Из уравнений ((2.14) — (2.16)) следует, что связанная с уменьшением свободной поверхности энергии движущая сила растекания металла по поверхности твердого тела РДВм_г = От—г — (Тт_ж — о„_г; ^двм_ш — 0т_ш — От-ж — ом_ш. С учетом уравнения COS 6 == = ((Тт—г — от_ж)/0м_г можно записать

^двм_г = Ом-г (cos 6М_Г — I); /Двм_ш = ом_ш (cos 6М_Ш — 1). (2.17)

Таким образом, величина движущих сил растекания зависит от величины 6, а следовательно, от состояния поверхности твердого тела, ее шероховатости, от наклона поверхности и т. д.

Растеканию жидкого металла препятствуют главным образом силы инерции Рин и силы Рц, обусловленные вязкостью металла. Величина этих сил определяется в первую очередь плотностью и вязкостью металла, а также геометрическими характеристиками системы. При наличии шлака значения Рни и Рщ зависят также от вязкости и плотности шлака. Кроме того, на процесс растекания расплава может повлиять и наличие поверхностно-активных элементов в металле или шлаке, так как они будут участвовать в формировании адсорбционных слоев, которые могут заметно отличаться по вязкости и плотности от объема жидкости.

В условиях сварки влияние массы расплавленного металла на процесс растекания малозаметно. Это связано с тем, что при сварке длительность процесса растекания мала, а объем жидкости, участвующей в движении, в первый момент времени незначителен. Об этом свидетельствуют и данные о повышении высоты наплавленного валика при увеличении скорости плавления электродной проволоки с сохранением подрезов.

Нами проверено влияние величины о„_ш на образование подрезов. На автомате АБС наплавляли валики проволокой Св-08 на пластины из стали СтЗ под флюсом Si02 83 % — Na20 17 % и Si02 60 % — МпО 40 % на прямой полярности. Установлено, что подрезы появлялись при меньших значениях скоростей сварки при использовании флюса, состоящего из Si02 — Na20. В этом случае значение а„_ш на границе металл сварочной ванны — шлак значительно больше, чем при применении флюса Si02 — МпО. С уменьшением межфазного натяжения металла сварочной ванны улучшалась и форма наплавленного ва-, лика.

Непровары в сварных швах могут быть по толщине основного металла, в вершине угла и по кромкам свариваемых деталей. Наиболее часто наблюдаются непровары по толщине металла. Между тем, как показано выше, глубина проплавления во многом зависит от соотношения поверхностных энергий расплава, твердого металла и межфазного натяжения на границе расплав — твердый металл. Поэтому образование непровара по толщине основного металла зависит и от поверхностных явлений. При этом устранению непроваров способствуют приемы, направленные на повышение глубины проплавления, т. е. снижение OV_-r или ом_ш.

Когда температура плавления электродного металла ниже, чем температура плавления основного металла, образование непроваров за-

висит и от смачиваемости основного металла расплавом электродного, а также его вязкости и зазора между деталями.

Согласно выражению (2.4), для случая сварки в нижнем положении стыкового соединения вероятность образования прожогов зависит от массы сварочной ванны и ее формы, давления дуги и поверхностных свойств металла.

При повышении погонной энергии увеличивается объем расплавленного металла, а значит, и Р0, из-за увеличения ширины шва, что, в свою очередь, приводит к увеличению главных радиусов кривизны г1 и г2. Кроме того, если увеличение погонной энергии произошло вследствие роста величины сварочного тока, то заметно возрастет и давтение дуги. Поэтому при повышении погонной энергии возможно, что давление дуги и гидростатическое давление станут больше сил поверхностного натяжения, что приведет к вытеканию металла и образованию прожогов. Последние особенно часто образуются при сварке деталей небольшой толщины, когда ширина сварочной ванны велика и превышает порой толщину деталей, а значения гг и г2 также велики. Счезидно, что образования прожогов при сварке на весу можно избежать или уменьшением давления дуги и объема сварочной ванны, например используя импульсно-дуго-вую сварку, или повышением поверхностного натяжения металла.

Влияние поверхностного натяжения расплава на образование прожогов подтверждается опытами по сварке, которые проводились на автомате АДПГ-500. При этом использованы пластины толщиной 3 мм из сталей СтЗ и ЭЗА и проволоки Св-08 и Св-08Г2С. Сварку вели на постоянном токе обратной полярности в С02 при £/д = 24.26 В, расход газа 15 л/мин. Для материалов, поверхностное натяжение которых заметно снижается при контакте с окислительной газовой средой, образование прожогов происходит при меньших значениях сварочного тока (рис. 29).

При сварке на больших токах и при высоких скоростях сварки иногда отмечается отсутствие зоны сплавления между основным и наплавленным металлом. Однако образование этого дефекта зависит и от поверхностных свойств металла. Так, при сварке на одних и тех же режимах (/св = 450 А; 11л = 35 В; Рсв = 82 м/ч; йэ = 4 мм) зона несплавления образуется при наплавке проволокой Св-08 на пластины из СтЗ при применении флюса 5Ю2 — №20 и не образуется при сварке под флюсом 5Ю2 — МпО. Это можно объяснить следующим образом. При наплавке на постоянном токе прямой полярности, а именно при таких условиях проводились опыты, величина ом_ш на границе

2030 Усе,м/ч

Рис. 29. Зависимость тока прожога от скорости сварки (сварка в С02):

1 — проволока Св-08, сталь СтЗ; 2 — проволока Св-08Г2С, сталь СтЗ; 3 — проволока Св-08, сталь ЭЗА; 4 — проволока СВ-08Г2С. сталь ЭЗА.