В этом отношении интересны данные исследований А. А. Еро-хина, который изучал влияние режима сварки на частоту перехода капель и время их существования на торце электрода при ручной электросварке. Результаты опытного и расчетного определений этого влияния на время существования и удельную поверхность капель приведены в табл. 32.

Как видно из табл. 32, при увеличении тока в интервале 110— 300 а удельная поверхность капель изменяется незначительно, но время существования капли на торце электрода уменьшается в 1,6 раза. Между тем увеличение напряжения дуги в интервале 14—27 в уменьшает удельную поверхность капель в 2,2 раза, увеличивая

время их существования в 8,3"

Таблица 32 Влияние режима сварки на время существования капель на торце электрода и удельную поверхность

раза. Таким образом, на развитии реакций в каплях особенно сильно сказывается увеличение напряжения на дуге. Этот вывод подтверждают исследования химического состава наплавленного металла.

Во время перехода через газовую среду капли частично или полностью покрываются оболочкой расплавленного шлака, в результате чего значительно активизируются реакции между ним и жидким металлом. Возможно также перемешивание металла со шлаком — в результате бурного выделения газов. Ниже приведены данные о температуре капель при сварке электродами из малоуглеродистой стали:

Ток дуги, а

185—195 200—240 235—240

Температура капель, °С

2245 ± 45 2310 ± 30 2340 ± 50

Рассмотрим перенос электродного металла через шлаковую фазу (электрошлаковый процесс). В этом случае применяют большие плотности тока, чем при дуговой сварке (100—120 а/мм2), поэтому нагрев электрода оказывается более интенсивным. Погруженный в шлаковую ванну, он плавится не только с торца, но и по боковой поверхности, поэтому конец его по мере плавления приобретает своеобразную заостренную форму.

Как показали рентгенографические исследования, при устойчивом процессе сварки металл электродной проволоки переносится в сварочную ванну в виде капель. Формируясь, капля увеличивается за счет расплавления конца электрода и стекания металла по боковой поверхности электрода. На каплю действуют те же основные силы: сила тяжести, электродинамическая сила и сила поверх-

ностного натяжения, зависящая от свойств окружающей каплю среды — жидкого шлака.

С увеличением размера капли на конце электрода возрастают силы тяжести и поверхностного натяжения. Вблизи границы капли с твердым металлом электрода появляется шейка. Плотность тока в ее сечении возрастает, что приводит к увеличению электродинамической силы. Под действием этой силы при отрыве от торца электрода капля приобретает некоторое ускорение. Жидкий шлак тормозит движение капли и приобретает часть ее импульса. В связи е торможением среднее количество капель на единицу длины пути возрастает. В этом случае возможно слияние капель между собой, сопровождающееся изменением проводимости шлаковой ванны.

На размер переносимых через шлак капель влияет величина тока, напряжение дуги, диаметр электродной проволоки, химический состав электродной проволоки и шлака. Уменьшение сварочного тока снижает температуру торца электрода и величину электродинамической силы, что приводит к укрупнению капель. Повышение напряжения вызывает уменьшение размера капель.

§ 38. ГАЗОВАЯ ФАЗА В ЗОНЕ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

При сварке плавлением жидкий металл активно взаимодействует с расплавленным шлаком и окружающей газовой средой. Физико-химические процессы, протекающие в газовой среде, оказывают большое влияние на качество сварки. К числу важнейших процессов относятся: диссоциация газов, их растворение в жидком металле, различные химические реакции в самой газовой среде и при ее взаимодействии с металлом.

Диссоциация газов. Высокая температура в зоне сварки создает условия для диссоциации многоатомных газов. Эти процессы сопровождаются поглощением тепла, т. е. являются эндотермическими.

Диссоциацию простых двухатомных газов — водорода, кислорода и азота — можно выразить следующими уравнениями:

2Н «= Н2 + 103,8 ккал/моль;(VI. 1)

205=± Ог + 118,2 ккал/моль;(VI.2)

21\[.=г1\[2 + 170,2 ккал/моль.(VI.3)

Отсюда видно, что энергия, затрачиваемая на диссоциацию молекулы азота, наиболее высока и потому молекула его — самая прочная. В одинаковых условиях азот должен диссоциировать меньше, чем кислород и водород.

Константа равновесия процесса диссоциации, например водорода, при постоянном давлении р

227