Одним из основных факторов, определяющих проплавление при сварке, является общее количество тепла, вводимое в изде­лие. Поэтому в первую очередь были рассмотрены отличия в количестве тепла, передаваемого изделию различными элек­тродами. Количество вводимого пшла изучалось при наплавке валиков в нижнем положении на тастины размером 80X 150 мм в течение 20 сек на постоянном токе прямой и обратной поляр­ностях (рис. 51).

Электроды существенно отличаются по тепловложению в изделие. Особенно отчетливо эта разница проявляется при сварке на прямой полярности. Электроды с органическим цел­люлозным покрытием Флитвелд 5, Шилдарк 85 и ВСЦ1 во всем диапазоне исследованных токов 100- -200 а имеют наибольший тепловой эффект. Электроды ЦІМ7 по тепловому эффекту на прямой полярности приближаются к целлюлозным электродам, а на обратной—к УОНИ13/55. Меньшим тепловым эффектом на прямой и обратной полярностях обладают электроды MP3 н УОНИ 13/55.

Тепловой эффект у одних и тех же электродов при одина­ковом токе различен на прямой и обратной полярностях, т. е. имеет место тепловая асимметрия. Электроды Флитвелд 5, Шилдарк 85, ВСЦ1 и ЦМ7 имеюг значительно больший тепло­вой эффект на прямой полярности, а электроды MP3 и УОНИ 13/55 характеризуются блізкими значениями теплового эффекта на обеих полярностях.

Разницу в тепловом эффекте на прямой и обратной поляр­ностях нельзя объяснить разными потерями тепла с брызгами металла.

Проплавляющее действие различных электродов
image77

Например, электроды целлюлозного типа, имеющие значи­тельно больший тепловой эффект при сварке на прямой поляр­ности, характеризуются большим разбрызгиванием также на прямой полярности (габл. 29).

Как видно из рис. 52, с увеличением суммарной электриче­ской мощности приэлектродных областей калориметрическая мощность при сварке также увеличивается. Однако полная тепловая мощность, вводимая дугой в изделие, при данной скорости сварки еще не определяет размеры и форму зоны

ПО

проплавления. Как было показано выше, размеры и форма зоны проплавления должны также зависеть от характеристик плавления электрода (потерь на угар и разбрызгивание, харак­тера перекоса металла, количества и температуры шлака).

Подпись: оикВ 6 Помимо влияния характеристик плавления электрода, имеет значение давление, оказываемое дугой на сварочную ванну, и блуждание активного пятна по поверхности ванны. Попытки связать глубину про­плавления при ручной сварке с давлением дуги делались Г. Доаном и Р. Лоренцем [145], кото­рые изучали влияние давления дуги для слу­чая ручной дуговой свар­ки в воздухе, гелии и азоте на глубину обра­зующегося кратера. Ока­залось, что при сварке на воздухе кратер обра­зовывался вт всех слу­чаях, а при сварке в ге­лии и азоте отсутствовал, хотя давление дуги в гелии и азоте в некоторых случаях было большим. Р. Воух и О. Эберланн ис­следовали глубину проплавления при сварке целлюлозными и рутиловыми электродами и установили, что она уменьшается с увеличением длины втулочки покрытия на конце электрода [190]. Пытаясь объяснить эти результаты, авторы предположи­ли, что при короткой. втулочке бомбардировка ванны части­цами с электрода более интенсивна, чем при длинной втулоч­ке. Это предположение не подтвердилось при фотографиче­ском изучении высоты подъема частиц при потолочной сварке в моменты прохождения дуги через специальные прорези. От­мечена даже обратная зависимость.

В связи с тем, что в литературе очень мало сведений о давлении, оказываемом дугой на сварочную ванну при плот­ности тока до 20 а/мм2, были поставлены специальные опыты. Исследовалось давление дуги ряда промышленных электродов диаметром 4 мм, известных своим различным проплавляющим действием. Измерения производились на приборе типа весов с ртутными контактами, аналогичными примененному А. В. Пет­ровым [87] для определения давления дуги при сварке в среде газов. Была применена методика определения давления, раз­работанная А. В. Петровым.

Результаты измерений приведены на рис. 53 и 54. При изменении тока от 150 до 265 а давление дуги возрастает приблизительно пропорционально квадрату тока и изменяется

Проплавляющее действие различных электродов

Подпись: Рис. 53. Давление дуги при пря-мом полярности (промышленные электроды диаметром t мм) Подпись: Рис. 54. Даг-ленге дуги при об-ратной полярности (промышлен-ные электроды диаметром 4 мм)

в среднем от 2-10 2 до 5,5-10 2 н. Наблюдаются некоторые отличия при одном и том же токе в зависимости от полярности. Давление дуги на прямой полярности в среднем несколько выше. Проведенные измерения показывают, что отличия в давлениях дуги при одинаковом токе у разных электродов относительно невелики. Однако с повышением тока значение давления дуги в формировании зоны проплавлення может возрас тать в свя ш

с углублением дуги в основной металл. Известно, панрнмер что при мощных сварочных дугах давление дуги, выбрасы­вающее металл в хвостовую часть ванны, существенно влияет па проплавление [92].

Влияние блуждания активного пятна па форму зоны про­плавлення можно показать, изменяя состояние поверхности основного металла в случае сварки на обратной полярности (катод на ванне). Нанося па поверхность металла вещества, затрудняющие работу выхода, можно усилить блуждание катод­ного пятна. Планки из стали ДІСт. 3 одной н той же плавки были подвергнуты следующей поверхностной обработке: трав­лению с последующей зачисткой металлическими щетками, омеднению слоем толщиной 0,05 мм, никелированию слоем тол­щиной 0,05 мм. Затем на поверхности планок производилась наплавка проволокой Св-08Л диаметром 4 мм одной плавки при одинаковом токе 170 а. Электрод подавался через направ­ляющую втулку, а основной металл перемещался под дугой самоходной кареткой со скоростью 15 м’ч.

При сварке было отмечено следующее изменение поминаль­ного напряжения дуги, характеризующее изменение эмиссионной способности катода в зависимости от обработки поверхности основного металла: омеднение 22,5 в; никелирование 25,5 е; травление 27,5 о. Изменение номинального напряжения дуги при примерно одинаковой ее длине сопровождалось изменением геометрических характеристик шва. Средние результаты заме­ров из 10 измерений приведены на рис. 55. По мере роста

напряжения дуги и усиления блуждания катодного пятна коэф фицнент формы шва (отношение глубины проплавления к ши

рине шва) уменьшается.

image80Рис. 55. Зависимость ко­эффициента формы шва пт номинального напряжении Луги при сварке на обрат­ной полярности металла г разным состоянием поверх­ности

Подпись: 75 20 25 30идВ а) Подпись: Рис. 57. Зависимость- п л сі к г д и проплавления от поминального напря-жения IV пі для элек-тродов МЭЗ-Ш, OM.V15, ОЗС,УОПИ 13/55, КП332, опытных электродов диаметром 4 мм при обратной полярности (/ 165 a, v = 24 міч)
image82

Проведенные опыты показывают, что в ряде случаев, изме­няя состояние поверхности свариваемых изделий, можно в не­которых пределах влиять па форму шва и регулировать про­плавление. При иаведсшш на вампу сварочных шлаков, как это-

Рис. 5(5. Зависим. н’п. площади проплавле­ння от номинального напряжения Цуги для электродов МРЗ, А<-44Р, YOU И 13/55, В0Ц1, Флитвелд 5, Шнлдгрк 85, ЦМ7 днг метром 4 мм (/ 150 а, п=5 15 м/ч):

— прямая пилирпОс-йЁ: б обратная полярность

Подпись: имеет место при сварке покрытыми электродами или при сварке под флюсом, действие поверхностных ве-ществ обычно подавляется.

Для исследования проплавляющего действия электродов про­изводилась наплавка на пластины из стали ЧСт. 3 размером 100X500 мм, толщиной 14 мм. Пластины на специальной ка­ретке перемещались с постоянной скоростью 15 м/ч. Электрод подавался через неподвижную втулку без колебательных дви­жений. Из каждой планки было изготовлено 7—10 попереч­ных шлифов и определены площадь проплавления Fvp, плош. іть наплавки FH, глубина проплавления к, ширина шва В

Как и при расплавлении электродов, наблюдается зависи­мость проплавляющего действия от номинального напряжения горения дуги. С ростом Ug при одинаковом токе увеличивается

Подпись:площадь проплавления Fnp (рис. 56 и 57), глубина про­плавления h (рис. 58 п 59) и ширина шва В (рис 60). Наблюдаемые зависимости связаны с тем, что по мере увеличения U, і растет сум­марная мощность приэлект — родных источников тепла, оказывающих решающее воздействие па проплавле­ние.

Проплавление при при­менении одного и того же электрода на прямой и об­ратной полярностях харак­теризуется асимметрией. В данном случае асимметрия вызывается различными значе­ниями Uk-toWa разных полярностях. Асимметрия проплавляю­щего действия электродов иллюстрируется рис. 61 и 62.

Для расчета коэффициента перехода легирующих элементов из основного металла в металл шва представляет интерес опре­деление доли участия наплавленного и основного металла в металле шва. Долю участия определяли на поперечных шли­фах наплавок. На рис. 63 показана доля участия наплавленного

( г»

Подпись: FH+F,металла в шве при разных токах и полярностях

пр

Рис. 61. Зависимость площади проплавлення от гока при сварке разными электрода ми­сі — обратная полярность; С — пря­мая полярность: / MP3; 2 —

image85УОМІШ/55: .1- ИМ-: 4 — СХІІ U ;

5- ВСЦІ; 6 — ОК-’11Р: 7 Шил

Подпись: hen h см
image86Проплавляющее действие различных электродов
дярк Н. Ї: Я Флпгпелд 5

Электроды MP3 и УОШШ/55 с низкой мощностью приэлект — родных источников и невысокой температурой перегрева капель имели наибольшую долю участия наплавленного и наимень­шую — основного металла. Эти электроды но действию на ос­новной металл являются наиболее «холодными» из всех ис­следованных электродов Электроды ЦМ7 могут считаться про-

image88

Рис. G4. Зависимость толи участия основного металла в muc or

мощности луги

межуточными, а все электроды газозащитного тина — горячи­ми». Доля участия основного металла при сварке увеличива­ется по мере увеличения электрической мощности дуги сначала быстро, а затем рост замедляется (рис. 64).

Полученные результаты показывают, что все исследованные параметры сварных швов (площадь проплавления, ширина шва, глубина проплавления, доля участия основного металла) увели­чиваются при повышении мощности приэлектродпых источников, причем неважно, увеличивается ли эта мощность за счет изме­нения тока или в связи с изменением номинального напряжения Д>гп-

Наблюдаемые разбросы при определении параметров зоны проплавления объясняются тем, что, помимо мощности прнэлек — тродных областей, на их величину могут оказывать некоторое влияние потери на угар и разбрызгивание, характер переноса металла, давление дуги на ванну, блуждание активного пятна по ванне и т. п.