Плавление и перенос электродного материала

При дуговой сварке нагрев и расплавление электрода осуществляются за счет энергии, выделяемой дугой в активном пятне, расположенном на его торце. Вылет электрода греется за счет теплоты, выделяемой при прохождении по нему тока по закону Джоуля — Ленца. Вылетом именуют участок электрода от места контакта с токоподводящим устройством до его конца. К примеру, при сварке вручную вылет электрода сначала сварки составляет 200...400 мм и в конце — 30...40 мм. При автоматической и механизированной сварке под флюсом и в защитных газах вылет электродной проволоки 12... 70 мм зависимо от ее поперечника и теплофизических параметров. Количество теплоты, выделяемой в электроде в единицу времени, тем больше, чем больше плотность тока, удельное сопротивление и вылет электрода. При ручной сварке это приводит к значительному увеличению температуры электрода, что ограничивает ток, используемый при всем этом методе сварки. Качество шва будет обеспечено только тогда, когда температура электрода в момент расплавления его торца не будет превосходить определенной температуры, к примеру 600... 700 "С при сварке железными электродами. Нагрев электрода до более больших температур приводит к отслаиванию покрытия, ухудшению формирования шва и повышению утрат на разбрызгивание. Механизированные методы сварки благодаря малому вылету электрода позволяют использовать огромную плотность тока и потому более производительны. Основная черта плавления электрода — линейная скорость его расплавления в единицу времени, которая находится в зависимости от состава электрода, покрытия, режима сварки, плотности и полярности тока. В общем случае скорость плавления электрода растет с повышением силы тока приблизительно по линейной зависимости, определяется критериями выделения и передачи теплоты в анодной и катодной областях и находится в зависимости от полярности тока.
При плавлении на торце электрода появляется капля водянистого металла. Большая удельная поверхность и высочайшие температуры капель содействуют насыщенному взаимодействию металла с окружающей средой. Потому нрав переноса электродного металла существенно оказывает влияние на кинетику физико-химических процессов. Нрав переноса электродного металла находится в зависимости от соотношения сил, действующих на каплю металла на торце электрода. К главным из их относят силу тяжести, силу поверхностного натяжения, электрическую силу, силу реактивного давления паров, аэро силу и др. Значения отдельных сил и направление их равнодействующих зависят от режима сварки, полярности тока, состава электродного металла, газовой среды, состояния поверхности и поперечника электрода. Сила тяжести оказывает существенное воздействие только при сварке на малых токах (рвение 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 в особенности в потолочном положениях она затрудняет процесс переноса электродного металла.
Сила поверхностного натяжения проявляется в стремлении воды под действием молекулярных сил приобрести форму сферы, имеющей наименьшую поверхность при данном объеме. Капля расплавленного металла сохраняет форму сферы до момента соприкосновения с поверхностью расплавленной ванны. В общем случае повышение поверхностного натяжения содействует повышению размеров капель, образующихся на торце электрода и переносимых через дуговой просвет. Электрическая сила обоснована взаимодействием проводника с током и магнитного поля, создаваемого этим током. Эта сила стремится деформировать проводник в круговом направлении и повредить перемычку меж каплей и электродом. Ее значение пропорционально квадрату силы тока. Сила реактивного давления паров — одна из принципиальных сил, оказыва-ющих воздействие на нрав переноса металла. Испарение металла с поверхности капли и хим взаимодействие водянистого металла со шлаком либо газовой фазой, сопровождаемое образованием и выделением газа, приводят к появлению реактивных сил. Металл испаряется приемущественно в области активных пятен, перемещение которых вызывает изменение положения места приложения реактивных сил и значительную подвижность капель. Величина реактивных сил находится в зависимости от размеров активных пятен, плотности тока в их и теплофизических параметров материала электрода. Так как плотность тока в катодном пятне существенно выше, чем в анодном, воздействие реактивного давления в большей мере проявляется на прямой полярности. Сжатие дуги приводит к повышению плотности тока в пятнах, что вызывает увеличение реактивного давления паров. В металлах с высочайшим давлением паров (магний, цинк) оттал¬кивание капель реактивными силами наблюдается при сварке на обеих полярностях, а в металлах с низким давлением паров — приемущественно при сварке на прямой полярности. Аэродинамическая сила проявляется в тех случаях, когда появляются массивные плазменные (газовые) потоки. Она определяется аэродинамическим торможением капли в газовом потоке и магнито-кинетическими силами, обусловленными несбалансированностью гидростатического давления снутри капли и на поверхности раздела жидкость — газ. Сила аэродинамического торможения пропорциональна плотности газа, его скорости и действенной площади сечения капли, спроектированной на направление газового потока. Зависимо от соотношения сил, действующих на каплю, нрав переноса электродного металла может значительно изменяться. При сварке покрытыми электродами наблюдается в главном крупнокапельный и мелкокапельный перенос. Тип переноса находится в зависимости от состава и высоты покрытия, режима сварки, рода тока и полярности.