Сварка, резка и пайка металлов |
Плавление и перенос металла
где g — количество расплавленного электродного металла;
a — коэффициент плавления, определяемый опытным путём;
I — ток в дуге;
t — время горения дуги.
Количество металла чаще всего выражается в граммах, а время горения дуги в часах, тогда коэффициент плавления получает размерность г/а-час . Наличие подобной зависимости показывает, что плавление металла электрода идёт преимущественно за счёт энергии, освобождаемой в электродном пятне и пропорциональной току, влияние длины и напряжения дуги незначительно. Коэффициент плавления зависит от материала электродного стержня и обмазки, покрывающей его поверхность, а также от рода и полярности тока и колеблется в пределах от 8 до 14 г/а-час для разных электродов.
или вес наплавки равняется весу расплавленного электродного металла за исключением потери на угар и разбрызгивание
Потери на угар и разбрызгивание характеризуются коэффициентом 8, который определяется в процентах по формуле:
зависит от состава и количества обмазки на электроде и возрастает с увеличением сварочного тока, меняясь в пределах от 5 до 30% для обычных электродов. Грубо приближённо можно принять, что и приращение массы изделия или вес наплавки пропорциональны току и времени горения дуги.
имеет ту же размерность, что и коэффициент плавления, т. е. г/а-час . Так как потери на угар и разбрызгивание колеблются в довольно широких пределах в зависимости от различных факторов, то коэффициент наплавки менее постоянен, чем коэффициент плавления. Несмотря на это, коэффициентами наплавки широко пользуются в различных практических расчётах. Для различных электродов коэффициент наплавки меняется в пределах от 7 до 12 г/а-час .
Непосредственным наблюдением не удаётся уловить процесс перехода расплавленного металла с электрода в ванну. Применение более мощных средств исследования, в том числе скоростной киносъёмки с числом снимков 1000—2000 в секунду показало, что основная часть электродного металла переходит на изделие в форме капель, причём наблюдаются две формы переноса: крупнокапельная и мелкокапельная. При крупнокапельном переносе на конце электрода образуется капля жидкого металла, которая быстро увеличивается, затем делает быстрое движение вперёд, вытягиваясь по направлению к изделию. При этом происходит или полное замыкание дугового промежутка мостиком жидкого металла или заметное его укорочение. Затем мостик жидкого металла разрывается так, что большая часть металла остаётся на изделии, меньшая на электроде, и дуга приобретает нормальную длину. Процесс повторяется с довольно правильной периодичностью и сопровождается переносом на изделие от 20 до 50 капель приблизительно одинакового размера в секунду.
Мелкокапельный перенос осуществляется потоком мелких капель жидкого металла, быстро передвигающихся от электрода к изделию. Крупнокапельный перенос наблюдается преимущественно при работе на небольших токах электродами с тонкой обмазкой. С увеличением тока и количества обмазки на электроде процесс приближается к мелкокапельному. Перенос металла идёт всегда со стержневого электрода малых размеров к изделию больших размеров; направление переноса не зависит от рода тока и полярности постоянного тока.
Наплавка металла на изделие возможна как в нижнем положении, когда поверхность изделия горизонтальна и перенос металла с электрода на изделие идёт сверху вниз в направлении действия силы тяжести, так и в вертикальном или в потолочном положении (фиг. 49). При потолочном положении сварки расплавленный металл должен переноситься с электрода в ванну снизу вверх против направления действия силы тяжести. Возможность вертикальной и в особенности потолочной сварки доказывает, что процесс переноса металла в сварочной дуге не является простым падением капель под действием силы тяжести.
Перенос металла производится совместным действием многих факторов, однако общая картина настолько сложна, что до настоящего времени не имеется достаточно полного теоретического объяснения.
Наряду с переносом более или менее крупных капель идёт также перенос очень мелко раздробленного расплавленного жидкого металла. Некоторое значение имеет также конденсация паров металла из столба дуги на поверхности ванны. Расплавленный металл электрода, попадая в ванну, перемешивается с расплавленным основным металлом, образуя совместно с ним наплавленный металл. Дутьё газов дуги оказывает механическое давление на жидкий металл и отбрасывает его со дна на поверхность (фиг. 50).
Отбрасывание жидкого металла происходит отдельными пульсациями, и металл откладывается отдельными порциями, что придаёт поверхности наплавленного металла известную неровность или чешуйчатость. Электроды с тонкой обмазкой дают чешуйки более крупные и грубые, электроды с качественной обмазкой дают более тонкую, иногда почтя незаметную чешуйку и более гладкую поверхность металла.