В допълнение към факторите, свързани с процеса, други фактори на заваръчния процес, като размер на канала и размер на хлабината, ъгъл на наклон на електрода и детайла, както и пространствено положение на съединението, също могат да повлияят на образуването и размера на заваръчния шев.
Влияние на заваръчния ток върху образуването на заваръчния шев
При определени условия, с увеличаване на тока на дъговото заваряване, дълбочината на проникване и армировката на заваръчния шев се увеличават, а ширината на заваръчния шев се увеличава леко. Причините са следните:
1) С увеличаване на заваръчния ток при дъгово заваряване, силата на дъгата, действаща върху заваръчния детайл, се увеличава, топлинният вход на дъгата към заваръчния детайл се увеличава и позицията на източника на топлина се измества надолу, което благоприятства провеждането на топлина в дълбочина на разтопения шев и увеличава дълбочината на проникване. Дълбочината на проникване е приблизително пропорционална на заваръчния ток. Дълбочината на проникване на заваръчния шев H е приблизително равна на Km × I. Във формулата Km е коефициентът на проникване (броят милиметри, с които се увеличава дълбочината на проникване на заваръчния шев, когато заваръчният ток се увеличи със 100 A), който е свързан с метода на дъгово заваряване, диаметъра на телта, вида на тока и др., както е показано в Таблица 1-1.
| методи за дъгово заваряване | диаметър на електрода/мм | заваръчен ток/A | напрежение/V | скорост на заваряване/mh-1 | коефициент на проникване/м м-100A-1 |
Волфрамова аргонова дъгова заварка | 3.2 | 100~350 | 10~16 | 6~18 | 0.8~1.8 |
плазмено-дъгово заваряване | 1.6 отвор на дюзата | 50~100 | 20~26 | 10~60 | 1.2~2 |
| 3.4 отвор на дюзата | 220~300 | 28~36 | 18~30 | 1,5~2,4 |
| | 2 | 200~700 | 32~40 | 15~100 | 1.0~1.7 |
| 5 | 450~1200 | 34~44 | 30~60 | 0,7~1,3 |
аргоно-дъгово заваряване с електрод за сливане | 1.2~2.4 | 210~550 | 24~42 | 40~120 | 1,5~1,8 |
| CO2 заваряване | 0.8~1.6 | 70~300 | 16~23 | 30~150 | 0.8~1.2 |
| 2~4 | 500~900 | 35~45 | 40~80 | |
Таблица 1-1 Коефициент на дълбочина на топене Km за различни методи и параметри на електродъгово заваряване (заваръчна стомана)
2) Скоростта на топене на заваръчната сърцевина или заваръчната тел при дъгово заваряване е пропорционална на заваръчния ток. Тъй като увеличаването на заваръчния ток при дъгово заваряване води до увеличаване на скоростта на топене на заваръчната тел, количеството на стопената заваръчна тел се увеличава приблизително пропорционално, докато ширината на заваръчния шев се увеличава по-малко, така че армировката на заваръчния шев се увеличава.
3) След увеличаване на заваръчния ток, диаметърът на стълба на дъгата се увеличава. Дълбочината, на която дъгата прониква в детайла, обаче се увеличава и обхватът на движение на петното на дъгата е ограничен. Следователно, увеличението на ширината на заваръчния шев е сравнително малко.
При заваряване на метали в защитна газова среда (MIG), когато заваръчният ток се увеличи, дълбочината на проникване на заваръчния шев се увеличава. Ако заваръчният ток е твърде голям и плътността на тока е твърде висока, е възможно да се получи пръстообразно проникване, особено при заваряване на алуминий.
Влияние на напрежението на дъгата върху образуването на заварката
При определени условия, когато напрежението на дъгата се увеличи, мощността на дъгата се увеличава и подавана топлина към заваръчния шев също се увеличава. Увеличението на напрежението на дъгата обаче се постига чрез увеличаване на дължината на дъгата. Увеличаването на дължината на дъгата води до увеличаване на радиуса на източника на топлина на дъгата и увеличаване на разсейването на топлината от дъгата. В резултат на това плътността на енергията, подавана към заваръчния шев, намалява, така че дълбочината на проникване леко намалява, докато ширината на заваръчния шев се увеличава. В същото време, тъй като заваръчният ток остава непроменен и количеството на топене на заваръчната тел е непроменено, армировката на заваръчния шев намалява.
При различните методи на дъгово заваряване, за да се получи правилно образуване на заваръчния шев, т.е. да се поддържа подходящ коефициент на образуване на заваръчния шев φ, е необходимо с увеличаване на заваръчния ток, напрежението на дъгата да се увеличи съответно. Необходимо е напрежението на дъгата и заваръчният ток да са в подходящо съответствие. Това е най-често срещано при дъговото заваряване с консумативи.
Влияние на скоростта на заваряване върху образуването на заваръчния шев
При определени условия, увеличаването на скоростта на заваряване ще доведе до намаляване на вложената топлина при заваряване, като по този начин ще намали както ширината на заваръчния шев, така и проникването. Тъй като количеството натрупан метал на единица дължина на заваръчния шев е обратно пропорционално на скоростта на заваряване, това води и до намаляване на армировката на заваръчния шев.
Скоростта на заваряване е важен показател за оценка на производителността на заваряването. За да се подобри производителността на заваряването, скоростта на заваряване трябва да се увеличи. Въпреки това, за да се гарантира необходимият размер на заваръчния шев при конструктивното проектиране, с увеличаване на скоростта на заваряване, заваръчният ток и напрежението на дъгата трябва да се увеличат съответно. Тези три величини са взаимосвързани. В същото време трябва да се има предвид, че при увеличаване на заваръчния ток, напрежението на дъгата и скоростта на заваряване (т.е. при използване на високомощна заваръчна дъга и високоскоростно заваряване), могат да възникнат дефекти при заваряване, като подрязване и пукнатини, по време на образуването на разтопената вана и процеса на втвърдяване на разтопената вана. Следователно, увеличаването на скоростта на заваряване е ограничено.
Влияние на вида и полярността на заваръчния ток и размера на електрода върху образуването на заваръчния шев
1. Видове и полярности на заваръчния ток
Видовете заваръчни токове се разделят на постоянен ток и променлив ток. Между тях, електродъговото заваряване с постоянен ток се разделя на постоянен постоянен ток и импулсен постоянен ток според това дали има импулс в тока; разделя се на постоянен ток с положителна връзка (заварката е свързана към положителен полюс) и постоянен ток с обратна връзка (заварката е свързана към отрицателен полюс) според полярността. Електродъговото заваряване с променлив ток се разделя допълнително на синусоидален променлив ток и правоъгълен променлив ток според различните форми на вълната на тока. Видът и полярността на заваръчния ток могат да повлияят на количеството топлина, подавана от дъгата към заваръчния шев, като по този начин могат да повлияят на образуването на заваръчния шев. В същото време, той може да повлияе и на процеса на пренос на капки и отстраняването на оксидния филм от повърхността на основния метал.
Когато се използва волфрамова дъгова заварка с инертен газ за заваряване на метални материали като стомана и титан, проникването на заварката е най-дълбоко, когато постоянният ток е свързан в положителна посока, проникването е най-плитко, когато постоянният ток е свързан в обратна посока, а променливият ток е между двете. Тъй като проникването на заварката е най-дълбоко, когато постоянният ток е свързан в положителна посока и волфрамовият електрод има най-малки загуби от изгаряне, положителната връзка с постоянния ток трябва да се използва, когато се използва волфрамова дъгова заварка с инертен газ за заваряване на метални материали като стомана и титан. Когато се използва импулсно постоянен ток при волфрамова дъгова заварка с инертен газ, тъй като параметрите на импулса могат да се регулират, размерът на заваръчния шев може да се контролира според нуждите. Когато се използва волфрамова дъгова заварка с инертен газ за заваряване на алуминий, магнезий и техните сплави, е необходимо да се използва ефектът на почистване на катода от дъгата, за да се почисти оксидният филм върху повърхността на основния метал. Променливият ток е по-добър. Тъй като параметрите на формата на вълната на правоъгълния променлив ток могат да се регулират, ефектът на заваряване е по-добър.
При газово-метал дъгово заваряване, когато постоянният ток е свързан обратно, проникването и ширината на заваръчния шев са по-големи от тези при положително свързване на постоянен ток. Проникването и ширината на заваръчния шев са между двете. Следователно, при подфлюсово дъгово заваряване, обратното свързване на постоянен ток обикновено се използва за постигане на по-голямо проникване; докато при наваряване под флюс, положителното свързване на постоянен ток се използва за намаляване на проникването. При газово-метал дъгово заваряване със защитен газ, тъй като обратното свързване на постоянен ток не само има голяма дълбочина на проникване, но и заваръчната дъга и процесът на пренос на капки са по-стабилни от тези при положително свързване на постоянен ток и променлив ток, и имат ефект на почистване на катода, то се използва широко. Положителното свързване на постоянен ток и променлив ток обикновено не се използват.
2. Влияние на формата на върха на волфрамовия електрод, диаметъра на заваръчната тел и дължината на удължаване
Ъгълът и формата на предния край на заваръчния електрод имат по-голямо влияние върху концентрацията на дъгата и налягането в нея. Те трябва да се избират според заваръчния ток и дебелината на детайла. Обикновено, колкото по-концентрирана е дъгата и колкото по-голямо е налягането в нея, толкова по-голяма е дълбочината на проникване, а ширината на заваръчния шев съответно намалява.
При газово-метално дъгово заваряване, когато заваръчният ток е постоянен, колкото по-тънка е заваръчната тел, толкова по-концентрирано е нагряването на дъгата, дълбочината на проникване се увеличава и ширината на заваръчния шев намалява. Въпреки това, при избора на диаметъра на заваръчната тел в реални заваръчни проекти, трябва да се вземат предвид и величината на тока и морфологията на заваръчната вана, за да се избегне лошо образуване на заваръчния шев.
Когато дължината на удължаване на телта при газово-метално дъгово заваряване се увеличи, съпротивителната топлина, генерирана от заваръчния ток, преминаващ през удължената част на телта, се увеличава, което води до увеличаване на скоростта на топене на телта. Следователно, армировката на заваръчния шев се увеличава, докато дълбочината на проникване намалява донякъде. Поради относително голямото съпротивление на стоманените заваръчни телове, влиянието на дължината на удължаване на телта върху образуването на заваръчния шев е сравнително очевидно при заваряване със стоманени и фини телове. Съпротивлението на алуминиевите заваръчни телове е сравнително малко, така че влиянието му не е значително. Въпреки че увеличаването на дължината на удължаване на телта може да подобри коефициента на топене на телта, като се вземат предвид цялостно аспектите на стабилността на топене на телта и образуването на заваръчния шев, съществува допустим диапазон на вариация за дължината на удължаване на телта.
Влияние на други технологични фактори върху факторите за образуване на заварката
В допълнение към гореспоменатите фактори на процеса, други фактори на заваръчния процес, като размер на канала и размер на пролуката, ъгъл на наклон на електрода и детайла, както и пространствено положение на съединението, също могат да повлияят на образуването и размера на заваръчния шев.
1. Жлеб и празнина
При заваряване на челни съединения чрез електродъгово заваряване, обикновено се определя дали да се запази празнина, размерът на празнината и формата на отворения жлеб в зависимост от дебелината на заваръчния лист. При определени други условия, колкото по-голям е размерът на жлеба или празнината, толкова по-малка е армировката на заварения шев, което е еквивалентно на намаляване на позицията на заваряване. В този случай коефициентът на сливане намалява. Следователно, оставянето на празнина или отварянето на жлеб може да се използва за контрол на размера на армировката и регулиране на коефициента на сливане. В сравнение с оставянето на празнина и неоставянето на празнина и отварянето на жлеб, условията за разсейване на топлината при двете са малко по-различни. Най-общо казано, условията за кристализация при отваряне на жлеб са по-благоприятни.
2. Наклон на електрода (заваръчната тел)
При дъгово заваряване, в зависимост от връзката между посоката на наклона на електрода и посоката на заваряване, то се разделя на два вида: наклон на електрода напред и наклон на електрода назад. Когато заваръчната тел е наклонена, оста на дъгата също е наклонена съответно. Когато заваръчната тел е наклонена напред, ефектът от силата на дъгата върху изхвърлянето на разтопения метал от вана назад се отслабва. Слоят течен метал на дъното на разтопения метал става по-дебел, дълбочината на проникване се намалява, дълбочината, на която дъгата прониква в заваръчния елемент, се намалява, обхватът на движение на точката на дъгата се разширява, ширината на заваръчния шев се увеличава и армировката се намалява. Колкото по-малък е ъгълът на наклон напред α на заваръчната тел, толкова по-очевидно е това влияние. Когато заваръчната тел е наклонена назад, ситуацията е обратна. При екранирано метално дъгово заваряване най-често се използва методът на наклон на електрода назад, като ъгълът на наклон α между 65° и 80° е относително подходящ.
3. Наклон на заваръчния детайл
Наклонът на заваръчния шев често се среща в реалното производство и може да се раздели на заваряване нагоре и заваряване надолу. В този момент, под действието на гравитацията, разтопеният метал на ваната е склонен да се стича надолу по наклона. При заваряване нагоре, гравитацията помага за изхвърлянето на разтопения метал на ваната към края на разтопения шев, така че проникването е дълбоко, ширината на заваръчния шев е тясна, а армировката е висока. Когато ъгълът на изкачване α е от 6° до 12°, армировката е твърде голяма и лесно се образуват подрязвания от двете страни. При заваряване надолу, този ефект предотвратява изхвърлянето на разтопения метал на ваната към края на разтопения шев. Дъгата не може да нагрее дълбоко метала на дъното на разтопения шев, проникването се намалява, обхватът на движение на точката на дъгата се разширява, ширината на заваръчния шев се увеличава и армировката се намалява. Ако ъгълът на наклон на заваръчния шев е твърде голям, това ще доведе до недостатъчно проникване и преливане на разтопения метал на ваната.
4. Заваръчен материал и дебелина
Проникването на заваръчния шев е свързано със заваръчния ток, както и с топлопроводимостта и обемния топлинен капацитет на материала. Колкото по-добра е топлопроводимостта на материала и колкото по-голям е обемният топлинен капацитет, толкова повече топлина е необходима, за да се разтопи единица обем метал и да се повиши температурата със същото количество. Следователно, при определени други условия, като например заваръчния ток, дълбочината на проникване и ширината на заваръчния шев ще намалеят. Колкото по-голяма е плътността или вискозитетът на течността на материала, толкова по-трудно е за дъгата да измести течния разтопен метал от вана и толкова по-плитко е проникването на заваръчния шев. Дебелината на заварената част влияе върху топлопроводимостта вътре в заварената част. Когато другите условия са еднакви, с увеличаването на дебелината на заварената част, разсейването на топлината се увеличава и както ширината на заваръчния шев, така и дълбочината на проникване намаляват.
5. Флюс, покритие на електрода и защитен газ
Различният състав на флюсовете или покритията на електродите води до различни падове на напрежението в електродните области на дъгата и различни градиенти на потенциала на стълба на дъгата, което неизбежно ще повлияе на образуването на заваръчния шев. Когато флюсът има ниска плътност, голям размер на частиците или малка височина на наслагване, налягането около дъгата е ниско, стълбът на дъгата се разширява и петното на дъгата има голям обхват на движение. Следователно, проникването е малко, ширината на заваръчния шев е голяма, а армировката е малка. Когато се използва високомощностно дъгово заваряване за заваряване на дебели детайли, използването на флюс, подобен на пемза, може да намали налягането на дъгата, да намали проникването и да увеличи ширината на заваръчния шев. Освен това, заваръчната шлака трябва да има подходящ вискозитет и температура на топене. Ако вискозитетът е твърде висок или температурата на топене е относително висока, шлаката ще има лоша вентилация и е лесно да се образуват много вдлъбнатини по повърхността на заваръчния шев, което води до лошо образуване на повърхността на заваръчния шев.
Съставът на защитните газове за дъгово заваряване (като Ar, He, N2, CO2) е различен, а техните физични свойства, като например топлопроводимост, също са различни. Това прави пада на напрежението в полярната област на дъгата и градиента на потенциала на стълба на дъгата, проводимото напречно сечение на стълба на дъгата, силата на плазмения поток и разпределението на специфичния топлинен поток различни. Всички тези фактори влияят върху образуването на заваръчните шевове.
Накратко, има много фактори, които влияят върху образуването на заваръчния шев. За да се получи добро образуване на заваръчния шев, е необходимо да се изберат подходящи методи на заваряване и условия на заваряване в зависимост от материала и дебелината на заваряваната част, пространственото положение на заваръчния шев, формата на съединението, условията на работа, изискванията за характеристиките на съединението и размера на заваръчния шев. В същото време най-важното е отношението на заварчика към заваряването! В противен случай образуването на заваръчния шев и неговите характеристики може да не отговарят на изискванията и дори да се появят различни дефекти при заваряване.
