A més dels factors del procés, altres factors del procés de soldadura, com ara la mida de la ranura i la mida de l'espai, l'angle d'inclinació de l'elèctrode i la peça, i la posició espacial de la unió, també poden afectar la formació de la soldadura i la mida de la soldadura.
Influència del corrent de soldadura en la formació de la soldadura
En determinades condicions, a mesura que augmenta el corrent de soldadura per arc, augmenten la profunditat de penetració i el reforç de la costura de soldadura, i l'amplada de la soldadura augmenta lleugerament. Els motius són els següents:
1) A mesura que augmenta el corrent de soldadura per arc, augmenta la força de l'arc que actua sobre la soldadura, augmenta l'entrada de calor de l'arc a la soldadura i la posició de la font de calor es mou cap avall, cosa que afavoreix la conducció de calor en la direcció de la profunditat del bany fos i augmenta la profunditat de penetració. La profunditat de penetració és aproximadament proporcional al corrent de soldadura. La profunditat de penetració de la soldadura H és aproximadament igual a Km × I. A la fórmula, Km és el coeficient de penetració (el nombre de mil·límetres en què augmenta la profunditat de penetració de la soldadura quan el corrent de soldadura augmenta en 100 A), que està relacionat amb el mètode de soldadura per arc, el diàmetre del filferro, el tipus de corrent, etc., tal com es mostra a la Taula 1-1.
| mètodes de soldadura per arc | diàmetre de l'elèctrode/mm | corrent de soldadura/A | voltatge/V | velocitat de soldadura/mh-1 | coeficient de penetració/m m-100A-1 |
soldadura per arc d'argó de tungstè | 3.2 | 100~350 | 10~16 | 6~18 | 0,8~1,8 |
soldadura per arc de plasma | Obertura de la boquilla d'1,6 | 50~100 | 20~26 | 10~60 | 1.2~2 |
| Obertura del broquet de 3,4 | 220~300 | 28~36 | 18~30 | 1,5~2,4 |
soldadura per arc submergit | 2 | 200~700 | 32~40 | 15~100 | 1.0~1.7 |
| 5 | 450~1200 | 34~44 | 30~60 | 0,7~1,3 |
soldadura per arc d'argó amb elèctrode de fusió | 1.2~2.4 | 210~550 | 24~42 | 40~120 | 1,5~1,8 |
| Soldadura amb CO2 | 0,8~1,6 | 70~300 | 16~23 | 30~150 | 0,8~1,2 |
| 2~4 | 500~900 | 35~45 | 40~80 | |
Taula 1-1 Coeficient de profunditat de fusió Km per a diversos mètodes i paràmetres de soldadura per arc (soldadura d'acer)
2) La velocitat de fusió del nucli de soldadura o del filferro de soldadura en la soldadura per arc és proporcional al corrent de soldadura. Com que l'augment del corrent de soldadura en la soldadura per arc condueix a un augment de la velocitat de fusió del filferro de soldadura, la quantitat de filferro de soldadura fos augmenta aproximadament proporcionalment, mentre que l'amplada de la soldadura augmenta menys, de manera que augmenta el reforç de la soldadura.
3) Després que el corrent de soldadura augmenti, el diàmetre de la columna d'arc augmenta. Tanmateix, la profunditat a la qual l'arc penetra a la peça augmenta i el rang de moviment del punt d'arc és limitat. Per tant, l'augment de l'amplada de la soldadura és relativament petit.
En la soldadura amb gas inert (MIG) amb protecció metàl·lica, quan augmenta el corrent de soldadura, augmenta la profunditat de penetració de la soldadura. Si el corrent de soldadura és massa gran i la densitat de corrent és massa alta, és probable que es produeixi una penetració semblant a la dels dits, especialment quan es solda alumini.
Influència de la tensió d'arc en la formació de la soldadura
En determinades condicions, quan augmenta la tensió d'arc, augmenta la potència de l'arc i també augmenta l'entrada de calor a la soldadura. Tanmateix, l'augment de la tensió d'arc s'aconsegueix augmentant la longitud de l'arc. L'augment de la longitud de l'arc condueix a un augment del radi de la font de calor de l'arc i a un augment de la dissipació de calor de l'arc. Com a resultat, l'entrada de densitat d'energia a la soldadura disminueix, de manera que la profunditat de penetració disminueix lleugerament mentre que l'amplada del cordó de soldadura augmenta. Al mateix temps, com que el corrent de soldadura es manté sense canvis i la quantitat de fusió del filferro de soldadura no canvia, el reforç del cordó de soldadura disminueix.
Per a diversos mètodes de soldadura per arc, per obtenir una formació de soldadura adequada, és a dir, per mantenir un coeficient de formació de soldadura φ adequat. A mesura que s'augmenta el corrent de soldadura, s'ha d'augmentar adequadament la tensió d'arc. Cal que la tensió d'arc i el corrent de soldadura tinguin una relació de coincidència adequada. Això és més comú en la soldadura per arc amb elèctrodes consumibles.
Influència de la velocitat de soldadura en la formació de la soldadura
En determinades condicions, augmentar la velocitat de soldadura comportarà una reducció de l'aportació de calor de soldadura, reduint així tant l'amplada com la penetració del cordó de soldadura. Com que la quantitat de metall de filferro dipositat per unitat de longitud de soldadura és inversament proporcional a la velocitat de soldadura, també comporta una reducció del reforç del cordó de soldadura.
La velocitat de soldadura és un indicador important per avaluar la productivitat de la soldadura. Per millorar la productivitat de la soldadura, cal augmentar la velocitat de soldadura. Tanmateix, per garantir la mida de soldadura requerida en el disseny estructural, alhora que s'augmenta la velocitat de soldadura, s'han d'augmentar el corrent de soldadura i la tensió d'arc en conseqüència. Aquestes tres quantitats estan interrelacionades. Al mateix temps, també s'ha de tenir en compte que en augmentar el corrent de soldadura, la tensió d'arc i la velocitat de soldadura (és a dir, utilitzant soldadura per arc d'alta potència i soldadura d'alta velocitat), es poden produir defectes de soldadura com ara socavaments i esquerdes durant la formació del bany fos i el procés de solidificació del bany fos. Per tant, l'augment de la velocitat de soldadura és limitat.
Influència del tipus i la polaritat del corrent de soldadura i la mida de l'elèctrode en la formació de la soldadura
1. Tipus i polaritats del corrent de soldadura
Els tipus de corrent de soldadura es divideixen en corrent continu i corrent altern. Entre ells, la soldadura per arc de corrent continu es divideix a més en corrent continu constant i corrent continu pulsat segons si hi ha un pols al corrent; es divideix en connexió positiva de corrent continu (la soldadura està connectada al positiu) i connexió inversa de corrent continu (la soldadura està connectada al negatiu) segons la polaritat. La soldadura per arc de corrent altern es divideix a més en corrent altern d'ona sinusoidal i corrent altern d'ona quadrada segons les diferents formes d'ona del corrent. El tipus i la polaritat del corrent de soldadura poden afectar la quantitat de calor d'entrada de l'arc a la soldadura, de manera que pot afectar la formació de la soldadura. Al mateix temps, també pot afectar el procés de transferència de gotes i l'eliminació de la pel·lícula d'òxid a la superfície del metall base.
Quan s'utilitza la soldadura per arc amb gas inert de tungstè per soldar materials metàl·lics com l'acer i el titani, la penetració de la soldadura és la més profunda quan el corrent continu es connecta en la direcció positiva, la penetració és la més superficial quan el corrent continu es connecta en la direcció inversa, i el corrent altern es troba entre els dos. Com que la penetració de la soldadura és la més profunda quan el corrent continu es connecta en la direcció positiva i l'elèctrode de tungstè té la menor pèrdua de cremada, s'ha d'utilitzar la connexió positiva de corrent continu quan s'utilitza la soldadura per arc amb gas inert de tungstè per soldar materials metàl·lics com l'acer i el titani. Quan s'utilitza la soldadura per arc amb gas inert de tungstè per soldar materials metàl·lics com l'acer i el titani, com que els paràmetres del pols es poden ajustar, la mida de la formació de la soldadura es pot controlar segons calgui. Quan s'utilitza la soldadura per arc amb gas inert de tungstè per soldar alumini, magnesi i els seus aliatges, cal utilitzar l'efecte de neteja del càtode de l'arc per netejar la pel·lícula d'òxid a la superfície del metall base. El corrent altern és millor. Com que els paràmetres de forma d'ona del corrent altern d'ona quadrada es poden ajustar, l'efecte de soldadura és millor.
En la soldadura per arc de gas metàl·lic, quan el corrent continu es connecta inversament, la penetració de la soldadura i l'amplada de la soldadura són més grans que en el cas de la connexió positiva de corrent continu. La penetració i l'amplada de la soldadura per corrent altern es troben entre les dues. Per tant, en la soldadura per arc submergit, generalment s'utilitza la connexió inversa de corrent continu per obtenir una major penetració; mentre que en la soldadura superficial per arc submergit, s'utilitza la connexió positiva de corrent continu per reduir la penetració. En la soldadura per arc de gas metàl·lic amb gas protector, com que la connexió de corrent continu invers no només té una gran profunditat de penetració, sinó que també l'arc de soldadura i el procés de transferència de gotes són més estables que els de la connexió positiva de corrent continu i el corrent altern, i té un efecte de neteja del càtode, s'utilitza àmpliament. Generalment no s'utilitzen connexions positives de corrent continu ni corrent altern.
2. Influència de la forma de la punta de l'elèctrode de tungstè, el diàmetre del fil de soldadura i la longitud d'extensió
L'angle i la forma de l'extrem frontal de l'elèctrode de soldadura tenen una major influència en la concentració de l'arc i la pressió de l'arc. S'han de seleccionar segons el corrent de soldadura i el gruix de la peça. Generalment, com més concentrat sigui l'arc i com més gran sigui la pressió de l'arc, més gran serà la profunditat de penetració formada, mentre que l'amplada de la soldadura disminueix corresponentment.
En la soldadura per arc metàl·lic amb gas, quan el corrent de soldadura és constant, com més prim és el filferro de soldadura, més concentrat és l'escalfament de l'arc, augmenta la profunditat de penetració i disminueix l'amplada de la soldadura. Tanmateix, a l'hora d'escollir el diàmetre del filferro de soldadura en projectes de soldadura reals, també s'ha de tenir en compte la magnitud del corrent i la morfologia del bany de soldadura per evitar una mala formació de la soldadura.
Quan augmenta la longitud d'extensió del filferro en la soldadura per arc metàl·lic de gas, augmenta la calor de resistència generada pel corrent de soldadura que passa per la part estesa del filferro, cosa que fa que augmenti la velocitat de fusió del filferro. Per tant, augmenta el reforç de la soldadura, mentre que la profunditat de penetració disminueix una mica. A causa de la resistivitat relativament gran dels filferros de soldadura d'acer, la influència de la longitud d'extensió del filferro en la formació de la soldadura és relativament evident en la soldadura amb filferros d'acer i fins. La resistivitat dels filferros de soldadura d'alumini és relativament petita, de manera que la seva influència no és significativa. Tot i que augmentar la longitud d'extensió del filferro pot millorar el coeficient de fusió del filferro, considerant de manera integral els aspectes de l'estabilitat de la fusió del filferro i la formació de la soldadura, hi ha un rang de variació admissible per a la longitud d'extensió del filferro.
Influència d'altres factors del procés en els factors de formació de soldadura
A més dels factors del procés esmentats, altres factors del procés de soldadura, com ara la mida de la ranura i la mida de l'espai, l'angle d'inclinació de l'elèctrode i la peça, i la posició espacial de la junta, també poden afectar la formació de la soldadura i la mida de la soldadura.
1. Solc i buit
Quan es solden unions a topall mitjançant soldadura per arc elèctric, normalment es determina si cal reservar un buit, la mida del buit i la forma de la ranura oberta segons el gruix de la placa de soldadura. En altres condicions, com més gran sigui la mida de la ranura o del buit, més petit serà el reforç de la soldadura soldada, cosa que equival a una disminució de la posició de la soldadura. En aquest moment, la relació de fusió disminueix. Per tant, deixar un buit o obrir una ranura es pot utilitzar per controlar la mida del reforç i ajustar la relació de fusió. En comparació amb deixar un buit i no deixar un buit i obrir una ranura, les condicions de dissipació de calor de les dues són una mica diferents. En general, les condicions de cristal·lització per obrir una ranura són més favorables.
2. Inclinació de l'elèctrode (fil de soldadura)
Durant la soldadura per arc, segons la relació entre la direcció d'inclinació de l'elèctrode i la direcció de soldadura, es divideix en dos tipus: inclinació cap endavant de l'elèctrode i inclinació cap enrere de l'elèctrode. Quan el filferro de soldadura està inclinat, l'eix de l'arc també s'inclina en conseqüència. Quan el filferro de soldadura està inclinat cap endavant, l'efecte de la força de l'arc en la descàrrega del metall fos cap enrere s'afebleix. La capa de metall líquid al fons del bany fos es fa més gruixuda, la profunditat de penetració es redueix, la profunditat a la qual l'arc penetra a la soldadura es redueix, el rang de moviment del punt de l'arc s'amplia, l'amplada de la soldadura augmenta i el reforç es redueix. Com més petit sigui l'angle d'inclinació cap endavant α del filferro de soldadura, més evident és aquesta influència. Quan el filferro de soldadura està inclinat cap enrere, la situació és la contrària. En la soldadura per arc de metall blindat, s'adopta majoritàriament el mètode d'inclinació cap enrere de l'elèctrode, i un angle d'inclinació α entre 65° i 80° és relativament apropiat.
3. Inclinació de la peça de soldadura
La inclinació de la soldadura es troba sovint en la producció real i es pot dividir en soldadura ascendent i soldadura descendent. En aquest moment, sota l'acció de la gravetat, el metall fos de la piscina tendeix a fluir cap avall al llarg del pendent. En la soldadura ascendent, la gravetat ajuda a descarregar el metall fos de la piscina a la cua de la piscina fosa, de manera que la penetració és profunda, l'amplada de la soldadura és estreta i el reforç és alt. Quan l'angle ascendent α és de 6° a 12°, el reforç és massa gran i es generen fàcilment socavaments a banda i banda. En la soldadura descendent, aquest efecte impedeix que el metall fos de la piscina es descarregui a la cua de la piscina fosa. L'arc no pot escalfar profundament el metall al fons de la piscina fosa, la penetració es redueix, el rang de moviment del punt de l'arc s'amplia, l'amplada de la soldadura augmenta i el reforç es redueix. Si l'angle d'inclinació de la soldadura és massa gran, provocarà una penetració insuficient i un desbordament de metall líquid de la piscina fosa.
4. Material de soldadura i gruix
La penetració de la soldadura està relacionada amb el corrent de soldadura i també amb la conductivitat tèrmica i la capacitat calorífica volumètrica del material. Com millor sigui la conductivitat tèrmica del material i com més gran sigui la capacitat calorífica volumètrica, més calor es necessitarà per fondre un volum unitari de metall i augmentar la temperatura en la mateixa quantitat. Per tant, sota certes altres condicions, com ara el corrent de soldadura, la profunditat de penetració i l'amplada de la soldadura disminuiran. Com més gran sigui la densitat o la viscositat líquida del material, més difícil serà que l'arc desplaci el metall fos líquid i menys profunda serà la penetració de la soldadura. El gruix de la peça soldada afecta la conductivitat tèrmica dins de la peça soldada. Quan altres condicions són les mateixes, a mesura que augmenta el gruix de la peça soldada, augmenta la dissipació de calor i tant l'amplada de la soldadura com la profunditat de penetració disminueixen.
5. Flux, recobriment d'elèctrode i gas de protecció
Les diferents composicions de fluxos o recobriments d'elèctrodes provoquen diferents caigudes de voltatge a les regions d'elèctrodes de l'arc i diferents gradients de potencial de la columna d'arc, cosa que inevitablement afectarà la formació de la soldadura. Quan el flux té una baixa densitat, una gran mida de partícula o una petita alçada d'apilament, la pressió al voltant de l'arc és baixa, la columna d'arc s'expandeix i el punt d'arc té un gran rang de moviment. Per tant, la penetració és petita, l'amplada de la soldadura és gran i el reforç és petit. Quan s'utilitza soldadura per arc d'alta potència per soldar peces gruixudes, l'ús de flux semblant a la pedra tosca pot reduir la pressió de l'arc, disminuir la penetració i augmentar l'amplada de la soldadura. A més, l'escòria de soldadura ha de tenir una viscositat i una temperatura de fusió adequades. Si la viscositat és massa alta o la temperatura de fusió és relativament alta, l'escòria tindrà una mala ventilació i és fàcil formar moltes depressions a la superfície de la soldadura, cosa que resulta en una mala formació de la superfície de soldadura.
La composició dels gasos de protecció per a la soldadura per arc (com ara Ar, He, N2, CO2) és diferent, i les seves propietats físiques, com ara la conductivitat tèrmica, també són diferents. Això fa que la caiguda de tensió a la regió polar de l'arc i el gradient de potencial de la columna d'arc, la secció transversal conductora de la columna d'arc, la força del flux de plasma i la distribució del flux de calor específic siguin diferents. Tots aquests factors afecten la formació de juntes de soldadura.
En resum, hi ha molts factors que afecten la formació de la soldadura. Per obtenir una bona formació de la soldadura, cal seleccionar els mètodes de soldadura i les condicions de soldadura adequats per a la soldadura segons el material i el gruix de la peça soldada, la posició espacial de la soldadura, la forma de la unió, les condicions de treball, els requisits per al rendiment de la unió i la mida de la soldadura. Al mateix temps, el més important és l'actitud del soldador envers la soldadura! En cas contrari, la formació de la soldadura i el seu rendiment poden no complir els requisits, i fins i tot poden aparèixer diversos defectes de soldadura.
