Förutom processfaktorer kan andra svetsprocessfaktorer, såsom spårstorlek och spaltstorlek, lutningsvinkel mellan elektrod och arbetsstycke samt fogens rumsliga position, också påverka svetsbildning och svetsstorlek.
Svetsströmmens inverkan på svetsbildning
Under vissa förhållanden, allt eftersom bågsvetsströmmen ökar, ökar svetsfogens inträngningsdjup och förstärkning, och svetsbredden ökar något. Orsakerna är följande:
1) När svetsströmmen vid bågsvetsning ökar, ökar bågkraften som verkar på svetsstycket, värmetillförseln från bågen till svetsstycket ökar och värmekällans position rör sig nedåt, vilket bidrar till värmeledning i smältbadets djupriktning och ökar inträngningsdjupet. Inträngningsdjupet är ungefär proportionellt mot svetsströmmen. Svetspenetrationsdjupet H är ungefär lika med Km × I. I formeln är Km inträngningskoefficienten (antalet millimeter med vilket svetspenetrationsdjupet ökar när svetsströmmen ökas med 100 A), vilket är relaterat till bågsvetsmetod, tråddiameter, strömtyp etc. såsom visas i tabell 1-1.
| bågsvetsmetoder | elektroddiameter/mm | svetsström/A | spänning/V | svetshastighet/mh-1 | penetrationskoefficient/m m-100A-1 |
volfram-argonbågsvetsning | 3.2 | 100~350 | 10~16 | 6~18 | 0,8~1,8 |
| | 1,6 munstycksöppning | 50~100 | 20~26 | 10~60 | 1,2~2 |
| 3,4 munstycksöppning | 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 |
fusionselektrod argonbågsvetsning | 1,2~2,4 | 210~550 | 24~42 | 40~120 | 1,5~1,8 |
| CO2-svetsning | 0,8~1,6 | 70~300 | 16~23 | 30~150 | 0,8~1,2 |
| 2~4 | 500~900 | 35~45 | 40~80 | |
Tabell 1-1 Smältdjupskoefficient Km för olika bågsvetsmetoder och parametrar (svetsning av stål)
2) Smälthastigheten för svetskärnan eller svetstråden vid bågsvetsning är proportionell mot svetsströmmen. Eftersom ökningen av svetsströmmen vid bågsvetsning leder till en ökning av svetstrådens smälthastighet, ökar mängden smält svetstråd ungefär proportionellt, medan svetsbredden ökar mindre, så svetsförstärkningen ökar.
3) När svetsströmmen ökar ökar diametern på bågpelaren. Djupet med vilket bågen penetrerar in i arbetsstycket ökar dock, och bågfläckens rörelseområde är begränsat. Därför är ökningen av svetsbredden relativt liten.
Vid MIG-svetsning med gasskyddad metall ökar svetsdjupet när svetsströmmen ökar. Om svetsströmmen är för stor och strömtätheten är för hög är fingerliknande inträngning benägen att uppstå, särskilt vid svetsning av aluminium.
Inverkan av bågspänning på svetsbildning
Under vissa förhållanden, när bågspänningen ökar, ökar bågeffekten och värmetillförseln till svetsen ökar också. Ökningen av bågspänningen uppnås dock genom att öka båglängden. Ökningen av båglängden leder till en ökning av bågvärmekällans radie och en ökning av bågvärmeavledningen. Som ett resultat minskar energitätheten som tillförs svetsen, så inträngningsdjupet minskar något medan svetssträngens bredd ökar. Samtidigt, eftersom svetsströmmen förblir oförändrad och smältmängden av svetstråden är oförändrad, minskar armeringen av svetssträngen.
För att erhålla korrekt svetsbildning, det vill säga att bibehålla en lämplig svetsbildningskoefficient φ, bör bågspänningen ökas på lämpligt sätt samtidigt som svetsströmmen ökas. Det krävs att bågspänningen och svetsströmmen har ett lämpligt matchningsförhållande. Detta är vanligast vid bågsvetsning med förbrukningselektroder.
Inverkan av svetshastighet på svetsbildning
Under vissa förhållanden kommer en ökning av svetshastigheten att leda till en minskning av svetsvärmetillförseln, vilket minskar både svetssträngens bredd och penetration. Eftersom mängden avsatt trådmetall per svetslängdsenhet är omvänt proportionell mot svetshastigheten leder det också till en minskning av svetssträngens förstärkning.
Svetshastigheten är en viktig indikator för att utvärdera svetsproduktiviteten. För att förbättra svetsproduktiviteten bör svetshastigheten ökas. För att säkerställa den svetsstorlek som krävs vid konstruktionsdesign, bör svetsströmmen och bågspänningen ökas i enlighet därmed samtidigt som svetshastigheten ökas. Dessa tre storheter är sammanhängande. Samtidigt bör man också beakta att när man ökar svetsströmmen, bågspänningen och svetshastigheten (det vill säga vid användning av högeffektssvetsbåge och högsvetshastighetssvetsning) kan svetsfel som underskärning och sprickor uppstå under bildandet av smältbadet och stelningsprocessen för smältbadet. Därför är ökningen av svetshastigheten begränsad.
Inverkan av svetsströmstyp och polaritet samt elektrodstorlek på svetsbildning
1. Typer och polariteter av svetsström
Typerna av svetsström är indelade i likström och växelström. Likströmssvetsning är vidare indelad i konstant likström och pulsad likström beroende på om det finns en puls i strömmen; den är indelad i likström med positiv anslutning (svetsstycket är anslutet till positiv) och likström med omvänd anslutning (svetsstycket är anslutet till negativ) beroende på polaritet. Växelströmssvetsning är vidare indelad i sinusvågsväxelström och fyrkantsvågsväxelström beroende på strömmens olika vågformer. Typen och polariteten av svetsströmmen kan påverka mängden värmeinmatning från bågen till svetsstycket, så det kan påverka svetsbildningen. Samtidigt kan det också påverka droppöverföringsprocessen och avlägsnandet av oxidfilmen på ytan av basmetallen.
När volframinertgasbågsvetsning används för att svetsa metallmaterial som stål och titan, är svetsgenomträngningen djupast när likström ansluts i positiv riktning, penetrationen är grundast när likström ansluts i omvänd riktning, och växelström är mellan de två. Eftersom svetsgenomträngningen är djupast när likström ansluts i positiv riktning och volframelektroden har minst brännförlust, bör den positiva likströmsanslutningen användas när volframinertgasbågsvetsning används för att svetsa metallmaterial som stål och titan. När pulsad likströmssvetsning används vid volframinertgasbågsvetsning, kan svetsformationsstorleken kontrolleras efter behov eftersom pulsparametrarna kan justeras. När volframinertgasbågsvetsning används för att svetsa aluminium, magnesium och deras legeringar, är det nödvändigt att använda katodrengöringseffekten av bågen för att rengöra oxidfilmen på ytan av basmetallen. Växelström är bättre. Eftersom vågformsparametrarna för fyrkantvågsväxelström kan justeras, är svetseffekten bättre.
Vid gasmetallbågsvetsning, när likströmmen kopplas bakåt, är både svetspenetrationen och svetsbredden större än vid positiv likströmskoppling. Penetrationen och bredden vid växelströmssvetsning ligger mitt emellan de två. Därför används i allmänhet omvänd likströmskoppling vid pulverbågsvetsning för att uppnå större penetration; medan positiv likströmskoppling används vid ytbehandling med pulverbåge för att minska penetrationen. Vid gasmetallbågsvetsning med skyddsgas, eftersom omvänd likströmskoppling inte bara har ett stort penetrationsdjup, utan även svetsbågen och droppöverföringsprocessen är mer stabil än vid positiv likströmskoppling och växelström, och den har en katodrengörande effekt, används den i stor utsträckning. Positiv likströmskoppling och växelström används i allmänhet inte.
2. Inverkan av volframelektrodspetsform, svetstrådsdiameter och förlängningslängd
Vinkeln och formen på den främre änden av svetselektroden har större inverkan på bågens koncentration och bågtryck. De bör väljas utifrån svetsströmmen och arbetsstyckets tjocklek. Generellt sett gäller att ju mer koncentrerad bågen är och ju större bågtrycket är, desto större blir det bildade inträngningsdjupet, medan svetsbredden minskar i motsvarande grad.
Vid gasmetallbågsvetsning, när svetsströmmen är konstant, gäller att ju tunnare svetstråden är, desto mer koncentrerad är båguppvärmningen, inträngningsdjupet ökar och svetsbredden minskar. Men när man väljer svetstrådens diameter i faktiska svetsprojekt bör man också beakta strömstyrkan och smältbadets morfologi för att undvika dålig svetsbildning.
När trådens förlängningslängd vid gasmetallbågsvetsning ökar, ökar motståndsvärmen som genereras av svetsströmmen som passerar genom den förlängta delen av tråden, vilket gör att trådens smälthastighet ökar. Därför ökar svetsförstärkningen, medan inträngningsdjupet minskar något. På grund av den relativt stora resistiviteten hos stålsvetstrådar är trådens förlängningslängds inverkan på svetsbildningen relativt tydlig vid svetsning med stål- och fintråd. Resistiviteten hos aluminiumsvetstrådar är relativt liten, så dess inverkan är inte signifikant. Även om ökning av trådens förlängningslängd kan förbättra trådens smältkoefficient, finns det ett tillåtet variationsområde för trådens förlängningslängd, med tanke på aspekterna av trådsmältstabilitet och svetsbildning.
Inverkan av andra processfaktorer på svetsbildningsfaktorer
Utöver ovanstående processfaktorer kan andra svetsprocessfaktorer, såsom spårstorlek och spaltstorlek, lutningsvinkel mellan elektrod och arbetsstycke samt fogens rumsliga position, också påverka svetsbildning och svetsstorlek.
1. Spår och mellanrum
Vid svetsning av stumfogar med elektrisk bågsvetsning bestäms vanligtvis huruvida ett mellanrum ska reserveras, mellanrumsstorleken och formen på det öppnade spåret i enlighet med svetsplattans tjocklek. Under vissa andra förhållanden, ju större spårets eller mellanrummets storlek är, desto mindre blir armeringen i den svetsade svetsen, vilket motsvarar att svetspositionen sjunker. Vid denna tidpunkt minskar smältförhållandet. Därför kan man genom att lämna ett mellanrum eller öppna ett spår kontrollera armeringens storlek och justera smältförhållandet. Jämfört med att lämna ett mellanrum utan att lämna ett mellanrum och öppna ett spår, är värmeavledningsförhållandena något annorlunda för de två. Generellt sett är kristallisationsförhållandena vid öppning av ett spår mer gynnsamma.
2. Elektrodens (svetstrådens) lutning
Vid bågsvetsning delas den in i två typer, beroende på förhållandet mellan elektrodens lutningsriktning och svetsriktningen: elektrodens lutning framåt och elektrodens lutning bakåt. När svetstråden lutar, lutar även bågaxeln i motsvarande grad. När svetstråden lutar framåt försvagas bågkraftens effekt på att den smälta metallen bakåt urladdas. Det flytande metallskiktet i botten av den smälta metallen blir tjockare, penetrationsdjupet minskar, det djup på vilket bågen penetrerar svetsen minskar, bågfläckens rörelseområde utökas, svetsbredden ökar och förstärkningen minskar. Ju mindre den framåtriktade lutningsvinkeln α för svetstråden är, desto tydligare är denna inverkan. När svetstråden lutar bakåt är situationen den motsatta. Vid skärmad metallbågsvetsning används oftast elektrodens bakåtriktade lutningsmetod, och en lutningsvinkel α mellan 65° och 80° är relativt lämplig.
3. Svetsstyckets lutning
Svetslutning förekommer ofta i faktisk produktion och kan delas in i uppförsvetsning och nedförsvetsning. Vid denna tidpunkt, under gravitationens inverkan, tenderar den smälta metallen i poolen att flyta nedåt längs sluttningen. Vid uppförsvetsning hjälper gravitationen till att avleda den smälta metallen till den smälta poolens slut, så penetrationen är djup, svetsbredden är smal och armeringen är hög. När den uppförsgående vinkeln α är 6° till 12° är armeringen för stor och underskärningar uppstår lätt på båda sidor. Vid nedförsvetsning förhindrar denna effekt att den smälta metallen avleds till den smälta poolens slut. Bågen kan inte djupt värma metallen i botten av den smälta poolen, penetrationen minskar, bågfläckens rörelseområde utökas, svetsbredden ökar och armeringen minskar. Om lutningsvinkeln på svetsen är för stor kommer det att leda till otillräcklig penetration och överfyllning av smält flytande metall i poolen.
4. Svetsmaterial och tjocklek
Svetsinträngning är relaterad till svetsströmmen och även till materialets värmeledningsförmåga och volymetriska värmekapacitet. Ju bättre materialets värmeledningsförmåga och ju större den volymetriska värmekapaciteten är, desto mer värme krävs för att smälta en volymenhet metall och höja temperaturen med samma mängd. Därför kommer inträngningsdjupet och svetsbredden att minska under vissa andra förhållanden, såsom svetsströmmen. Ju större densitet eller flytande viskositet materialet har, desto svårare är det för bågen att förskjuta den flytande smälta metallen, och desto grundare är svetsinträngningen. Tjockleken på den svetsade delen påverkar värmeledningen inuti den svetsade delen. När andra förhållanden är desamma, ökar värmeavledningen när tjockleken på den svetsade delen ökar, och både svetsbredden och inträngningsdjupet minskar.
5. Flussmedel, elektrodbeläggning och skyddsgas
Olika sammansättningar av flussmedel eller elektrodbeläggningar leder till olika spänningsfall vid elektrodområdena i bågen och olika potentiella gradienter i bågkolonnen, vilket oundvikligen kommer att påverka svetsbildningen. När flussmedlet har låg densitet, stor partikelstorlek eller liten staplingshöjd är trycket runt bågen lågt, bågkolonnen expanderar och bågfläcken har ett stort rörelseområde. Därför är penetrationen liten, svetsbredden stor och förstärkningen liten. När högeffektsbågsvetsning används för att svetsa tjocka arbetsstycken kan användning av pimpstensliknande flussmedel minska bågtrycket, minska penetrationen och öka svetsbredden. Dessutom bör svetsslaggen ha lämplig viskositet och smälttemperatur. Om viskositeten är för hög eller smälttemperaturen är relativt hög kommer slaggen att ha dålig ventilation och det är lätt att bilda många fördjupningar på svetsytan, vilket resulterar i dålig svetsytbildning.
Skyddsgasernas sammansättning för bågsvetsning (såsom Ar, He, N2, CO2) är olika, och deras fysikaliska egenskaper, såsom värmeledningsförmåga, är också olika. Detta gör att spänningsfallet i polområdet för bågen och potentialgradienten för bågpelaren, det ledande tvärsnittet för bågpelaren, plasmaflödeskraften och fördelningen av det specifika värmeflödet skiljer sig åt. Alla dessa faktorer påverkar bildandet av svetsfogar.
Kort sagt, det finns många faktorer som påverkar svetsbildningen. För att uppnå god svetsbildning är det nödvändigt att välja lämpliga svetsmetoder och svetsförhållanden för svetsning i enlighet med materialet och tjockleken på den svetsade delen, svetsens rumsliga läge, fogformen, arbetsförhållandena, krav på fogprestanda och svetsstorlek. Samtidigt är det viktigaste svetsarens inställning till svetsning! Annars kan svetsbildningen och dess prestanda inte uppfylla kraven, och till och med olika svetsfel kan uppstå.
