В результате различного сочетания указанных технологических особенностей получено большое число способов дуговой сварки.

Параметры режима дуговой сварки и их влияние на форму ванны и размеры швов.

Основные параметры дуговой сварки.

К основным параметрам относятся сила тока Iд , напряжение дуги Uд и скорость сварки vсв. Полная мощность сварочной дуги:

.

Тепловложение на единицу длины шва определяется погонной энергией (qоhи/vсв) и условиями сварки, оказывающими влияние на hи. Величина hи в зависимости от условий сварки может меняться от 0,3 до 0,95.

Ток дуги. Этот параметр в наибольшей степени определяет тепловую мощность. При постоянном диаметре электрода с увеличением силы тока дуги возрастает концентрация тепловой энергии в пятне нагрева. Повышается температура плазмы столба дуги. Стабилизируется положение активных пятен на электроде и изделии. С увеличением силы тока дуги возрастает длина сварочной ванны, ее ширина и глубина проплавления. Особенно интенсивно растет глубина проплавления. Это обусловлено не только увеличением тепловой мощности и сосредоточенности энергии в пятне нагрева, но и значительным повышением давления дуги на ванну, которое пропорционально квадрату силы сварочного тока. В определенных пределах изменения тока глубина проплавления ванны приближенно может быть оценена зависимостью, близкой к линейной:

,

где k ¾ коэффициент, зависящий от рода тока, полярности, диаметра электрода, степени сжатия дуги и др.

Напряжение дуги. С увеличением напряжения также возрастает тепловая мощность дуги, а, следовательно, и размеры сварочной ванны. Особенно интенсивно возрастают ширина и длина ванны. Ширина ванны связана с напряжением практически прямой зависимостью:

,

где S ¾ толщина свариваемого металла.

При постоянной величине сварочного тока повышение напряжения дуги незначительно сказывается на глубине проплавления ванны. По-видимому, это обусловлено некоторым снижением эффективного КПД дуги и большими возможностями для блуждания активного пятна в сварочной ванне.

Путем медленного уменьшения длины дуги и соответственно напряжения дуги можно перейти к сварке погруженной дугой

Скорость сварки. При постоянной погонной энергии увеличение скорости сварки вызывает повышение термического КПД процесса, а это, в свою очередь, приводит к возрастанию глубины проплавления и снижению ширины шва. Изменение скорости сварки при постоянной тепловой мощности дуги заметно сказывается на размерах сварочной ванны и шва. Это можно видеть из уравнений для определения ширины e и длины L сварочной ванны:

.

Дополнительные параметры режима дуговой сварки.

Дополнительные параметры связаны с условиями ведения процесса сварки и особенностями горения дуги. Так, например, при одной и той же погонной энергии можно изменять диаметр электрода, род тока и полярность, использовать импульсный и непрерывный режимы горения дуги. В некоторых случаях применяют сжатую дуг, а иногда колебания электрода. Эти особенности процесса также сказываются на формировании ванны и конечных размерах швов.

Диаметр электрода. При постоянной величине сварочного тока диаметр электрода определяет плотность энергии в пятне нагрева и подвижность дуги. В связи с этим при увеличении диаметра электрода снижается глубина проплавления ванны и возрастает ее ширина.

Род тока и полярность. В зависимости от рода тока и полярности на изделии выделяется различное количество теплоты. Если теплоту, выделяющуюся на аноде (Wa) и катоде (Wк), приближенно оценивать по эффективному падению напряжений, то получим зависимости

где Ua и Uк ¾ анодное и катодное падение напряжений; j, kT ¾ потенцаильная и термическая энергия электронов.

На катоде не вся энергия Uк переходит в теплоту. Часть ее (j+2kT) уносится в плазму столба дуги. На аноде выделяется энергия Ua и прибавляется потенциальная и термическая энергия электронов. Количество теплоты, выделенное на катоде, зависит от потенциала ионизации дугового газа. Поэтому разница в тепловыделении на катоде и аноде определяется способом дуговой сварки. В реальных условиях при сварке на прямой полярности (анод на изделии) глубина проплавления оказывается меньше, чем при сварке на обратной полярности (катод на изделии). Это легко объясняется формой столба дуги. Анодное пятно занимает большую площадь по сравнению с катодным. Поэтому ширина ванны и шва при сварке на прямой полярности возрастает.

При выборе рода тока необходимо учитывать влияние магнитного поля дуги на ее отклонение (магнитное дутье). Наличие вблизи дуги ферромагнитных масс или посторонних магнитных полей усиливает это явление. Формирование сварочной ванны и шва при действии магнитного поля меняется. Наблюдается вытеснение расплавленного металла из сварочной ванны, снижение глубины проплавления и т.п.

Меры борьбы с отклонением дуги собственным магнитным полем заключаются в правильном токоподводе, устранении ферромагнитных масс вблизи дуги, ориентировании угла наклона электрода по направлению отклонения столба дуги. Полное устранение магнитного дутья достигается при питании дуги переменным током.

Угол наклона электрода. Изменяя наклон электрода в плоскости продольной оси шва, можно существенно влиять на размеры сварочной ванны и шва. При a<90° сварку выполняют углом вперед. Давление дуги вытесняет расплавленный металл в головную часть ванны. При этом глубина проплавления основного металла снижается. При a>90° сварку выполняют углом назад. Давление дуги способствует интенсивному вытеснению расплавленного металла из головной части ванны в хвостовую. Глубина проплавления возрастает.

Аналогичные результаты могут быть получены отклонением столба дуги магнитным полем при вертикальном расположении электрода.

Колебание электрода. При поперечных колебаниях электрода возрастает ширина шва и снижается глубина проплавления. Изменяются условия кристаллизации и тепловой цикл в зоне термического влияния. Колебания электрода в процессе сварки обычно осуществляют с частотой 10¾60 Гц и амплитудой 2¾4 мм. Для этих целей используют раздичные по конструкции и принципу действия устройства.

Сжатие столба дуги. При сварке сжатой дугой появляется новый дополнительный параметр режима ¾ степень сжатия дуги. С увеличением степени сжатия дуги увеличивается температура плазмы дуги, повышается концентрация теплоты в пятне нагрева, возрастает глубина проплавления и снижается ширина сварочной ванны и шва.

Импульсная подача тока. При импульсном горении дуги появляются два новых дополнительных параметра процесса: время импульса tи и время паузы tп. Тепловая энергия подводится только во время импулься. Оба этих параметра оказывают влияние на размеры сварочной ванны и шва. При неизменной погонной энергии в течение цикла (tц=tи+tп) увеличение времени паузы ужесточает режим. Значительно возрастает термический КПД процесса. Благодаря этому до определенных значений tи растет глубина проплавления основного металла и снижается ширина шва.