали. Данный вид переноса характеризуется частотой возникающих коротких замыканий.

Форма переноса определяется способом, режимом сварки, составами металла, защитного газа, флюса или покрытия. Зачастую обе формы переноса существуют одновременно. В этом случае часть электродных капель переходит в сварочную ванну без замыканий, а часть — с замыканиями дугового промежутка.

Размеры, форма и поведение капли на конце электрода определяются главным образом действием сил поверхност ого (или межфазного) натяжения, силы тяжести, электромагнитных сил и сил реактивного давления паров и газов, отделяющихся от поверхности капли, сил давления газа в газовых пузырьках, возникающих в каплях во время их образования. При этом основными силами, удерживающими каплю на конце электрода, являются силы поверхностного и межфазного натяжений. Если принять, что капля имеет форму шарового сегмента с радиусом основания гэ (рис. 17, а, б), то сила поверхностного натяжения

в

Рис. 17. Вид образующихся электродных капель (штриховой линией показана линия отрыва).

Рп = 2л/-эом_г cos а.(2.1)

Поскольку cos а = гэ/гк, то Р„ = 2л ом_г.

Однако в связи с тем, что гк определить довольно сложно, величину Рп часто определяют по формуле

2лгэом_г&,

где k = cos ex = rJrK. При этом, поскольку гк гэ, величина k С 1.

Исследования, посвященные изучению процесса переноса электродного металла, показали [105, 206, 236], что от электрода отрывается не вся капля расплавленного металла, а только ее часть (рис. 17, в). В этом случае обычно происходит образование шейки, и сила поверхностного натяжения находится из уравнения

Рп = 2лгшо*

Из-за трудностей определения гш для нахождения величины Рп чаще пользуются формулой (2.2). Согласно выражениям (2.2) и (2.3), при уменьшении поверхностного натяжения, а при сварке покрытыми электродами или с использованием флюсов — межфазного натя-