Ademais dos factores do proceso, outros factores do proceso de soldadura, como o tamaño da ranura e o tamaño da fenda, o ángulo de inclinación do eléctrodo e da peza de traballo e a posición espacial da unión, tamén poden afectar a formación da soldadura e o tamaño da soldadura.
Influencia da corrente de soldadura na formación da soldadura
En determinadas condicións, a medida que aumenta a corrente de soldadura por arco, aumentan a profundidade de penetración e o reforzo da costura de soldadura, e aumenta lixeiramente o ancho da soldadura. As razóns son as seguintes:
1) A medida que aumenta a corrente de soldadura por arco, aumenta a forza do arco que actúa sobre a soldadura, aumenta a entrada de calor do arco á soldadura e a posición da fonte de calor móvese cara abaixo, o que favorece a condución de calor na dirección da profundidade do baño fundido e aumenta a profundidade de penetración. A profundidade de penetración é aproximadamente proporcional á corrente de soldadura. A profundidade de penetración da soldadura H é aproximadamente igual a Km × I. Na fórmula, Km é o coeficiente de penetración (o número de milímetros nos que aumenta a profundidade de penetración da soldadura cando a corrente de soldadura aumenta en 100 A), que está relacionado co método de soldadura por arco, o diámetro do fío, o tipo de corrente, etc., como se mostra na Táboa 1-1.
| métodos de soldadura por arco | diámetro do eléctrodo/mm | corrente de soldadura/A | tensión/V | velocidade de soldadura/mh-1 | coeficiente de penetración/m m-100A-1 |
soldadura por arco de tungsteno e argón | 3.2 | 100~350 | 10~16 | 6~18 | 0,8~1,8 |
soldadura por arco de plasma | Abertura da boquilla de 1,6 | 50~100 | 20~26 | 10~60 | 1,2~2 |
| Abertura da boquilla de 3,4 | 220~300 | 28~36 | 18~30 | 1,5~2,4 |
soldadura por arco mergullado | 2 | 200~700 | 32~40 | 15~100 | 1,0~1,7 |
| 5 | 450~1200 | 34~44 | 30~60 | 0,7~1,3 |
soldadura por arco de argón con eléctrodo de fusión | 1,2~2,4 | 210~550 | 24~42 | 40~120 | 1,5~1,8 |
| Soldadura con CO2 | 0,8~1,6 | 70~300 | 16~23 | 30~150 | 0,8~1,2 |
| 2~4 | 500~900 | 35~45 | 40~80 | |
Táboa 1-1 Coeficiente de profundidade de fusión Km para varios métodos e parámetros de soldadura por arco (soldadura de aceiro)
2) A velocidade de fusión do núcleo de soldadura ou do fío de soldadura na soldadura por arco é proporcional á corrente de soldadura. Dado que o aumento da corrente de soldadura na soldadura por arco leva a un aumento na velocidade de fusión do fío de soldadura, a cantidade de fío de soldadura fundido aumenta aproximadamente proporcionalmente, mentres que o ancho da soldadura aumenta menos, polo que o reforzo da soldadura aumenta.
3) Despois de que a corrente de soldadura aumente, o diámetro da columna do arco aumenta. Non obstante, a profundidade á que o arco penetra na peza aumenta e o rango de movemento do punto do arco é limitado. Polo tanto, o aumento do ancho da soldadura é relativamente pequeno.
Na soldadura con gas inerte para metal con protección gasosa (MIG), cando a corrente de soldadura aumenta, a profundidade de penetración da soldadura aumenta. Se a corrente de soldadura é demasiado grande e a densidade de corrente é demasiado alta, é probable que se produza unha penetración similar á dos dedos, especialmente ao soldar aluminio.
Influencia da tensión do arco na formación da soldadura
En certas condicións, cando se aumenta a tensión do arco, a potencia do arco aumenta e a entrada de calor á peza soldada tamén aumenta. Non obstante, o aumento da tensión do arco conséguese aumentando a lonxitude do arco. O aumento da lonxitude do arco leva a un aumento do raio da fonte de calor do arco e a un aumento da disipación da calor do arco. Como resultado, a entrada de densidade de enerxía á peza soldada diminúe, polo que a profundidade de penetración diminúe lixeiramente mentres que o ancho do cordón de soldadura aumenta. Ao mesmo tempo, dado que a corrente de soldadura permanece inalterada e a cantidade de fusión do fío de soldadura non cambia, o reforzo do cordón de soldadura diminúe.
Para varios métodos de soldadura por arco, para obter unha formación de soldadura axeitada, é dicir, para manter un coeficiente de formación de soldadura φ axeitado. Ao aumentar a corrente de soldadura, a tensión do arco debe aumentarse adecuadamente. É necesario que a tensión do arco e a corrente de soldadura teñan unha relación de correspondencia axeitada. Isto é máis común na soldadura por arco con eléctrodos consumibles.
Influencia da velocidade de soldadura na formación da soldadura
En certas condicións, o aumento da velocidade de soldadura levará a unha redución da entrada de calor de soldadura, reducindo así tanto o ancho como a penetración do cordón de soldadura. Dado que a cantidade de metal de arame depositado por unidade de lonxitude de soldadura é inversamente proporcional á velocidade de soldadura, tamén leva a unha redución do reforzo do cordón de soldadura.
A velocidade de soldadura é un indicador importante para avaliar a produtividade da soldadura. Para mellorar a produtividade da soldadura, débese aumentar a velocidade de soldadura. Non obstante, para garantir o tamaño de soldadura requirido no deseño estrutural, ao aumentar a velocidade de soldadura, débese aumentar a corrente de soldadura e a tensión do arco en consecuencia. Estas tres cantidades están interrelacionadas. Ao mesmo tempo, tamén se debe ter en conta que ao aumentar a corrente de soldadura, a tensión do arco e a velocidade de soldadura (é dicir, ao usar soldadura por arco de soldadura de alta potencia e soldadura de alta velocidade), poden producirse defectos de soldadura como socavados e gretas durante a formación do baño fundido e o proceso de solidificación do baño fundido. Polo tanto, o aumento da velocidade de soldadura é limitado.
Influencia do tipo e polaridade da corrente de soldadura e do tamaño do eléctrodo na formación da soldadura
1. Tipos e polaridades da corrente de soldadura
Os tipos de corrente de soldadura divídense en corrente continua e corrente alterna. Entre elas, a soldadura por arco de corrente continua divídese á súa vez en corrente continua constante e corrente continua pulsada segundo haxa un pulso na corrente; divídese en conexión positiva de corrente continua (a soldadura está conectada ao positivo) e conexión inversa de corrente continua (a soldadura está conectada ao negativo) segundo a polaridade. A soldadura por arco de corrente alterna divídese á súa vez en corrente alterna de onda sinusoidal e corrente alterna de onda cadrada segundo as diferentes formas de onda da corrente. O tipo e a polaridade da corrente de soldadura poden afectar a cantidade de entrada de calor do arco á soldadura, polo que poden afectar a formación da soldadura. Ao mesmo tempo, tamén pode afectar o proceso de transferencia de gotas e a eliminación da película de óxido na superficie do metal base.
Cando se emprega a soldadura por arco de gas inerte de tungsteno para soldar materiais metálicos como o aceiro e o titanio, a penetración da soldadura é a máis profunda cando a corrente continua se conecta na dirección positiva, a penetración é a máis superficial cando a corrente continua se conecta na dirección inversa e a corrente alterna está entre as dúas. Dado que a penetración da soldadura é a máis profunda cando a corrente continua se conecta na dirección positiva e o eléctrodo de tungsteno ten a menor perda de queimadura, débese usar a conexión positiva de corrente continua cando se empregue a soldadura por arco de gas inerte de tungsteno para soldar materiais metálicos como o aceiro e o titanio. Cando se emprega a soldadura por corrente continua pulsada na soldadura por arco de gas inerte de tungsteno, dado que os parámetros do pulso pódense axustar, o tamaño da formación da soldadura pódese controlar segundo sexa necesario. Cando se emprega a soldadura por arco de gas inerte de tungsteno para soldar aluminio, magnesio e as súas aliaxes, é necesario usar o efecto de limpeza do cátodo do arco para limpar a película de óxido na superficie do metal base. A corrente alterna é mellor. Dado que os parámetros de forma de onda da corrente alterna de onda cadrada pódense axustar, o efecto de soldadura é mellor.
Na soldadura por arco de gas e metal, cando a corrente continua se conecta inversamente, a penetración da soldadura e o ancho da soldadura son maiores que os do caso da conexión positiva de corrente continua. A penetración e o ancho da soldadura de corrente alterna están entre os dous. Polo tanto, na soldadura por arco mergullado, a conexión inversa de corrente continua úsase xeralmente para obter unha maior penetración; mentres que na soldadura superficial por arco mergullado, a conexión positiva de corrente continua úsase para reducir a penetración. Na soldadura por arco de gas e metal con gas de protección, dado que a conexión de corrente continua inversa non só ten unha gran profundidade de penetración, senón que tamén o arco de soldadura e o proceso de transferencia de gotas son máis estables que os da conexión positiva de corrente continua e corrente alterna, e ten un efecto de limpeza do cátodo, úsase amplamente. A conexión positiva de corrente continua e a corrente alterna xeralmente non se usan.
2. Influencia da forma da punta do eléctrodo de tungsteno, o diámetro do fío de soldadura e a lonxitude de extensión
O ángulo e a forma do extremo frontal do eléctrodo de soldadura teñen unha maior influencia na concentración do arco e na presión do arco. Deben seleccionarse segundo a corrente de soldadura e o grosor da peza. En xeral, canto máis concentrado sexa o arco e maior sexa a presión do arco, maior será a profundidade de penetración formada, mentres que o ancho da soldadura diminúe en consecuencia.
Na soldadura por arco de metal gasoso, cando a corrente de soldadura é constante, canto máis delgado sexa o fío de soldadura, máis concentrado será o quecemento do arco, aumentará a profundidade de penetración e diminúe o ancho da soldadura. Non obstante, ao elixir o diámetro do fío de soldadura en proxectos de soldadura reais, tamén se debe ter en conta a magnitude da corrente e a morfoloxía do baño de soldadura para evitar unha mala formación da soldadura.
Cando a lonxitude de extensión do fío na soldadura por arco de metal gasoso aumenta, a calor de resistencia xerada pola corrente de soldadura que pasa pola parte estendida do fío aumenta, o que fai que a velocidade de fusión do fío aumente. Polo tanto, o reforzo da soldadura aumenta, mentres que a profundidade de penetración diminúe lixeiramente. Debido á resistividade relativamente grande dos fíos de soldadura de aceiro, a influencia da lonxitude de extensión do fío na formación da soldadura é relativamente obvia na soldadura con aceiro e fíos finos. A resistividade dos fíos de soldadura de aluminio é relativamente pequena, polo que a súa influencia non é significativa. Aínda que aumentar a lonxitude de extensión do fío pode mellorar o coeficiente de fusión do fío, considerando integralmente os aspectos da estabilidade da fusión do fío e a formación da soldadura, existe un rango de variación admisible para a lonxitude de extensión do fío.
Influencia doutros factores do proceso nos factores de formación de soldaduras
Ademais dos factores do proceso mencionados anteriormente, outros factores do proceso de soldadura, como o tamaño da ranura e o tamaño da fenda, o ángulo de inclinación do eléctrodo e da peza de traballo e a posición espacial da unión, tamén poden afectar a formación e o tamaño da soldadura.
1. Ranura e fenda
Ao soldar unións a tope mediante soldadura por arco eléctrico, adoita determinarse se se reserva un oco, o tamaño do oco e a forma da ranura aberta segundo o grosor da placa de soldadura. En determinadas outras condicións, canto maior sexa o tamaño da ranura ou do oco, menor será o reforzo da soldadura soldada, o que equivale a que a posición da soldadura diminúa. Neste momento, a relación de fusión diminúe. Polo tanto, deixar un oco ou abrir unha ranura pode usarse para controlar o tamaño do reforzo e axustar a relación de fusión. En comparación con deixar un oco e non deixar un oco e abrir unha ranura, as condicións de disipación de calor das dúas son algo diferentes. En xeral, as condicións de cristalización para abrir unha ranura son máis favorables.
2. Inclinación do eléctrodo (fío de soldadura)
Durante a soldadura por arco, segundo a relación entre a dirección de inclinación do eléctrodo e a dirección de soldadura, divídese en dous tipos: inclinación cara adiante do eléctrodo e inclinación cara atrás do eléctrodo. Cando o fío de soldadura está inclinado, o eixe do arco tamén se inclina en consecuencia. Cando o fío de soldadura está inclinado cara adiante, o efecto da forza do arco na descarga cara atrás do metal fundido debíltase. A capa de metal líquido no fondo do baño fundido faise máis grosa, a profundidade de penetración redúcese, a profundidade á que o arco penetra na soldadura redúcese, o rango de movemento do punto do arco amplíase, o ancho da soldadura aumenta e o reforzo redúcese. Canto menor sexa o ángulo de inclinación cara adiante α do fío de soldadura, máis evidente é esta influencia. Cando o fío de soldadura está inclinado cara atrás, a situación é a contraria. Na soldadura por arco de metal blindado, adóptase principalmente o método de inclinación cara atrás do eléctrodo, e un ángulo de inclinación α entre 65° e 80° é relativamente apropiado.
3. Inclinación da peza de soldadura
A inclinación da soldadura atópase a miúdo na produción real e pódese dividir en soldadura ascendente e soldadura descendente. Neste momento, baixo a acción da gravidade, o metal fundido da piscina tende a fluír cara abaixo ao longo da pendente. Na soldadura ascendente, a gravidade axuda a descargar o metal fundido da piscina cara á cola da piscina fundida, polo que a penetración é profunda, o ancho da soldadura é estreito e o reforzo é alto. Cando o ángulo ascendente α é de 6° a 12°, o reforzo é demasiado grande e xéranse facilmente socavados en ambos os lados. Na soldadura descendente, este efecto impide que o metal fundido da piscina se descargue cara á cola da piscina fundida. O arco non pode quentar profundamente o metal no fondo da piscina fundida, a penetración redúcese, o rango de movemento do punto do arco amplíase, o ancho da soldadura aumenta e o reforzo redúcese. Se o ángulo de inclinación da soldadura é demasiado grande, levará a unha penetración insuficiente e a un desbordamento do metal líquido da piscina fundida.
4. Material e espesor de soldadura
A penetración da soldadura está relacionada coa corrente de soldadura e tamén coa condutividade térmica e a capacidade calorífica volumétrica do material. Canto mellor sexa a condutividade térmica do material e canto maior sexa a capacidade calorífica volumétrica, máis calor se necesita para fundir un volume unitario de metal e elevar a temperatura na mesma cantidade. Polo tanto, baixo certas outras condicións, como a corrente de soldadura, a profundidade de penetración e o ancho da soldadura diminuirán. Canto maior sexa a densidade ou a viscosidade líquida do material, máis difícil será para o arco desprazar o metal fundido líquido e menor será a penetración da soldadura. O grosor da peza soldada afecta á condución térmica dentro da peza soldada. Cando outras condicións son as mesmas, a medida que o grosor da peza soldada aumenta, a disipación da calor aumenta e tanto o ancho da soldadura como a profundidade de penetración diminúen.
5. Fluxo, revestimento de eléctrodos e gas de protección
As diferentes composicións de fluxos ou revestimentos de eléctrodos provocan diferentes caídas de tensión nas rexións dos eléctrodos do arco e diferentes gradientes de potencial da columna do arco, o que inevitablemente afectará a formación da soldadura. Cando o fluxo ten unha baixa densidade, un gran tamaño de partícula ou unha pequena altura de apilamento, a presión arredor do arco é baixa, a columna do arco expándese e o punto do arco ten un amplo rango de movemento. Polo tanto, a penetración é pequena, o ancho da soldadura é grande e o reforzo é pequeno. Cando se usa a soldadura por arco de alta potencia para soldar pezas grosas, o uso de fluxo similar á pedra pómez pode reducir a presión do arco, diminuír a penetración e aumentar o ancho da soldadura. Ademais, a escoria de soldadura debe ter unha viscosidade e unha temperatura de fusión axeitadas. Se a viscosidade é demasiado alta ou a temperatura de fusión é relativamente alta, a escoria terá unha ventilación deficiente e é doado formar moitas depresións na superficie da soldadura, o que resulta nunha mala formación da superficie da soldadura.
A composición dos gases de protección para a soldadura por arco (como Ar, He, N2, CO2) é diferente, e as súas propiedades físicas, como a condutividade térmica, tamén o son. Isto fai que a caída de tensión na rexión polar do arco e o gradiente de potencial da columna de arco, a sección transversal condutiva da columna de arco, a forza do fluxo de plasma e a distribución do fluxo de calor específico sexan diferentes. Todos estes factores afectan á formación de costuras de soldadura.
En resumo, hai moitos factores que afectan á formación da soldadura. Para obter unha boa formación da soldadura, é necesario seleccionar os métodos e as condicións de soldadura axeitados segundo o material e o grosor da peza soldada, a posición espacial da soldadura, a forma da unión, as condicións de traballo, os requisitos para o rendemento da unión e o tamaño da soldadura. Ao mesmo tempo, o máis importante é a actitude do soldador cara á soldadura! Se non, a formación da soldadura e o seu rendemento poden non cumprir os requisitos e mesmo poden aparecer varios defectos de soldadura.
