Pe lângă factorii de proces, alți factori ai procesului de sudare, cum ar fi dimensiunea canelurii și dimensiunea spațiului, unghiul de înclinare al electrodului și al piesei de prelucrat și poziția spațială a îmbinării, pot influența, de asemenea, formarea sudurii și dimensiunea acesteia.
Influența curentului de sudare asupra formării sudurii
În anumite condiții, pe măsură ce curentul de sudură cu arc crește, adâncimea de penetrare și armarea cusăturii de sudură cresc, iar lățimea sudurii crește ușor. Motivele sunt următoarele:
1) Pe măsură ce curentul de sudare cu arc crește, forța arcului care acționează asupra sudurii crește, aportul de căldură al arcului către sudură crește, iar poziția sursei de căldură se deplasează în jos, ceea ce favorizează conducerea căldurii în direcția adâncimii băii topite și crește adâncimea de penetrare. Adâncimea de penetrare este aproximativ proporțională cu curentul de sudare. Adâncimea de penetrare a sudurii H este aproximativ egală cu Km × I. În formulă, Km este coeficientul de penetrare (numărul de milimetri cu care crește adâncimea de penetrare a sudurii atunci când curentul de sudare este crescut cu 100 A), care este legat de metoda de sudare cu arc, diametrul sârmei, tipul de curent etc., așa cum se arată în Tabelul 1-1.
| metode de sudare cu arc | diametrul electrodului/mm | curent de sudură/A | tensiune/V | viteză de sudare/mh-1 | coeficient de penetrare/m m-100A-1 |
sudarea cu arc cu tungsten și argon | 3.2 | 100~350 | 10~16 | 6~18 | 0,8~1,8 |
| | Diafragmă duză 1.6 | 50~100 | 20~26 | 10~60 | 1,2~2 |
| Apertură duză de 3,4 | 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 |
sudarea cu arc cu argon și electrod de fuziune | 1,2~2,4 | 210~550 | 24~42 | 40~120 | 1,5~1,8 |
| Sudură cu CO2 | 0,8~1,6 | 70~300 | 16~23 | 30~150 | 0,8~1,2 |
| 2~4 | 500~900 | 35~45 | 40~80 | |
Tabelul 1-1 Coeficientul adâncimii de topire Km pentru diferite metode și parametri de sudare cu arc (oțel sudat)
2) Viteza de topire a miezului de sudură sau a sârmei de sudură în sudarea cu arc este proporțională cu curentul de sudură. Deoarece creșterea curentului de sudură în sudarea cu arc duce la o creștere a vitezei de topire a sârmei de sudură, cantitatea de sârmă de sudură topită crește aproximativ proporțional, în timp ce lățimea sudurii crește mai puțin, deci armarea sudurii crește.
3) După creșterea curentului de sudare, diametrul coloanei arcului crește. Cu toate acestea, adâncimea la care arcul pătrunde în piesa de prelucrat crește, iar raza de mișcare a punctului arcului este limitată. Prin urmare, creșterea lățimii sudurii este relativ mică.
În sudarea MIG (gaz inert) cu metale protejate de gaz, atunci când curentul de sudare crește, adâncimea de penetrare a sudurii crește. Dacă curentul de sudare este prea mare și densitatea curentului este prea ridicată, este probabil să apară penetrarea ca degetele, în special la sudarea aluminiului.
Influența tensiunii arcului asupra formării sudurii
În anumite condiții, atunci când tensiunea arcului crește, crește și puterea arcului, iar aportul de căldură către sudura crește și ea. Cu toate acestea, creșterea tensiunii arcului se realizează prin creșterea lungimii arcului. Creșterea lungimii arcului duce la o creștere a razei sursei de căldură a arcului și la o creștere a disipării căldurii arcului. Drept urmare, densitatea de energie de intrare în sudura scade, astfel încât adâncimea de penetrare scade ușor, în timp ce lățimea cordonului de sudură crește. În același timp, deoarece curentul de sudare rămâne neschimbat, iar cantitatea de topire a sârmei de sudură este neschimbată, armarea cordonului de sudură scade.
Pentru diverse metode de sudare cu arc, este necesar să se obțină o formare corectă a sudurii, adică să se mențină un coeficient de formare a sudurii φ adecvat. Odată cu creșterea curentului de sudare, tensiunea arcului trebuie crescută în mod corespunzător. Este necesar ca tensiunea arcului și curentul de sudare să aibă o relație de corelare adecvată. Acest lucru este cel mai frecvent întâlnit în sudarea cu arc cu electrozi consumabili.
Influența vitezei de sudare asupra formării sudurii
În anumite condiții, creșterea vitezei de sudare va duce la o reducere a aportului de căldură la sudură, reducând astfel atât lățimea cordonului de sudură, cât și penetrarea acestuia. Deoarece cantitatea de metal depus pe unitatea de lungime a sudurii este invers proporțională cu viteza de sudare, aceasta duce și la o reducere a armăturii cordonului de sudură.
Viteza de sudare este un indicator important pentru evaluarea productivității sudării. Pentru a îmbunătăți productivitatea sudării, viteza de sudare trebuie crescută. Cu toate acestea, pentru a asigura dimensiunea sudurii necesare în proiectarea structurală, odată cu creșterea vitezei de sudare, curentul de sudare și tensiunea arcului trebuie crescute în mod corespunzător. Aceste trei mărimi sunt interdependente. În același timp, trebuie luat în considerare și faptul că, odată cu creșterea curentului de sudare, a tensiunii arcului și a vitezei de sudare (adică, utilizând arc de sudare de mare putere și sudură cu viteză mare), pot apărea defecte de sudare, cum ar fi degajarea și fisurile, în timpul formării băii de material topit și al procesului de solidificare a acesteia. Prin urmare, creșterea vitezei de sudare este limitată.
Influența tipului și polarității curentului de sudare și a dimensiunii electrodului asupra formării sudurii
1. Tipuri și polarități ale curentului de sudură
Tipurile de curent de sudare sunt împărțite în curent continuu și curent alternativ. Printre acestea, sudarea cu arc în curent continuu este împărțită în continuare în curent continuu constant și curent continuu pulsat, în funcție de prezența unui impuls în curent; în funcție de polaritate, se împarte în curent continuu cu conexiune pozitivă (sudura este conectată la pozitiv) și curent continuu cu conexiune inversă (sudura este conectată la negativ). Sudarea cu arc în curent alternativ este împărțită în continuare în curent alternativ sinusoidal și curent alternativ pătratic, în funcție de diferitele forme de undă ale curentului. Tipul și polaritatea curentului de sudare pot afecta cantitatea de căldură de intrare a arcului în sudura, astfel încât pot afecta formarea sudurii. În același timp, poate afecta și procesul de transfer al picăturilor și îndepărtarea peliculei de oxid de pe suprafața metalului de bază.
Când se utilizează sudarea cu arc cu gaz inert cu tungsten pentru a suda materiale metalice precum oțelul și titanul, penetrarea sudurii este cea mai profundă atunci când curentul continuu este conectat în direcția pozitivă, penetrarea este cea mai superficială atunci când curentul continuu este conectat în direcția inversă, iar curentul alternativ se află între cele două. Deoarece penetrarea sudurii este cea mai profundă atunci când curentul continuu este conectat în direcția pozitivă, iar electrodul de tungsten are cea mai mică pierdere prin ardere, conexiunea pozitivă de curent continu ar trebui utilizată atunci când sudarea cu arc cu gaz inert cu tungsten este utilizată pentru a suda materiale metalice precum oțelul și titanul. Când se utilizează sudarea cu arc cu curent continuu pulsat, deoarece parametrii impulsului pot fi ajustați, dimensiunea formațiunii sudurii poate fi controlată după cum este necesar. Când sudarea cu arc cu gaz inert cu tungsten este utilizată pentru a suda aluminiu, magneziu și aliajele acestora, este necesar să se utilizeze efectul de curățare a catodului arcului pentru a curăța pelicula de oxid de pe suprafața metalului de bază. Curentul alternativ este mai bun. Deoarece parametrii formei de undă ai curentului alternativ pătrat pot fi ajustați, efectul de sudare este mai bun.
În sudarea cu arc metalic gazos, atunci când curentul continuu este conectat invers, penetrarea sudurii și lățimea sudurii sunt ambele mai mari decât cele din cazul conexiunii pozitive de curent continuu. Penetrarea și lățimea sudării cu curent alternativ se află între cele două. Prin urmare, în sudarea cu arc scufundat, conexiunea inversă de curent continuu este în general utilizată pentru a obține o penetrare mai mare; în timp ce în sudarea superficială cu arc scufundat, conexiunea pozitivă de curent continuu este utilizată pentru a reduce penetrarea. În sudarea cu arc metalic gazos cu gaz de protecție, deoarece conexiunea inversă de curent continuu nu numai că are o adâncime de penetrare mare, dar și arcul de sudură și procesul de transfer al picăturilor sunt mai stabile decât cele din conexiunea pozitivă de curent continuu și curentul alternativ și are un efect de curățare a catodului, este utilizată pe scară largă. Conexiunea pozitivă de curent continuu și curentul alternativ nu sunt în general utilizate.
2. Influența formei vârfului electrodului de tungsten, a diametrului sârmei de sudură și a lungimii de extensie
Unghiul și forma capătului frontal al electrodului de sudură au o influență mai mare asupra concentrației arcului și a presiunii arcului. Acestea trebuie selectate în funcție de curentul de sudare și de grosimea piesei de prelucrat. În general, cu cât arcul este mai concentrat și cu cât presiunea arcului este mai mare, cu atât adâncimea de penetrare formată este mai mare, în timp ce lățimea sudurii scade corespunzător.
În sudarea cu arc metalic gazos, când curentul de sudare este constant, cu cât firul de sudură este mai subțire, cu atât încălzirea arcului este mai concentrată, adâncimea de penetrare crește, iar lățimea sudurii scade. Cu toate acestea, atunci când se alege diametrul firului de sudură în proiectele de sudare reale, trebuie luate în considerare și magnitudinea curentului și morfologia băii de sudură pentru a evita formarea defectuoasă a sudurii.
Când lungimea extensiei sârmei în sudarea cu arc metalic cu gaz crește, căldura de rezistență generată de curentul de sudare care trece prin partea extinsă a sârmei crește, ceea ce face ca viteza de topire a sârmei să crească. Prin urmare, armarea sudurii crește, în timp ce adâncimea de penetrare scade oarecum. Datorită rezistivității relativ mari a sârmelor de sudură din oțel, influența lungimii extensiei sârmei asupra formării sudurii este relativ evidentă în sudarea cu oțel și sârme fine. Rezistivitatea sârmelor de sudură din aluminiu este relativ mică, deci influența sa nu este semnificativă. Deși creșterea lungimii extensiei sârmei poate îmbunătăți coeficientul de topire a sârmei, luând în considerare în mod cuprinzător aspectele legate de stabilitatea topirii sârmei și formarea sudurii, există un interval de variație admisibil pentru lungimea extensiei sârmei.
Influența altor factori de proces asupra factorilor de formare a sudurii
Pe lângă factorii de proces menționați mai sus, alți factori ai procesului de sudare, cum ar fi dimensiunea canelurii și dimensiunea spațiului, unghiul de înclinare al electrodului și al piesei de prelucrat și poziția spațială a îmbinării, pot afecta, de asemenea, formarea sudurii și dimensiunea acesteia.
1. Șanț și gol
La sudarea îmbinărilor cap la cap prin sudură cu arc electric, de obicei, se stabilește dacă se rezervă un spațiu liber, dimensiunea spațiului liber și forma canelurii deschise în funcție de grosimea plăcii de sudură. În anumite alte condiții, cu cât dimensiunea canelurii sau a spațiului liber este mai mare, cu atât armarea sudurii sudate este mai mică, ceea ce echivalează cu scăderea poziției sudurii. În acest moment, raportul de fuziune scade. Prin urmare, lăsarea unui spațiu liber sau deschiderea unui canelur poate fi utilizată pentru a controla dimensiunea armăturii și a ajusta raportul de fuziune. Comparativ cu lăsarea unui spațiu liber și nelăsarea unui spațiu liber și deschiderea unui canelur, condițiile de disipare a căldurii sunt oarecum diferite. În general, condițiile de cristalizare pentru deschiderea unui canelur sunt mai favorabile.
2. Înclinarea electrodului (sârmei de sudură)
În timpul sudării cu arc, în funcție de relația dintre direcția de înclinare a electrodului și direcția de sudare, aceasta se împarte în două tipuri: înclinare înainte a electrodului și înclinare înapoi a electrodului. Atunci când sârma de sudură este înclinată, axa arcului este, de asemenea, înclinată corespunzător. Atunci când sârma de sudură este înclinată înainte, efectul forței arcului asupra descărcării înapoi a metalului topit este slăbit. Stratul de metal lichid de la fundul băii topite devine mai gros, adâncimea de penetrare este redusă, adâncimea la care arcul pătrunde în sudura este redusă, raza de mișcare a punctului arcului este extinsă, lățimea sudurii este crescută și armătura este redusă. Cu cât unghiul de înclinare înainte α al sârmei de sudură este mai mic, cu atât această influență este mai evidentă. Când sârma de sudură este înclinată înapoi, situația este inversă. În sudarea cu arc cu metal ecranat, se adoptă în mare parte metoda de înclinare înapoi a electrodului, iar un unghi de înclinare α între 65° și 80° este relativ potrivit.
3. Înclinarea piesei de sudură
Înclinarea sudurii este adesea întâlnită în producția reală și poate fi împărțită în sudare ascendentă și sudare descendentă. În acest moment, sub acțiunea gravitației, metalul topit din baie tinde să curgă în jos de-a lungul pantei. În sudarea ascendentă, gravitația ajută la descărcarea metalului topit din baie spre coada băii topite, astfel încât penetrarea este adâncă, lățimea sudurii este îngustă, iar armătura este mare. Când unghiul ascendent α este de 6° până la 12°, armătura este prea mare și se generează ușor adâncituri pe ambele părți. În sudarea descendentă, acest efect împiedică descărcarea metalului topit din baie spre coada băii topite. Arcul nu poate încălzi profund metalul de la fundul băii topite, penetrarea este redusă, raza de mișcare a punctului arcului este extinsă, lățimea sudurii este crescută și armătura este redusă. Dacă unghiul de înclinare al sudurii este prea mare, va duce la o penetrare insuficientă și la revărsarea metalului lichid din baie topită.
4. Materialul de sudură și grosimea
Penetrarea sudurii este legată de curentul de sudare, precum și de conductivitatea termică și capacitatea calorică volumetrică a materialului. Cu cât conductivitatea termică a materialului este mai bună și cu cât capacitatea calorică volumetrică este mai mare, cu atât este necesară mai multă căldură pentru a topi un volum unitar de metal și a crește temperatura cu aceeași cantitate. Prin urmare, în anumite alte condiții, cum ar fi curentul de sudare, adâncimea de penetrare și lățimea sudurii vor scădea. Cu cât densitatea sau vâscozitatea lichidă a materialului este mai mare, cu atât este mai dificil pentru arc să deplaseze metalul topit lichid din baia de metal și cu atât penetrarea sudurii este mai superficială. Grosimea piesei sudate afectează conductivitatea termică în interiorul piesei sudate. Când celelalte condiții sunt aceleași, pe măsură ce grosimea piesei sudate crește, disiparea căldurii crește, iar atât lățimea sudurii, cât și adâncimea de penetrare scad.
5. Flux, acoperire electrod și gaz de protecție
Compozițiile diferite ale fluxurilor sau acoperirilor electrozilor duc la căderi de tensiune diferite în regiunile electrozilor arcului și la gradienți de potențial diferiți ai coloanei arcului, ceea ce va afecta inevitabil formarea sudurii. Atunci când fluxul are o densitate mică, o dimensiune mare a particulelor sau o înălțime de stivuire mică, presiunea din jurul arcului este scăzută, coloana arcului se extinde, iar punctul arcului are un interval de mișcare mare. Prin urmare, penetrarea este mică, lățimea sudurii este mare, iar armătura este mică. Atunci când se utilizează sudarea cu arc de mare putere pentru a suda piese groase, utilizarea fluxului asemănător pietrei ponce poate reduce presiunea arcului, poate reduce penetrarea și poate crește lățimea sudurii. În plus, zgura de sudură trebuie să aibă o vâscozitate și o temperatură de topire adecvate. Dacă vâscozitatea este prea mare sau temperatura de topire este relativ ridicată, zgura va avea o ventilație slabă și este ușor să se formeze multe depresiuni pe suprafața sudurii, rezultând o formare slabă a suprafeței sudurii.
Compoziția gazelor de protecție pentru sudarea cu arc (cum ar fi Ar, He, N2, CO2) este diferită, iar proprietățile lor fizice, cum ar fi conductivitatea termică, sunt, de asemenea, diferite. Acest lucru face ca scăderea de tensiune în regiunea polară a arcului și gradientul de potențial al coloanei arcului, secțiunea transversală conductivă a coloanei arcului, forța de curgere a plasmei și distribuția fluxului termic specific să fie diferite. Toți acești factori afectează formarea sudurilor.
Pe scurt, există mulți factori care afectează formarea sudurii. Pentru a obține o formare bună a sudurii, este necesar să se selecteze metodele de sudare și condițiile adecvate în funcție de materialul și grosimea piesei sudate, poziția spațială a sudurii, forma îmbinării, condițiile de lucru, cerințele privind performanța îmbinării și dimensiunea sudurii. În același timp, cel mai important lucru este atitudinea sudorului față de sudare! În caz contrar, formarea sudurii și performanța acesteia pot să nu îndeplinească cerințele și chiar pot apărea diverse defecte de sudare.
