где а2 = — р )^ — капиллярная постоянная; а — межфазное (поверхностное) натяжение; рм и р2 — соответственно плотность расплава и окружающей среды; — радиус кривизны поверхности валика в наивысшей точке.

И. Л. Емельянов предложил методику для определения формы и размеров наплавленного валика с учетом как поверхностных свойств металла, так и режимов сварки (силы сварочного тока, напряжения на дуге, скорости сварки и так далее). Связь формы и размеров сварных швов с поверхностными свойствами металла отмечена и в других работах, например в [22].

Следует указать, что силы поверхностного натяжения будут оказывать заметное влияние на форму шва не только при дуговых способах сварки, но также при электронно-лучевой сварке [19] и, вероятно, при других способах сварки плавлением. Заметим также, что силы поверхностного натяжения влияют на форму сварного шва при сварке в любых пространственных положениях. Причем влияние этих сил возрастает при сварке в наклонном, вертикальном или в потолочном положениях. Как было показано [87], при сварке в наклонном положении предельный вес жидкого металла ванны, выше которого металл вытекает из ванны, снижается с увеличением угла наклона детали. Однако при любом угле наклона предельный вес ванны будет тем больше, чем больше будут силы поверхностного натяжения.

Особенно возрастает влияние сил поверхностного натяжения при сварке в потолочном положении [283], поскольку в этом случае металл ванны удерживается в ее передней ча-гти силами поверхностного натяжения и давления дуги, а в х юстовой части — в основном силами поверхностного натяжения. Как показывают расчеты [283], примерно 50 % расплавленного металла сварочной ванны при силе тока 220—230 А удерживается силами поверхностного натяжения.

2. Образование подрезов, непроваров, прожогов и несплавлений

Из практики известно, что подрезы образуются чаще всего при автоматических способах сварки, особенно при сварке угловых швов. Однако довольно часто подрезы образуются и при сварке стыковых швов, как правило, при высоких скоростях сварки.

Причиной образования подрезов может быть смещение электрода относительно оси шва илйТШзышёнйые значения напряжения на дуге. И в том и в другом случае происходит бо-

Рис. 15. Типовая схема сварки под флюсом (ИП — источник тока).

лее глубокое проплавление одной из кромок, что приводит к образованию канавки, которая остается после затвердевания металла сварочной ванны.

Незаполнение канавки и образование подрезов обычно определяется соотношением скоростей кристаллизации металла и заполнения канавки металлическим расплавом. Следовательно, устранить подрезы можно двумя способами: уменьшением скорости кристаллизации или увеличением скорости заполнения канавки металлом. Как правило, снижают скорость кристаллизации за счет применения многоэлектродной сварки, предварительного подогрева деталей или уменьшения скорости сварки. Однако первый из этих приемов используют, в основном, при сварке прямолинейных швов большой длины, например в случае сварки труб большого диаметра, второй — для сравнительно небольших изделий, а третий, поскольку он приводит к снижению производительности процесса, конечно, не будет оптимальным.

Между тем увеличить время существования сварочной ванны при сварке под флюсом можно и за счет подогрева током шунтирования, протекающего через расплавленный шлак. Для обычной схемы сварки под флюсом (рис. 15) ток шунтирования составляет 1,5—2,0 % величины сварочного тока [1]. Теоретические исследования процесса распределения тока шунтирования на границах расплавленные металл — шлак для случая сварки под флюсом показали [67], что на распределение тока и его величину влияют размеры оболочки из расплавленного флюса, электрические характеристики флюса и т. д.

Некоторые из этих зависимостей, определенные по уточненным расчетам из рассмотрения электролитической ячейки (рис. 16), приведены на рис. 17. При этом были приняты постоянными электропроводность столба дуги о\ = 200 См/см; /2 = 0,3 см; Н2 — 1,0 см. При тех же условиях сварки величину тока шунтирования можно заметно повысить, если ввести 3*

Рис. 16. Схема электролитической ячейки (lull — области прохождения соответственно тока дуги и шунтирования).