Перенос металла электрода через дугу

Скоростная киносъемка дуги (5000 кадров в секунду и выше) позволяет установить, что металл с электрода в сварочную ванну переходит в виде капель разных размеров. Независимо от способа сварки и от положения в пространстве, в котором производится сварка, расплавленный металл всегда переходит с электрода на изделие.

В переносе расплавленного металла участвуют сила тяжести, сила поверхностного натяжения, электромагнитные силы и сила внутреннего давления газов.

Сила тяжести. Под действием собственного веса капля стремится переместиться по вертикали сверху вниз. Сила тяжести при сварке в нижнем положении играет положительную роль при переносе капли в сварочную ванну, но препятствует переходу капли при сварке в вертикальном и особенно в потолочном положениях.

Сила поверхностного натяжения. Под действием молекулярных сил поверхность жидкости принимает такую форму, которая обладает минимальным запасом энергии. Это — сферическая форма. Поэтому сила поверхностного натяжения старается придать капле расплавленного металла форму шара. При соприкосновении оторвавшейся от электрода или находящейся на его торце капли с поверхностью расплавленной ванны поверхностное натяжение металла ванны втягивает каплю в общий контур ванны. Сила поверхностного натяжения при сварке в потолочном положении способствует удержанию жидкого металла ванны и создает для формирования шва благоприятные условия. Изменение поверхностного натяжения в зависимости от состава покрытия электрода, флюса или состава защитного газа изменяет размер капель электродного металла.

Электромагнитные силы. Электрический ток, проходя по электроду, вокруг него образует магнитное силовое поле, оказывающее на поверхность электрода сжимающее действие и стремящееся уменьшить поперечное сечение электрода. Это явление носит название пинч-эффекта. Величина осевого усилия, создаваемого пинч-эффектом, пропорциональна квадрату сварочного тока. С увеличением количества расплавленного металла под воздействием сил поверхностного натяжения, а также магнитных сжимающих сил на участке между твердым и расплавленным электродным металлом на конце электрода образуется перешеек. По мере уменьшения сечения перешейка возрастают плотность тока и сжимающее действие магнитных сил.

Магнитные силы оказывают минимальное сжимающее действие на шаровую поверхность капли, обращенную к расплавленной ванне. Это объясняется тем, что на изделии и в этой части дуги небольшая плотность тока, поэтому сжимающее действие магнитного силового поля также небольшое и практически приближается к нулевому значению. По этой причине перенос металла всегда происходит в направлении от электрода малого сечения (стержня) к электроду большого сечения (изделию). В образовавшемся перешейке за счет увеличения электрического сопротивления при прохождении сварочного тока выделяется большое количество тепла, которое приводит к сильному нагреву и кипению металла перешейка. Образовавшиеся при этом перегреве пары металла, во время отрыва капли, оказывают на нее реактивное действие и ускоряют се переход в ванну. Электромагнитные силы способствуют переносу металла во всех пространственных положениях сварки.