При переносе расплавленного металла действуют си­лы тяжести, поверхностного натяжения, электромагнит­ного ноля и внутреннего давления газов.

Сила тяжести проявляется в стремлении капли под действием собственного веса переместиться вниз. При сварке в нижнем положении сила тяжести играет положительную роль при переносе капли в сварочную ванну; при сварке в вертикальном и особенно в потолоч­ном положениях она затрудняет процесс переноса элект­родного металла.

Сила поверхностного натяжения проявля­ется в стремлении жидкости уменьшить свою поверх­ность под действием молекулярных сил, стремящихся придать ей такую форму, которая бы обладала мини­мальным запасом энергии. Такой формой является сфе­ра. Поэтому сила поверхностного натяжения придает капле расплавленного металла форму шара и сохраняет эту форму до момента соприкосновения ее с поверхно­стью расплавленной ванны или отрыва капли от конца электрода без соприкосновения, после чего поверхност­ное натяжение металла ванны «втягивает» каплю в ван­ну. Сила поверхностного натяжения способствует удер­жанию жидкого металла ванны при сварке в потолочном положении и создает условия для формирования шва.

Сила электромагнитного п о л я заключает­ся в том, что электрический ток, проходя по электроду, образует вокруг него магнитное силовое поле, которое оказывает на поверхность электрода сжимающее дейст­вие, стремящееся уменьшить поперечное сечение элект­рода. На твердый металл магнитное силовое поле не влияет. Магнитные силы, действующие нормально к по­верхности расплавленной капли, имеющей сферическую форму, оказывают на нее значительное влияние. С уве­личением количества расплавленного металла на конце электрода под действием сил поверхностного натяжения, а также сжимающих магнитных сил на участке между расплавленным и твердым электродным металлом об­разуется перешеек (рис. 36). По мере уменьшения сече­ния перешейка резко возрастает плотность тока и усили­вается сжимающее действие магнитных сил, стремящих­ся оторвать каплю от электрода. Магнитные силы имеют
минимальное сжимающее действие на шаровой поверх­ности капли, обращенной к расплавленной ванне. Это объясняется тем, что плотность тока в этой части дуги и на изделии небольшая, поэтому сжимающее действие магнитного силового поля также небольшое. Вследствие этого металл переносится всегда в направлении от элек­трода малого сечения (стержня) к электроду большого

сечения (изделию). Следует от­метить, что в образовавшемся перешейке вследствие увеличе­ния сопротивления при прохож­дении тока выделяется большое количество тепла, ведущее к сильному нагреву и кипению перешейка. Образовавшиеся при этом перегреве пары металла в момент отрыва капли оказывают на нее реактивное действие — ускоряют ее переход в ванну. Электромагнитные силы способ­ствуют переносу металла во всех пространственных по­ложениях сварки.

Сила внутреннего давления газа возни­кает в результате химических реакций, протекающих тем активнее, чем больше будет перегрет расплавленный ме­талл на конце электрода. Исходными продуктами для об­разования реакций являются газы, причем объем обра­зующихся газов в десятки раз превосходит объем участ­вовавших в реакции соединений. Отрыв крупных и мелких капель от конца электрода происходит как след­ствие бурного кипения и удаления образовавшихся газов из расплавленного металла. Образование брызг на ос­новном металле также объясняется взрывообразным дроблением капли, когда капля переходит через дуговой промежуток, так как в этот момент усиливается выде­ление из нее газов, и некоторая часть капли вылетает за пределы сварочной ванны. Сила внутреннего давления газов главным образом перемещает каплю от электрода к изделию.

Основные показатели сварочной дуги

Коэффициент расплавления. При сварке металла шов образуется вследствие расплавления присадочного и про­плавления основного металла.

Расплавление присадочного металла характеризуется коэффициентом расплавления

где Ор’—коэффициент расплавления; Gp — масса рас­плавленного за время t электродного металла, г; t — вре­мя горения дуги, ч; / — сварочный ток, А.

Коэффициент расплавления зависит от состава про­волоки и покрытия электрода, веса покрытия, а также рода и полярности тока.

Коэффициент потерь. Коэффициент характеризует потери металла электрода на разбрызгивание, испарение и окисление.

ф = Gp —Оц юо%^

Gp

где ф— коэффициент потерь; GH— масса наплавленного металла, г; Gp— масса расплавленного металла, г.

Коэффициент потерь зависит не только от состава проволоки и ее покрытия, но также и от режима сварки и типа сварного соединения. Коэффициент потерь воэрас — тает при увеличении плотности тока и длины дуги. Он несколько меньше при сварке в тавр, с разделкой кромок, чем при наплавке.

Коэффициент наплавки. Для оценки процесса на­плавки вводят понятие коэффициента наплавки:

аа.= -^-г/А-ч,

где ан — коэффициент наплавки; GH — масса наплавлен­ного за время t металла, г (с учетом потерь).

Коэффициент наплавки зависит от рода и полярно­сти така, типа покрытия и состава проволоки, а также от пространственного положения, в котором выполняют сварку.

Зависимость величины сварочного тока от диаметра электрода. При ручной дуговой сварке сварочный ток и диаметр электрода связаны следующей зависимостью:

/ = *■<*,

где / — величина сварочного тока, А; К — коэффициент, зависящий от магрки электрода (К=40~г60; 40 — для ле — тированных электродов, 60-а-для углеродистых); а — диаметр электрода, мм.

Приведенная формула применима для электродов, имеющих диаметр 3—6 мм.

Зависимость между диаметром и величиной свароч­ного тока выражают также следующей опытной форму­лой:

/ = (т + п • d) • d,

где т — 20; п = 6 (для ручной сварки стальными элек­тродами).

Производительность процесса дуговой сварки. Про­изводительность сварки определяется количеством на­плавленного металла

G = а „•/•/,

где G — масса наплавленного металла, г.

Чем больше ток, тем выше производительность. Од­нако при значительном увеличении сварочного тока для применяемого диаметра электрода последний может быстро нагреваться теплом Ленца—Джоуля, что резко понизит качество сварного шва, так как металл шва и зона сплавления основного металла будут перегреты. Необходимо отметить, что перегрев электрода увеличи­вает разбрызгивание металла.

Погонная энергия. Отношение эффективной тепло­вой мощности дуги (источника) qи к скорости переме­щения дуги v называется погонной энергией.

— = ‘^л "h" Кал/см,

V V

где v — скорость перемещения дуги (скорость сварки), см/с.

Погонная энергия — это количество тепла в калориях, введенное на единицу длины однопроходного шва или валика.

Полную тепловую мощность сварочной дуги прибли­женно считают равной тепловому эквиваленту ее элект­рической мощности

Q = 0,24£/д-/кал/с,

где t/д — падение напряжения на дуге, В; / — величина сварочного тока, A; Q — тепловой эквивалент электриче­ской мощности сварочной дуги, кал/с.

Количество тепла, введенное сварочной дугой в изде­лие в процессе его нагрева за единицу времени, назы­вается эффективной тепловой мощностью сварочной ду­ги, которая является суммой тепловой энергии, выделя­ющейся в пятне дуги на изделии, вводимой в изделие при теплообмене со столбом дуги и пятном на изделии и поступающей с каплями расплавленного флюса, элект­родного металла и покрытия:

<7„ = 0,24 ил-1 • Аи кал/с,

Рис, 37. Тепловой баланс сварочной дуги при среднем для
данного способа сварки режиме:

о —ручная сварка покрытым электродом, б — автоматическая свар­ка под флюсом

где <7и — эффективная тепловая мощность сварочной ду­ги, кал/с; йи— эффективный к. п. д. процесса нагрева ме­талла сварочной дугой.

Откуда

Аи =—— — —.

о,24.г/д./

Эффективным к. п. д. процесса нагрева металла сва­рочной дугой называется отношение количества введен­ного в металл тепла к тепловому эквиваленту электри­ческой мощности дуги. Этот коэффициент характеризует эффективность процессов выделения тепла и теплообме­
на в дуговом промежутке по отношению к нагреву ме­талла изделия и зависит в основном от способа сварки.

На рис. 37 приведен тепловой баланс тепла выделяе­мый дугой, из которого видно, что более полно исполь­зуется тенло дуги при автоматической сварке под флю­сом. При увеличении длины дуги эффективный к. гь д. падает и возрастает с углублением дуги в ванну. При сварке металлическими электродами этот коэффициент мало зависит от рода, полярности и величины свароч­ного тока.

Вопросы для самопроверки

1. Что называется электрической дугой?

2. Назовите основные участки электрической дуги.

3. В результате каких явлений происходит ионизация воздушно­го промежутка между электродом и изделием?

4. Как определить коэффициенты расплавления, наплавки и по­терь?

5. Что называется