Kromě procesních faktorů mohou na tvorbu a velikost svaru mít vliv i další faktory svařovacího procesu, jako je velikost drážky a mezery, úhel sklonu elektrody a obrobku a prostorová poloha spoje.
Vliv svařovacího proudu na tvorbu svaru
Za určitých podmínek se s rostoucím proudem obloukového svařování zvyšuje hloubka průvaru a zesílení svarového švu a mírně se zvětšuje šířka svaru. Důvody jsou následující:
1) S rostoucím svařovacím proudem obloukového svařování se zvyšuje síla oblouku působící na svařenec, zvyšuje se tepelný příkon oblouku do svařence a poloha zdroje tepla se posouvá dolů, což vede k vedení tepla do hloubky roztavené lázně a zvyšuje hloubku průvaru. Hloubka průvaru je přibližně úměrná svařovacímu proudu. Hloubka průvaru svaru H je přibližně rovna Km × I. Ve vzorci je Km součinitel průvaru (počet milimetrů, o které se hloubka průvaru svaru zvětší při zvýšení svařovacího proudu o 100 A), který souvisí s metodou obloukového svařování, průměrem drátu, typem proudu atd., jak je uvedeno v tabulce 1-1.
| metody obloukového svařování | průměr elektrody/mm | svařovací proud/A | napětí/V | rychlost svařování/mh-1 | součinitel penetrace/m m-100A-1 |
svařování wolframovým argonem | 3.2 | 100~350 | 10~16 | 6~18 | 0,8~1,8 |
plazmové obloukové svařování | Otvor trysky 1,6 | 50~100 | 20~26 | 10~60 | 1,2~2 |
| 3,4 clona trysky | 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 |
svařování argonovou elektrodou | 1,2~2,4 | 210~550 | 24~42 | 40~120 | 1,5~1,8 |
| Svařování CO2 | 0,8~1,6 | 70~300 | 16~23 | 30~150 | 0,8~1,2 |
| 2~4 | 500~900 | 35~45 | 40~80 | |
Tabulka 1-1 Součinitel hloubky tavení Km pro různé metody a parametry obloukového svařování (svařovací ocel)
2) Rychlost tavení svařovacího jádra nebo svařovacího drátu při obloukovém svařování je úměrná svařovacímu proudu. Protože zvýšení svařovacího proudu při obloukovém svařování vede ke zvýšení rychlosti tavení svařovacího drátu, množství roztaveného svařovacího drátu se přibližně úměrně zvyšuje, zatímco šířka svaru se zvětšuje méně, takže se zvětšuje výztuž svaru.
3) Po zvýšení svařovacího proudu se zvětšuje průměr sloupce oblouku. Zvětšuje se však hloubka, do které oblouk proniká do obrobku, a rozsah pohybu obloukové stopy je omezený. Proto je zvětšení šířky svaru relativně malé.
Při svařování kovů v ochranné atmosféře inertního plynu (MIG) se s rostoucím svařovacím proudem zvětšuje hloubka průvaru svaru. Pokud je svařovací proud příliš velký a hustota proudu příliš vysoká, je pravděpodobné, že dojde k prstovitému průvaru, zejména při svařování hliníku.
Vliv napětí oblouku na tvorbu svaru
Za určitých podmínek, když se zvýší napětí oblouku, zvýší se jeho výkon a zároveň se zvýší i tepelný příkon svaru. Zvýšení napětí oblouku se však dosáhne zvětšením délky oblouku. Zvětšení délky oblouku vede ke zvětšení poloměru zdroje tepla oblouku a ke zvýšení odvodu tepla obloukem. V důsledku toho se snižuje hustota energie přiváděné do svaru, takže hloubka průvaru se mírně zmenšuje a šířka svarové housenky se zvětšuje. Zároveň, protože svařovací proud zůstává nezměněn a množství taveného svařovacího drátu se nezmění, snižuje se i výztuž svarové housenky.
U různých metod obloukového svařování je pro dosažení správného tvaru svaru, tj. pro udržení vhodného koeficientu tvaru svaru φ, nutné při zvyšování svařovacího proudu odpovídajícím způsobem zvyšovat napětí oblouku. Je nutné, aby napětí oblouku a svařovací proud měly vhodný vztah. To je nejběžnější u obloukového svařování tavicí elektrodou.
Vliv rychlosti svařování na tvorbu svaru
Za určitých podmínek povede zvýšení rychlosti svařování ke snížení příkonu tepla při svařování, čímž se sníží jak šířka svarové housenky, tak i průvar. Vzhledem k tomu, že množství navařeného kovu drátu na jednotku délky svaru je nepřímo úměrné rychlosti svařování, vede to také ke snížení výztuže svarové housenky.
Rychlost svařování je důležitým ukazatelem pro hodnocení produktivity svařování. Pro zlepšení produktivity svařování je třeba zvýšit rychlost svařování. Aby se však zajistila požadovaná velikost svaru v konstrukčním návrhu, je třeba při zvyšování rychlosti svařování odpovídajícím způsobem zvýšit svařovací proud a napětí oblouku. Tyto tři veličiny spolu souvisejí. Zároveň je třeba vzít v úvahu, že při zvyšování svařovacího proudu, napětí oblouku a rychlosti svařování (tj. při použití vysokovýkonného svařovacího oblouku a vysokorychlostního svařování) se mohou během tvorby a tuhnutí roztavené lázně vyskytnout vady svařování, jako jsou podřezání a praskliny. Proto je zvýšení rychlosti svařování omezené.
Vliv typu a polarity svařovacího proudu a velikosti elektrody na tvorbu svaru
1. Druhy a polarity svařovacího proudu
Typy svařovacího proudu se dělí na stejnosměrný proud a střídavý proud. Svařování stejnosměrným obloukem se dále dělí na konstantní stejnosměrný proud a pulzní stejnosměrný proud podle toho, zda je v proudu přítomen pulz; podle polarity se dělí na stejnosměrný proud s kladným připojením (svar je připojen ke kladnému pólu) a stejnosměrný proud s reverzním připojením (svar je připojen k zápornému pólu). Svařování střídavým obloukem se dále dělí na sinusový střídavý proud a obdélníkový střídavý proud podle různých průběhů proudu. Typ a polarita svařovacího proudu může ovlivnit množství tepla přiváděného z oblouku do svařence, a tím i tvorbu svaru. Zároveň může ovlivnit proces přenosu kapek a odstraňování oxidového filmu na povrchu základního kovu.
Při svařování kovových materiálů, jako je ocel a titan, pomocí wolframového obloukového svařování v inertním plynu je největší průvar svaru při kladném připojení stejnosměrného proudu, nejmenší průvar svaru při připojení stejnosměrného proudu v opačném směru a střídavý proud je mezi nimi. Protože největší průvar svaru je při připojení stejnosměrného proudu v kladném směru a wolframová elektroda má nejmenší ztráty hořením, měl by se při svařování kovových materiálů, jako je ocel a titan, použít kladný přívod stejnosměrného proudu. Při pulzním stejnosměrném svařování v inertním plynu lze velikost svaru řídit podle potřeby, protože lze nastavit parametry pulzu. Při svařování hliníku, hořčíku a jejich slitin pomocí wolframového obloukového svařování v inertním plynu je nutné využít čisticí účinek katody oblouku k očištění oxidového filmu na povrchu základního kovu. Střídavý proud je lepší. Protože lze nastavit parametry tvaru vlny obdélníkového střídavého proudu, je svařovací účinek lepší.
Při svařování kovem v plynové atmosféře, když je stejnosměrný proud zapojen zpětně, je průvar i šířka svaru větší než v případě kladného připojení stejnosměrného proudu. Průvar a šířka svaru střídavým proudem se nacházejí mezi těmito dvěma hodnotami. Proto se při svařování pod tavidlem obecně používá zpětné připojení stejnosměrného proudu k dosažení většího průvaru, zatímco při navařování pod tavidlem se používá kladné připojení stejnosměrného proudu ke snížení průvaru. Při svařování kovem v plynové atmosféře s ochranným plynem se široce používá, protože zpětné připojení stejnosměrného proudu má nejen velkou hloubku průvaru, ale také je svařovací oblouk a proces přenosu kapek stabilnější než při kladném připojení stejnosměrného proudu a střídavého proudu a má čisticí účinek na katodu. Kladné připojení stejnosměrného proudu a střídavého proudu se obecně nepoužívají.
2. Vliv tvaru hrotu wolframové elektrody, průměru svařovacího drátu a délky vytažení
Úhel a tvar předního konce svařovací elektrody mají větší vliv na koncentraci oblouku a tlak v oblouku. Měly by být voleny podle svařovacího proudu a tloušťky obrobku. Obecně platí, že čím koncentrovanější je oblouk a čím vyšší je tlak v oblouku, tím větší je hloubka průvaru a šířka svaru se odpovídajícím způsobem zmenšuje.
Při svařování kovů v plynové lázni, kde je svařovací proud konstantní, platí, že čím tenčí svařovací drát, tím koncentrovanější je ohřev oblouku, tím se zvětšuje hloubka průvaru a zmenšuje se šířka svaru. Při volbě průměru svařovacího drátu v reálných svařovacích projektech je však třeba zohlednit také velikost proudu a morfologii tavné lázně, aby se zabránilo špatné tvorbě svaru.
S rostoucí délkou protažení drátu při svařování plynovým obloukem se zvyšuje odporové teplo generované svařovacím proudem procházejícím prodlouženou částí drátu, což vede k rostoucí rychlosti tavení drátu. Tím se zvětšuje výztuž svaru, zatímco hloubka průvaru se poněkud snižuje. Vzhledem k relativně velkému měrnému odporu ocelových svařovacích drátů je vliv délky protažení drátu na tvorbu svaru poměrně zřejmý při svařování ocelovými a tenkými dráty. Mérný odpor hliníkových svařovacích drátů je relativně malý, takže jeho vliv není významný. Ačkoli zvýšení délky protažení drátu může zlepšit koeficient tavení drátu, při komplexním zvážení aspektů stability tavení drátu a tvorby svaru existuje povolený rozsah odchylek délky protažení drátu.
Vliv dalších procesních faktorů na faktory tvorby svaru
Kromě výše uvedených procesních faktorů mohou tvorbu a velikost svaru ovlivnit i další faktory svařovacího procesu, jako je velikost drážky a mezery, úhel sklonu elektrody a obrobku a prostorová poloha spoje.
1. Drážka a mezera
Při svařování tupých spojů elektrickým obloukem se obvykle určuje, zda se má ponechat mezera, velikost mezery a tvar otevřené drážky podle tloušťky svařovaného plechu. Za určitých dalších podmínek platí, že čím větší je velikost drážky nebo mezery, tím menší je výztuž svaru, což odpovídá poklesu polohy svaru. V tomto případě se snižuje poměr svařování. Proto lze ponechání mezery nebo otevření drážky použít k řízení velikosti výztuže a úpravě poměru svařování. Ve srovnání s ponecháním mezery a neponecháním mezery a otevřením drážky se podmínky odvodu tepla u obou poněkud liší. Obecně řečeno, krystalizační podmínky při otevření drážky jsou příznivější.
2. Sklon elektrody (svařovacího drátu)
Během obloukového svařování se podle vztahu mezi směrem sklonu elektrody a směrem svařování dělí na dva typy: sklon elektrody vpřed a sklon elektrody vzad. Když je svařovací drát nakloněn, osa oblouku se také odpovídajícím způsobem nakloní. Když je svařovací drát nakloněn vpřed, vliv síly oblouku na vypouštění roztaveného kovu z lázně vzad se oslabí. Vrstva tekutého kovu na dně roztavené lázně se ztlušťuje, hloubka průniku se snižuje, hloubka pronikání oblouku do svařence se zmenšuje, rozsah pohybu obloukového bodu se rozšiřuje, šířka svaru se zvětšuje a výztuž se zmenšuje. Čím menší je úhel sklonu svařovacího drátu α vpřed, tím zřetelnější je tento vliv. Pokud je svařovací drát nakloněn dozadu, situace je opačná. Při svařování chráněným kovem se nejčastěji používá metoda sklonu elektrody vzad a úhel sklonu α je relativně vhodný mezi 65° a 80°.
3. Sklon svařovaného kusu
Sklon svarů se v reálné výrobě často setkáváme s náklonem a lze jej rozdělit na svařování vzestupně a svařování z kopce. V tomto případě má roztavený kov lázně vlivem gravitace tendenci stékat dolů po sklonu. Při svařování vzestupně gravitace pomáhá vypouštět roztavený kov lázně do konce lázně, takže propaření je hluboké, šířka svaru úzká a výztuž vysoká. Pokud je úhel stoupání α 6° až 12°, je výztuž příliš velká a na obou stranách snadno vznikají podřezy. Při svařování z kopce tento efekt brání vypouštění roztaveného kovu lázně do konce lázně. Oblouk nemůže hluboce prohřát kov na dně roztavené lázně, propaření se snižuje, dosah pohybu obloukového bodu se rozšiřuje, šířka svaru se zvětšuje a výztuž se zmenšuje. Pokud je úhel sklonu svařence příliš velký, vede to k nedostatečnému propaření a přetečení roztaveného kovu lázně.
4. Svařovací materiál a tloušťka
Průvar svaru souvisí se svařovacím proudem a také s tepelnou vodivostí a objemovou tepelnou kapacitou materiálu. Čím lepší je tepelná vodivost materiálu a čím větší je objemová tepelná kapacita, tím více tepla je potřeba k roztavení jednotky objemu kovu a zvýšení teploty o stejnou hodnotu. Proto se za určitých dalších podmínek, jako je svařovací proud, hloubka průvaru a šířka svaru sníží. Čím větší je hustota nebo viskozita kapaliny materiálu, tím obtížnější je pro oblouk vytlačit tekutý roztavený kov a tím mělčí je průvar svaru. Tloušťka svařovaného dílu ovlivňuje vedení tepla uvnitř svařovaného dílu. Za stejných ostatních podmínek se s rostoucí tloušťkou svařovaného dílu zvyšuje odvod tepla a snižuje se jak šířka svaru, tak hloubka průvaru.
5. Tavidlo, povlak elektrody a ochranný plyn
Různé složení tavidlů nebo povlaků elektrod vede k různým úbytkům napětí v oblastech elektrod oblouku a různým potenciálovým gradientům sloupce oblouku, což nevyhnutelně ovlivňuje tvorbu svaru. Pokud má tavidlo nízkou hustotu, velkou velikost částic nebo malou výšku vrstvení, je tlak kolem oblouku nízký, sloupec oblouku se roztahuje a oblouková skvrna má velký rozsah pohybu. Proto je penetrace malá, šířka svaru velká a výztuž je malá. Při svařování silných obrobků vysokovýkonným obloukovým svařováním může použití tavidla podobného pemze snížit tlak v oblouku, snížit penetraci a zvětšit šířku svaru. Kromě toho by svařovací struska měla mít vhodnou viskozitu a teplotu tání. Pokud je viskozita příliš vysoká nebo teplota tání relativně vysoká, struska bude špatně provzdušňována a na povrchu svaru se snadno vytvoří mnoho prohlubní, což má za následek špatnou tvorbu povrchu svaru.
Složení ochranných plynů pro obloukové svařování (jako je Ar, He, N2, CO2) se liší a liší se i jejich fyzikální vlastnosti, jako je tepelná vodivost. To způsobuje, že se liší úbytek napětí v polární oblasti oblouku a potenciálový gradient sloupce oblouku, vodivý průřez sloupce oblouku, síla proudění plazmatu a rozložení měrného tepelného toku. Všechny tyto faktory ovlivňují tvorbu svarových švů.
Stručně řečeno, na tvorbu svaru má vliv mnoho faktorů. Pro dosažení dobrého tvaru svaru je nutné zvolit vhodné svařovací metody a svařovací podmínky podle materiálu a tloušťky svařované součásti, prostorové polohy svaru, tvaru spoje, pracovních podmínek, požadavků na provedení spoje a velikosti svaru. Zároveň je nejdůležitější přístup svářeče ke svařování! V opačném případě nemusí tvar svaru a jeho provedení splňovat požadavky a mohou se objevit i různé vady svaru.
