рис.1. Зависимость коэффициента наплавки (aн) и коэффициента плавления (aп) от сварочного тока

1 - aп при сварке в углекислом газе; 2 - aн при сварке в углекислом газе; 3 - aп при сварке под флюсом

Сварка в среде углекислого газа — процесс высокопроизводительный. В настоящее время сварка в углекислом газе, как правило, производится постоянным током обратной полярности. Переменный ток и постоянный ток прямой полярности не применяются из-за недостаточной устойчивости процесса и неудовлетворительного качества и формы шва.

Это происходит вследствие того, что наличие в дуговом промежутке кислорода, имеющего, как и фтор, большое сродство к электрону, приводит к образованию большого количества отрицательных ионов, нарушающих нормальное условие горения дуги, питаемой переменным током и постоянным током прямой полярности.

К источникам питания дуги при сварке в струе защитных газов предъявляются некоторые дополнительные требования.

Источник питания дуги должен обеспечивать большую скорость нарастания сварочного тока при коротком замыкании и определенную его величину.

Эти условия обеспечивают генераторы с жесткой внешней характеристикой. Если величина тока и скорость его нарастания будут достаточными, то тогда выделяется много энергии в контакте между изделием и электродами. Вследствие этого металл в контакте испаряется, что создает благоприятные условия для возникновения дуги.

Если же источник питания не обеспечивает достаточно большой величины и скорости нарастания сварочного тока, то нагрев электрода в месте касания с изделием будет недостаточным (веледствие хорошего теплоотвода в изделие) для зажигания дуги. При этом электрод успеет раскалиться по всему вылету и в месте наибольшего нагрева (у контактных точек мундштука) расплавится со взрывом. Взрыв произойдет за счет интенсивного парообразования.

Исследованием установлено, что для надежного зажигания дуги в углексислом газе при проволоке с диаметром 0,8—1,2 мм ток короткого замыкания должен быть не менее 350—550 а, а время, в течение которого он нарастает до этой величины, не более 0,002—0,004 сек. На производительность сварки значительно влияют коэффициенты плавления и наплавки. Зависимость коэффициентов наплавки и плавления от сварочного тока (при сварке в среде углекислого газа) и под флюсом может быть представлена графиком (рис.1), по которому видно, что увеличение тока приводит к увеличению коэффициента наплавки (a_н) и коэффициента плавления (a_п) и что коэффициента плавления (a_п) при сварке в углекислом газе значительно превышает коэффициент наплавки при сварке под слоем флюса. Это объясняется тем, что тепло дуги, горящей в углекислом газе не тратится на плавление флюсов, т. е. эффективная тепловая мощность дуги при сварке в углекислом газе повышается.

С увеличением тока при сварке в среде углекислого газа потери на угар и разбрызгивание уменьшаются (рис.2). С повышением сварочного тока и уменьшением диаметра электродной проволоки (повышением плотности тока) коэффициенты увеличиваются.

рис.2. Зависимость коэффициента наплавки (aн) и коэффициента плавления (aп) от диаметра проволоки и режима сварки
а - зависимость dэл (диаметр электрода) от 1,6 до 2,6 мм (1 - диаметр электрода 1,6мм, 2 - 2мм, 3 - 2,6мм); б - зависимость для диаметра электрода 2мм, сварочный ток 400А, скорость сварки 24 м/ч; в - зависимость для диаметра электрода 2мм, сварочный ток 400А, напряжение 30В.

Повышение напряжения на дуге и увеличение скорости сварки приводят к снижению коэффициента плавления и наплавки. Это объясняется увеличением потерь тепла с ростом длины дуги на излучение в окружающее пространство, а также увеличением потерь металла на разбрызгивание и угар.

Увеличение скорости перемещения дуги влечет за собой некоторое снижение коэффициентов плавления и наплавки, потому что с увеличением скорости сварки (v_св) погонная энергия (q_n) уменьшается. Значит, на единицу площади металла будет приходиться меньшее количество тепла и термоэлектронная эмиссия уменьшается, уменьшается энергия, получаемая анодом в виде потока электронов. Эта энергия — энергия теплового излучения и энергия, выделяемая током за счет сопротивления раскаленного анода (тепловая), расходуется на плавление электродной проволоки (при сварке на постоянном токе обратной полярности).

Вследствие уменьшения этой энергии плавление анода (электродной проволоки) замедляется, в результате уменьшаются коэффициенты плавления и наплавки, определяющие процесс сварки в среде углекислого газа.

Целесообразность внедрения сварки в среде углекислого газа в промышленности подтверждается практикой работы многих предприятий.