на пластину наносилисьFeO и FeS, содержащие поверхностно-активные/ элементы кислород и серу.

Как показали исследования, изменение поверхностного натяжения основного металла мало влияет на ширину шва при сварке неплавя-щимся электродом. Рассмотрим более подробно влияние поверхност-i ных свойств металла на значения Япр, а также huh'. вш _

Рис. 21. Форма сварного шва при сварке неплавящимся электродом без присадочного материала: а — при неполном про-плавлении; б — при полном проплавлении.

Один з наиболее важных показателей формы шва — глубина проплавления основного металла. Согласно современным представлениям о механизме проплавления [208], при дуговой сварке расплавленный металл под давлением дуги вытесняется из передней части сварочной ванны в ее хвостовую часть. Вследствие этого под дугой открывается основной металл, который расплавляется и продолжает вытесняться в хвостовую часть сварочной ванны. В результате такого перемещения расплава жидкий металл в начале и в конце сварочной ванны находится на различных уровнях, что обусловливает наличие в ванне гидростатического давления. Перемещение поверхности жидкого металла, оказывающее влияние на процесс проплавления, зависит от кривизны поверхности и величины поверхностного натяжения.

Согласно работе [255], где рассматривалось динамическое равновесие между давлением дуги Рд, гидростатическим давлением Рг = = Нлруы и поверхностным натяжением, существует зависимость Нпр = = (Рд — Рп)/ум, где ym — плотность металла. Тогда при сварке какого-либо определенно о металла глубину проплавления можно увеличить путем уменьшения поверхностного натяжения металла или увеличения давления дуги. Последнего при неизменном диаметре электрода можно добиться, увеличив величину сварочного тока или концентрацию энергии в пятне нагрева. Однако изменить глубину проплавления можно также изменением величины поверхностного натяжения металла.

Рис. 22. Зависимость глубины проплавления металла от величины сварочного тока при дуговой сварке (£/д = 16 В,

Усв = 15,6 м/ч, Т = 1803 К): / — ом_г = 1264 мДж/м2. Т = 1803 К: і — ом_г = 918 мДж/м2, поверхностно-активный компонент — 02; 3 — о"м_г =

= 926 мДж/м2, поверхностно-активный компонент — 5.

Введение кислорода и серы е сварочную ванну из низкоуглеродистой стали СтЗ и связанное с ним снижение величины ом_г приводят к росту глубины проплавления (рис. 22), причем эффект этот усиливается с ростом сварочного тока. Аналогичные данные о елиянии содержания кислорода и серы в основном металле на изменение глубины проплавления отмечены в работах [53, 218].

Введение поверхностно-активных элементов, очевидно, не оказывает влияния на характеристики дугового разряда, поскольку содержание их в металле очень невелико. Это подтверждается, в частности, опытами по сварке электронным расфокусированным лучом. Такой луч использовался для получения зоны проплавления, по форме близкой к случаю сварки неплавящимся электродом. И в этом случае снижение величины поверхностного натяжения основного металла приводит к росту глубины проплавления.

По-видимому, введение поверхностно-активных элементов в основной металл изменяет гидродинамическую картину сварочной ванны (рис. 23), что подробнее рассмотрено в параграфе 7 данной

главы. В результате этого и происходит изменение формы зоны проплавления.

В случае полного проплавления металла значения Н и К при одних и тех же значениях Вш и В'ш зависят от массы сварочной ванны Ра, давления дуги Рд и поверхностных свойств металла Рп. Равновесие сварочной ванны под действием всех перечисленных сил при условии изотермичности системы запишется следующим образом:

г^ + Рд-Рп-Рп = 0,(2.4

где Р"; Рп — силы поверхностного натяжения соответственно на наружной и корневой частях сварочной ванны.

Силу поверхностного натяжения можно найти из уравнения

Рис. 23. Зависимость температуры, поверхностного» натяжения и направления потоков металла в сварочной ванне от отсутствия (с) и наличия (б) поверхностно-активных элементов в металле.

Рп = ом_г (1//Ч+ 1/г2),

где ги г2 — главные радиусы кривизны.

Как видно из выражения (2.5), величина Рп зависит от поверхностно о натяжения металла и значений радиусов кривизны.