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 <90 сварку выполняют углом вперед. Давление дуги вытесняет расплавленный металл в головную часть ванны. При этом глубина проплавления основного металла снижается. При >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 1060 Гц и амплитудой 24 мм. Для этих целей используют раздичные по конструкции и принципу действия устройства.

Сжатие столба дуги. При сварке сжатой дугой появляется новый дополнительный параметр режима  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 t_и и время паузы t_п. 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 (t_ц=t_и+t_п) увеличение времени паузы ужесточает режим. Значительно возрастает термический КПД процесса. Благодаря этому до определенных значений t_и растет глубина проплавления основного металла и снижается ширина шва.

На размеры ванны и шва большое влияние оказывает число одновременно горящих дуг и их расположение. При сварке трехфазной дугой, путем изменения мощности в отдельных дугах, имеется возможность регулировать количество теплоты, выделяемое между электродами и на свариваемых кромках.

Сварка плавящимся и неплавящимся электродом.

Плавление и перенос металла электрода в сварочную ванну. Скорость плавления электрода жестко связана с величиной сварочного тока. При сварке различных видов сварных соединений и типов швов требуется неодинаковая скорость плавления электрода. В одних случаях она должна быть минимальной, в других, наоборот, максимальной.

При сварке стыковых соединений без разделки кромок и без зазора расплавленный металл электрода образует усиление шва. По мере увеличения толщины свариваемых элементов для полного их проплавления необходимо увеличение силы тока дуги. Одновременно с этим увеличивается и количество расплавляющегося электродного металла. В результате образуются швы с чрезмерно большим усилением. Для получения швов с нормальным усилением следует искать пути снижения скорости плавления электрода или прибегать к разделке кромок, сварке с увеличенным фиксированным зазором.

При выполнении стыковых соединений с разделкой кромок, а также при сварке угловых швов желательно увеличивать скорость плавления электрода, поскольку в этих случаях производительность процесса в значительной мере определяется количеством электродного металла, расплавляющегося в единицу времени, необходимого для заполнения разделки или формирования угловых швов с заданным катетом.

На практике используют в качестве характеристики среднюю скорость плавления электрода, определяющуюся количеством расплавленного металла:

,

где _Р  коэффициент расплавления электрода, г/(Ач); I_д  сила тока дуги, А; k  коэффициент, зависящий от выбора единиц измерения.

Количество наплавленного металла или средняя скорость наплавки

,

где _Н  коэффициент наплавки, г/(Ач).

Коэффициенты расплавления электрода и наплавки зависят от способа сварки и плотности тока на электроде. Для небольших плотностей тока при ручной дуговой сварке сталей их значение не превышает 710 г/(Ач). С увеличением плотности тока значение коэффициентов возрастает до 17 г/(Ач) и более. Разница в коэффициентах _Р и _Н определяется потерями электродного металла на разбрызгивание, испарение и т.п.:

,

где   коэффициент потерь, %.

Для различных способов дуговой сварки потери составляют 115%. С увеличением силы сварочного тока потери на разбрызгивание во многих случаях возрастают.

На формирование сварочной ванны и шва влияет характер переноса электродного металла при его плавлении. Перенос расплавленного металла с электрода в сварочную ванну осуществляется под действием электродинамических сил и газовых потоков, образующихся в столбе дуги.

Стойкость неплавящегося электрода и плавление присадочного металла. При сварке неплавящимся электродом отсутствует перенос расплавленного металла через дуговой промежуток. Это в значительной мере облегчает условия горения дуги и обусловливает более высокую ее стабильность. Присадочный металл по мере необходимости подается в головную часть сварочной ванны. В отличие от сварки плавящимся электродом скорость плавления присадочного металла не связана жесткой зависимостью с величиной сварочного тока. Количество присадочного металла, подаваемого в ванну, выбирают из условия обеспечения требуемой доли участия присадочного металла в образовании шва. При сварке стыковых соединений без разделки кромок присадочных металл необходим в основном для создания усиления шва.

Переход присадочного металла в сварочную ванну, минуя дуговой промежуток, исключает его разбрызгивание. Сокращаются потери на испарение и ограничивается взаимодействие расплавленного металла с газовой фазой столба дуги.

При сварке неплавящимся электродом создаются благоприятные условия для защиты ванны и формирования шва. Стойкость вольфрамового электрода в первую очередь определяется плотностью тока. Большое влияние оказывает род тока и полярность при постоянном его значении.

Способы сварки со шлаковой и газошлаковой защитой.

Шлаковая защита при дуговой сварке образуется за счет расплавления флюсов, электродных покрытий и сердечников порошковой проволоки. Наиболее надежна шлаковая защита при сварке под флюсом. Образование капель при плавлении электрода и их перенос происходит в объеме газового пузыря, заполненного парами металла и флюса. Взаимодействие с атмосферными газами практически исключается.

Менее надежна шлаковая защита при сварке покрытыми электродами и порошковой проволокой. Капли электродного металла проходят через открытый дуговой промежуток и взаимодействуют с атмосферой. Наличие на каплях шлаковой пленки не всегда предохраняет их от этого взаимодействия. При сварке наряду со шлаковой защитой должна создаваться и газовая защита. В электродные покрытия и сердечники порошковой проволоки в соответствии с этим вводят шлакообразующие и газообразующие компоненты.

Способы сварки в среде защитных газов.

При дуговой сварке применяют два способа газовой защиты: струйную местную защиту и общую защиту в камерах.

Струйная защита относится к наиболее распространенному способу местной защиты при сварке. Качество струйной защиты зависит от конструкции и размеров сопла, расхода защитного газа и расстояния от среза сопла до поверхности свариваемого металла.

На практике применяют три вида сопл: конические, цилиндрические и профилированные. Лучшая защита обеспечивается при применении профилированных сопл.

При сварке со струйной защитой обеспечивается защита только зоны расплавления. Возможен подсос воздуха в реакционную зону. Поэтому с точки зрения защиты ванны ее нельзя признать совершенной. Для улучшения защиты в ряде случаев, особенно при сварке активных металлов, применяют местные камеры.

Общая защита в герметичных камерах обеспечивает наиболее высокую степень защиты металла в процессе сварки. Это необходимо при сварке особо активных металлов и сплавов (например, титана, циркония, молибдена, тантала, ниобия и сплавов на их основе).

ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ СВАРКА

Источником теплоты при электрошлаковой сварке служит расплавленный флюс. Количество теплоты, выделяющееся при прохождении тока через флюс, определяют по известному уравнению

,

где R_В  сопротивление шлаковой ванны.

Расплавленный шлак за счет прохождения электрического тока нагревается до высокой температуры. Теплота, выделяющаяся в шлаковой ванне при прохождении тока, обеспечивает расплавление основного и присадочного металлов с образованием общей сварочной ванны.

Для удержания ванны в вертикальном положении от вытекания используют различные приспособления: передвижные медные водоохлаждаемые ползуны и т.п. По мере плавления основного и присадочного металлов металлическая и шлаковая ванны поднимаются. Процесс ведется автоматически, причем наряду с заданной скоростью подачи присадочного металла поддерживается определенная глубина шлаковой и металлической ванны.

Электрошлаковую сварку применяют главным образом для получения соединений из металла (стали, алюминия, титана и их сплавов и др.) большого сечения (свыше 40-50 мм). Преимущества процесса: высокая производительность, высокое качество сварных соединений, сравнительная простота и возможность автоматизации.

Способы электрошлаковой сварки.

В зависимости от типа применяемого электрода различают несколько способов процесса электрошлаковой сварки: электродной проволокой, электродной пластиной, плавящимся мундштуком. Выбор способа электрошлаковой сварки определяется сечением соединяемых элементов и их протяженностью.

Сборка свариваемых элементов и формирование ванны.

Основной вид соединения при электрошлаковой сварке  стыковое. Этим методом могут быть выполнены и другие соединения. Величину зазора между свариваемыми элементами выбирают в зависимости от толщины соединяемых кромок, способа электрошлаковой сварки и т.п. На практике зазор между свариваемыми элементами выбирают достаточным для размещения электрода (электродов) и предупреждения его замыкания на кромки. При сборке свариваемых кромок необходимо учитывать возможность их смещения. Это затрудняет удержание ванны формирующими устройствами.

При электрошлаковой сварке применяют различные способы закрепления соединяемых элементов. Для сборки стыков большой протяженности к кромкам приваривают скобы. Небольшие по высоте свариваемые элементы фиксируют при сборке устройствами, формирующими шов.

При электрошлаковой сварке формирование ванны и шва невозможно без точной подгонки формирующих устройств к поверхности кромок. При использовании жидкотекучих флюсов зазор между формирующим устройством и изделием свыше 0,5 мм практически недопустим. Если зазор превышает допустимую величину, расплавленный шлак заполняет его, кристаллизуется и постепенно расширяет щель. Создаются условия для вытекания шлаковой и металлической ванны. Подгонка формирующих устройств облегчается после механической обработки поверхности свариваемых кромок, особенно при изготовлении сварно-литых и сварно-кованых конструкций.

Параметры режима и их влияние на размеры сварочной ванны и шва.

Эффективная мощность, выделяемая в шлаковой ванне:

,

где U  падение напряжения в шлаковой ванне.

Эффективный КПД _И зависит от соотношения между тепловыми потоками в свариваемое изделие и формирующие устройства и составляет 0,60,9.

Основные параметры режима  сила сварочного тока, напряжение на электродах и скорость сварки. Изменением этих параметров влияют на размеры сварочной ванны и шва. Размеры ванны оцениваются ее шириной е и глубиной h.

Сила сварочного тока. Изменение тока наибольшее влияние оказывает на глубину металлической ванны, С увеличением силы тока глубина ванны возрастает и имеет зависимость, близкую к линейной. Ток является главным параметром, за счет которого изменяют глубину ванны в требуемых пределах. На ширину ванны изменение тока влияет незначительно.

Напряжение на электроде. Изменение напряжения на электроде большое влияние оказывает на ширину металлической ванны. Зависимость имеет прямолинейный характер. На практике ширину ванны и шва изменяют в требуемых пределах регулированием напряжения на электроде (электродах). С увеличением напряжения несколько возрастает также и глубина металлической ванны.

Скорость сварки. Изменение скорости сварки для сохранения стабильности процесса требует изменения других параметров процесса, особенно силы сварочного тока. При увеличении скорости сварки наблюдается возрастание глубины ванны. Ширина ее изменяется по более сложной зависимости, имеющей максимум. Это, по-видимому, связано с различными значениями термического КПД.

К дополнительным элементам режима электрошлаковой сварки относятся величина зазора, скорость подачи электрода, число электродов и площадь их поперечного сечения, глубина шлаковой ванны, состав флюса и др. Их влияние на размеры сварочной ванны и шва проявляются слабее. Для сохранения стабильности процесса изменение скорости подачи электрода требует и соответствующего изменения силы тока. Следовательно, с увеличением скорости подачи электрода растет и глубина металлической ванны.

Большое влияние на стабильность процесса оказывает глубина шлаковой ванны. При недостаточной глубине возрастает вероятность образования дугового разряда либо внутри ванны, либо на ее поверхности. Глубину шлаковой ванны поддерживают в пределах 3090 мм. Устойчивость электрошлакового процесса зависит от свойств источника питания и совершенства исполнительных устройств электрошлаковых аппаратов.