Электрогазосварка. Электросварка. Газосварка

§ 1. Процессы, протекающие при сварке

Сварка плавлением представляет собой комплекс металлургических и физико-химических процессов, протекающих в условиях высокой температуры, значительной концентрации тепла в небольшом объеме; быстрого нагрева и охлаждения расплавленного металла при наличии близлежащего холодного металла.

В результате сосредоточенного воздействия тепла сварочной дуги плавится электродный и основной металл. Совместно с металлом плавится электродное покрытие (при ручной дуговой сварке) или флюс (при сварке под флюсом). Расплавленный металл электрода переходит в сварочную ванну в основном в виде капель величиной от тысячных долей миллиметра до 5—6 мм. Размер капель и их количество зависят от силы тока, химического состава стержня и покрытия (при ручной дуговой сварке), от электромагнитных явлений в дуге и т. п.

Расплавление электродного металла сопровождается обильным выделением газов, в основном от окисления углерода. На интенсивность газовыделения, а следовательно, и на характер металлургических процессов при сварке существенное влияние оказывает величина поверхности капель. Средние количественные характеристики газообразования в процессе плавления электрода приведены в табл. 1.

Газобразование в процессе плавления электрода

При совместном переходе капель расплавленного электродного металла и шлака через дуговой промежуток протекают химические реакции между металлом, шлаком и газами среды, окружающей дугу.

Реакции между газами и металлом успевают в основном пройти в дуговом промежутке несмотря на малое время существования капель.

За счет энергии дугового разряда при сварке образуется участок расплавленного металла, называемый сварочной ванной (рис. 1).

Сварочная ванна перемещается вдоль шва с определенной скоростью, равной скорости сварки. Время, в течение которого сварочная ванна переместится вдоль шва на расстояние а, т. е. на расстояние, соответствующее длине ванны, называют временем существования ванны. Размеры сварочной ванны и время ее существования зависят в основном от способа сварки (табл. 2), режима и физических свойств свариваемого материала.

Размеры сварочной ванны, мм
В сварочной ванне на определенных этапах ее существования проходят следующие процессы:

перемешивание шлака с расплавленным основным и электродным металлом;

Схема сварочной ванны

газовая и шлаковая защита ванны; окисление, раскисление и легирование металла ванны; растворение газов в металле ванны; образование пор и шлаковых включений; кристаллизация металла и формирование шва. Металл шва представляет собой сплав основного и электродного металла (или присадочной проволоки). Соотношение между основным и электродным металлом в шве зависит от скорости плавления электрода, глубины ванны, объема наплавленного металла и ряда других факторов.

В среднем принимают следующие соотношения между основным и электродным металлом (%):

При ручной дуговой сварке:

основной металл………………………30 — 50

электродный металл……………………70 — 50

При автоматической сварке под флюсом:

основной металл …………………….. 60—70

электродный металл……….. 40—30

Следовательно, химический состав металла шва значительно изменяется по сравнению с химическим составом электродного и основного металла в результате реакций между металлом, шлаком и газами, интенсивно протекающих в дуговом промежутке и сварочной ванне, и расплавления и перемешивания электродного и основного металла с различным химическим составом. Примерный химический состав металла, наплавленного различными способами сварки с применением электродных стержней одного и того же химического состава, приведен в табл. 3.

Химический состав наплавленного металла зависит не только от способа сварки, но и от состава покрытия при ручной дуговой сварке, режима сварки, степени защиты дуги от взаимодействия окружающей атмосферы и т. д.

вверх страницы