Формирование сварного соединения. В процессе сварки источник теплоты движется вдоль свариваемых кромок

В процессе сварки источник теплоты движется вдоль свариваемых кромок, одновременно перемещается и сварочная ванна. После остывания расплава ванны образуется сварной шов.

При сварке под флюсом сварочная ванна окружена оболочкой из расплавленного флюса, при газоэлектрической сварке она защищена струей газа, в случае использования покрытых электродов жидкий металл сварочной ванны покрыт шлаком и газом.

В результате воздействия потоков газов и сил электрического происхождения жидкий металл вытесняется из под дуги, образуя углубление, которое называется кратером. При этом жидкий металл перемещается из головной части ванны в более холодную – хвостовую. Сварочная ванна при сварке плавлением характеризуется длиной L, шириной Е, глубиной проплавления основного металла Н и выпуклостью g (рис. 2).

Рис. 2. Форма и размеры сварочной ванны

Форма сварочной ванны ограничевается изотермической поверхностью, имеющей температуру плавления основного металла. Наиболее характерной формой провара для дуговых способов сварки является полукружность.

Приближенно средняя продолжительность существования сварочной ванны t_св определяется зависимостью

t_св= (сек), (6)

где L – длина сварочной ванны в мм;

V – скорость перемещения источника нагрева (мм\сек).

Время пребывания металла в жидком состоянии влияет на полноту протекания металлургических процессов.

Для образования сварочной ванны используют различные источники нагрева (дуга, газовое пламя, электронный луч и пр.).

Они характеризуются полной и эффективной мощностью. Полную мощность Q_п определяют по выходным параметрам (ток, напряжение). Эффективная тепловая мощность расходуется только на нагрев металла. При сварке она равна

Q_э= ηQ_п, (7)

где η - эффективный коэффициент нагрева изделия.

Геометрические размеры сварочной ванны определяются режимами сварки. Основным параметром режима сварки является величина погонной энергии q, равная Q\V, где V – скорость сварки.

На формирование сварного шва оказывают влияние не только режимы сварки, но и положение сварочной ванны в пространстве. Примером формирования шва во всех пространственных положениях может служить сварка неповоротных стыков кольцевых швов.

Рис.3.Влияние положения сварочной ванны на формирование шва

На рис.3 представленно влияние положения ванны жидкого металла на один из основных параметров сварного шва – глубину проплавления Н [2]. Из рисунка следует, что на глубину проплавления существенное влияние оказывает слой жидкого металла, находящийся под дугой, который препятствует проплавлению твёрдого металла. Если величина жидкого слоя незначительна или отсутствует, то глубина проплавления возрастает.

При механизированных способах односторонней сварки или наложении корневого шва использование подкладных устройств не всегда возможно. Поэтому сварку ведут со свободным формированием шва (на весу).

Для удержания жидкого металла сварочной ванны на весу необходимо чтобы гидростатическое давление расплава ванны Р_в и давление дуги Р_д уравновешивались давлением, обусловленным искривлением верхней Р_кр.в и нижней Р_кр.н поверхностями расплава (рис.4).

Рис.4. Схема сил, действующих на жидкий металл сварочной ванны

Р_д + Р_в = Р_к.в + Р_кн. (8)

Если левая часть выражения (8) будет больше правой, произойдет прож ог. Запишем (8) в виде

Ki²+γh=2 , (9)

где

- К коэффициент, учитывающий способ сварки и род тока,

- ί плотность тока,

- γ удельный вес металла,

- h высота жидкого металла ванны,

- σ поверхностное натяжение,

- Zв и Zн соответственно усередненное значение радиусов верхней и нижней поверхностей сварочной ванны.

Дата добавления: 2015-11-26