хвостовой части; С — высота выпуклости; R0 — радиус кривизны профиля усиления в верхней точке.

При односторонней сварке с полным проплавлением работоспособность сварного соединения во многом зависит от формы и величины обратного валика шва. Обеспечение его формирования и устранения прожогов, которые часто возникают при сварке подобных швов, достигается применением различных подкладок.

При использовании расплавляемых подкладок баланс сил, действующих на расплавленный металл, можес быть выражен равенством [2]

Рд + Pre + Рцб = Рш + Рм + Радг,(2.13)

где Ргс — гидростатическое давление массы сварочной ванны, отнесенная к площади сквозного проплавления; Рцб—сила, возникающая при движении жидкого металла из головной части сварочной ванны в хвостовую; Рм — сила поверхностного натяжения зеркала сварочной ванны; Рш — сила поверхностного натяжения шлака, образующегося np:i расплавлении подкладки; Радг — работа адгезии и между жидким шлаком и твердой поверхностью металла и подкладки.

Условием отсутствия характерных для обратного валика шва дефектов (макронатеков, шлаковых включений, вмятин) является выполнение неравенства Рд + Рцб -f Ргс Рш + Рм + Радг.

Анализ сил, действующих на расплавленный металл, показал [2], что противодействовать сумме сил Рд + Ргс + Рцб может в основном сила поверхностного натяжения шлака. Как показали расчеты, необходимо, чтобы величина поверхностного натяжения шлака была не менее 500 мДж/м2.

Качественное формирование обратного валика сварного шва возможно, если выполняется [44] следующее неравенство: Р„.„ + Рм ^ ^ Рд + Рцб + Ргс, где Рм.н —сила межфазного натяжения на границе расплавления металл — шлак.

Таким образом, подбор подкладки, обеспечивающей получение шлака, на границе с которым велика величина 0м_ш, позволяет улучшить формирование обратного валика шва.

Влияние поверхностных явлений на формирование сварного шва отмечено [293, 343, 362] для различных способов сварки плавлением.

Известно [7, 287], что работоспособность сварных соединений часто зависит не только от конфигурации шва, но и от плавности перехода от наплавленного металла к основному. В настоящее время широко применяется аргонодуговая обработка сварных соединений, которая позволяет, наряду с изменением структуры в зоне термического влияния, дегазацией металла, изменением размеров и формы неметаллических включений, повысить угол перехода до 160—180°.

Согласно работе [141, угол перехода фк связан с радиусом перехода R зависимостью R = А1цк. Рассмотрение особенностей формирования зоны перехода от основного металла к наплавленному позволило [19] найти выражение R — AL ctg фк/2, где AL = (Bs —BL)l2i Bs, Bl — ширина изотермы с температурой соответственно солиду-са и ликвидуса.

Для многих сталей и металлов величина АЬ = 0,1.0,4 мм [19]. Угол фк, как показано в работе [18], зависит от ширины усиления, площади наплавленного металла и капиллярной постоянной, т. е. связана с поверхностными свойствами расплавленного металла.

4. Возникновение дефектов формы шва

При сварке плавления наиболее характерные дефекты формы сварных швов — это подрезы, непровары, несплавления, кратеры, прожоги и чешуйчатость. Рассмотрим влияние поверхностных свойств и явлений на образование этих дефектов.

Из практики известно, что подрезы получаются чаще всего при автоматических способах сварки, особенно при сварке угловых швов. Однако довольно часто они образуются и при сварке стыковых швов, как правило, при высоких скоростях сварки. Причиной их образования может быть смещение электрода относительно оси шва или завышенные значения напряжения на дуге. В том и другом случае происходит более глубокое проплавление одной из кромок, что приводит к образованию канавки, которая остается после затвердевания металла сварочной ванны. Незаполнение канавки и образование подрезов обычно не вызвано недостатком металла, а определяется соотношением скоростей кристаллизации мегалла и заполнения канавки металлическим расплавом. В последнее время некоторые исследователи [107, 157, 306, 312] связывают образование подрезов с гидродинамическими процессами в сварочной ванне. Это подтверждается, например, данными о влиянии угла заточки электрода [1071, применения комбинированного электрода [312] и многоэлектродной сварки [157] на образование подрезов. Во всех перечисленных выше случаях изменяется силовое воздействие дуги на металл сварочной ванны, что приводит к изменению гидродинамических характеристик расплавленного металла.

На практике пользуются различными приемами для устранения подрезов, которые направлены в основном на уменьшение скорости кристаллизации или увеличение скорости заполнения канавки металлом. В последнем случае при растекании расплава по поверхности твердого тела общее изменение энергии на единицу поверхности составляет: при сварке в газовой среде

Асгг = ом_г + от_ж — ох_г;(2.14)

при сварке под флюсом

Дош = он_ш + ат_ж — от_ш.(2.15)

Видно, что свободная энергия системы уменьшается только в том случае, если выполняются неравенства

От-г — °т-ж Ом-г! От—ш — От_ж Ом_ ш.(2 .16)

Следовательно, процесс растекания проходит самопроизвольно, если соблюдаются указанные в уравнениях соотношения между величинами поверхностных энергий.

67