ной. При этом наблюдается уменьшение высоты усиления шва, устранение подрезов, и переход от основного металла к металлу шва становится более плавным.

Изучение процессов сварки и наплавки в воздухе, углекислом газе и активных газовых смесях (Аг + 02; Аг + С02 и т. д.) позволило установить, что при этом глубина проплавления выше, чем при сварке в инертной среде. Вид и состав применяемого флюса также могут повлиять на процесс формирования сварного шва.

К настоящему времени довольно подробно изучено влияние режимов сварки и различных технологических приемов (предварительный подогрев, наложение внешнего электромагнитного поля, наклон изделия и электрода) на процессы формирования шва и образования дефектов формы шва. В какой-то мере исследовано и влияние некоторых физических свойств сварочных материалов (плотность металла, вязкость шлака) на формирование сварного шва.

Однако крайне мало исследовано влияние поверхностных свойств металла и шлака и поверхностных явлений на межфазных границах на процессы формирования сварного шва и образования дефектов формы шва. Так, только в одной работе [108] было изучено влияние наличия в металле поверхностно-активного элемента (серы) на глубину проплавления металла. Поэтому в данной главе основное внимание уделено рассмотрению влияния поверхностных свойств и поверхностных явлений на процессы формирования сварного шва и образования дефектов формы шва.

Следует отметить, что в этой главе и далее под термином поверхностное (межфазное) натяжение подразумевается удельная поверхностная энергия расплава металла на границах с газом и.шлаковым расплавом, измеряемая в мДж/м2.

1. Формирование сварного шва

При сварке плавлением качество сварного соединения во многом зависит от геометрической формы сварного шва [12, 154]. Форма наплавленного валика или сварного шва характеризуется, главным образом, глубиной проплавления Япр, шириной шва Вш и высотой усиления Яш (рис. 6) и зависит от многих причин. Изменение силы сварочного тока, напряжения на дуге, скорости сварки, вязкости флюса, вылета электрода, положения деталей в пространстве и многих других факторов может заметно повлиять на форму сварного шва. Влияние многих из этих факторов на процессы формирования сварного шва исследованы довольно подробно. Так, установлено, что уве-

Рис. 6. Форма стыкового (а) и таврового (б) сварных швов.

личение силы сварочного тока приводит к возрастанию значений Япр, Яш и мало влияет на ширину шва; повышение напряжения увеличивает ширину шва и несколько снижает глубину проплавления; увеличение скорости сварки приводит к снижению значений Япр, Вш и Яш.

Однако, наряду с перечисленными факторами, для различных типов сварных соединений конфигурация сварного шва существенно зависит и от сил поверхностного натяжения. К сожалению, эта зависимость, хотя и позволяет существенно влиять на форму сварного шва, пока недостаточно учитывается и используется сварщиками. Для выяснения роли сил поверхностного натяжения в процессе формирования шва рассмотрим связь между отдельными параметрами, характеризующими форму шва (Япр, Вш, Яш), и поверхностными свойствами металла.

Одним из наиболее важных показателей формы шва является глубина проплавления основного металла. Согласно современным представлениям о механизме проплавления при дуговой сварке [184], расплавленный металл под действием давления дуги вытесняется из передней части сварочной ванны в ее хвостовую часть. Вследствие этого уменьшается толщина прослойки расплавленного металла под дугой, улучшается теплопередача от дуги к основному металлу и увеличивается глубина проплавления. В результате перемещения расплава под действием давления дуги поверхность жидкого металла в начале и в конце сварочной ванны находится на различных уровнях, что обусловливает наличие в ванне гидростатического давления.

Перемещение жидкого металла, оказывающее влияние на процесс проплавления, зависит от кривизны поверхности и от величины поверхностного натяжения. Сохранение в системе дуга — сварочная ванна динамического равновесия между силами давления дуги Ря, гидростатического давления Рг и поверхностного натяжения Рп является необходимым условием нормального протекания процесса сварки.

Математическая связь между глубиной проплавления и указанными выше силами может быть приближенно описана выражением [232]:

гДе Рм — плотность металла.

(11.1)