Полярность сварочных электродов. Разница между прямой и обратной полярностью Достоинства сварки порошковой проволокой

Электродуговая сварка может осуществляться при помощи оборудования, вырабатывающего постоянный или переменный ток. Если работа на переменном токе не имеет нюансов в вопросе правильного подключения массы и держателя электрода, то при сварке на постоянном токе полярность сварочных электродов имеет большое значение.

Общие понятия

В зависимости от того какой полюс сварочного автомата подключен к держателю, определяется тип и особенности режима сварки:

• Сварка на прямой полярности предполагает подключение положительного полюса к соединяемым заготовкам (массе), и отрицательного к держателю электрода.
• Для выполнения работ при обратной полярности полюса меняются местами (плюс на держатель, минус на массу).

Несмотря на то, какая полярность электродов применяется, сварка на постоянном токе имеет общие особенности по сравнению с применением переменного напряжения:

Сварка на прямой полярности

При таком способе подключения электродов большему нагреву подвергается заготовка, а не электрод . Такой режим характеризуется выделением значительно большего количества тепла.

Поэтому сварка на прямой полярности рекомендована для выполнения следующих операций:

• Резка металла любым типом электродов.
• Сварка заготовок значительной толщины.
• Работа с металлами, имеющими более высокую температуру плавления.

Именно в этих случаях требуется разогрев обрабатываемых деталей до более высоких температур, для выполнения этих работ требуется значительное тепловыделение.

Сварка на обратной полярности

В данном случае большему разогреву подвергается электрод, поэтому на заготовку передается меньшее количество тепловой энергии.

Благодаря этому электроды обратной полярности позволяют выполнять работы в более мягком (деликатном) режиме.

Это актуально во многих случаях, например, сварка нержавеющей или тонкой листовой стали, сплавов, чувствительных к тепловому воздействию.

Так же такое подключение используется для работ в среде защитных газов или под флюсом.

Определение необходимой полярности

О том, как определить полярность электродов при сварке, существует множество споров, при этом каждая сторона приводит правильные, казалось бы доводы. Противники указанной выше версии ссылаются на учебники по технологии сварочного производства, изданные еще в середине прошлого века, считая, что сведения указанные в них наиболее правильные.

Но стоит учитывать то, что с тех пор произошло существенное усовершенствование сварочной техники и расходных материалов. Поэтому основываться на рекомендациях, касающихся устаревших технологий, все-таки не стоит. Наиболее правильным считается именно описанный выше выбор полярности.

Существует еще одна группа сварщиков, считающих, что любые работы лучше (вернее удобней) выполнять исключительно на обратной полярности. Это связано в первую очередь с тем, что в таком режиме электроды меньше липнут и отсутствует риск прожига металла. Но появление инверторной сварочной техники решило и эту проблему.

Стоит обращать внимание и на тип электродов. Существуют марки, которые могут применяться только при прямой или обратной полярности, нарушение рекомендаций производителя может не только усложнить процесс сварки, но и сделать ее невозможной в принципе.

На сегодняшний день производители уже предлагают электроды, способные работать при любом напряжении и различной полярности.

Правильный выбор полярности подключения электродов способствует упрощению сварочного процесса и повышению качества шва.

5.1 Цель работы

Изучение влияния параметров режима сварки на процесс плавления элек­тродов, ознакомление с методикой экспериментального определения характе­ристик расплавления электродов.

Теоретическое введение

Тепло, вводимое сварочной дугой в электрод, затрачивается на нагрев и расплавление электродного стержня и электродного покрытия. Процесс плав­ления электродного стержня и переход расплавленного металла в сварочную ванну зависит от ряда факторов: величины, рода и полярности тока, состава электродного покрытия и стержня, положения сварного шва в пространстве и т.п. Свойства электрода, характеризующие производительность его расплавле­ния, оценивают коэффициентом расплавления α р, определяемым по формуле

где g p – масса расплавленного металла, г;

I – ток сварки, А;

t – время плавления электрода.

При сварке наблюдаются потери жидкого металла вследствие его окисле­ния воздухом и через шлак, а также в результате испарения и разбрызгивания за пределы сварочной ванны. Потери на угар и разбрызгивание оцениваются коэффициентом потерь

Потери на угар и разбрызгивание колеблются в довольно широких пределах в зависимости от различных факторов. Для ручной дуговой сварки коэф­фициент расплавления в зависимости от конкретной марки электрода составляет 8-15 г/А·ч, коэффициент потерь – 5-30 %; для автоматической сварки под слоем флюса – α р = 13-23 г/А·ч, ψ = 2-4 % .

Увеличение сварочного тока приводит к повышению температуры столба дуги и интенсивности расплавления электрода и, как следствие, к увеличению α р. При больших плотностях тока переход капель металла с электрода в шов может носить струйный характер, что уменьшает потери на разбрызгивание.

При сварке на обратной полярности производительность расплавления существенно выше, чем при сварке на переменном токе и при прямой полярно­сти. Это объясняется тем, что на аноде выделяется в 2-3 раза больше теплоты, чем на катоде, за счет бомбардировки анода быстрыми электронами, в то время, как на катоде затрачивается энергия на их эмиссию.

На величины α р и ψ оказывают влияние тип электрода и состав стержня, что определяет состав атмосферы столба дуги и, как следствие, эффективный потенциал ионизации. В свою очередь, изменение эффективного потенциала ионизации ведет к изменению температуры столба дуги в соответствии с эмпи­рической формулой, применимой для ручной дуговой сварки

T = 800U эф (5.3)

Увеличение температуры столба дуги ведет к увеличению количества обра­зующихся газов, повышает их давление в капле электродного металла и, в конечном итоге, может привести к усилению разбрызгивания.

Коэффициент α р существенно зависит от температуры нагрева электрод­ного стержня. Нагрев электродного стержня джоулевым теплом ускоряет его плавление в дуговом разряде и α р увеличивается, при этом величина ψ практи­чески не меняется. При автоматической и полуавтоматической сварке для уве­личения α р широко применяется сварка с увеличенным вылетом проволоки (расстоянием между токоподводящим мундштуком н изделием). Увеличение вылета ведет к увеличению сопротивления проволоки и, как следствие, повы­шению температуры ее нагрева. При ручной дуговой сварке непостоянство α р в процессе горения электродного стержня может привести к нарушению режима формирования шва, поэтому максимальная сила тока для каждого диаметра электрода конкретной марки строго ограничена. Равномерности плавления электрода способствует увеличение толщины электродного покрытия, т.к. оно не проводит тока, не нагревается джоулевым теплом и охлаждает стержень электрода.

Оборудование и материалы

1. Посты ручной дуговой сварки на постоянном и переменном токах, укомплектованные приборами для измерения тока сварки.

2. Технические весы с разновесом.

3. Секундомер.

4. Штангенциркуль и линейка.

5. Сварочные электроды МР-3 Æ4 мм.

6. Пластины из малоуглеродистой стали.

Порядок проведения работы

1. Очистить, замаркировать и взвесить пластины, предназначенные для наплавки.

2. Подготовить электроды, замаркировать, определить диаметр и началь­ную длину электродного стержня.

3. Для каждой марки электрода определить массу l погонного сантиметра электродного стержня, которая равна массе очищенного от обмазки электрод­ного стержня, деленной на его длину.

4. Произвести наплавку валика на пластину электродом по­стоянным током обратной полярности. В процессе наплавки фиксировать вре­мя горения дуги и силу тока (рекомендуемая сила тока для всех вариантов опы­тов – 120-200 А) с последующим занесением в таблицу 5.1.

5. После наплавки охладить, высушить, зачистить от шлака и взвесить пластину. Определить массу наплавленного металла и результат занести в таблицу 5.1.

6. Замерить длину оставшейся после наплавки части электрода и рассчи­тать массу расплавленного металла с последующим занесением в таблицу 5.1.

7. Вычислить характеристики расплавления электрода с последующим занесением в таблицу 5.1.

8. Опыт по п.4 повторить при измененных значениях силы тока 2 раза.

9. Опыт по п.4 повторить для прямой полярности и переменного тока.

УДК 621.791.754"293

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА НА ПРОСТРАНСТВЕННУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ ДУГИ ПРИ СВАРКЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В СРЕДЕ АРГОНА

А.С. Киселев, А.С. Гордынец Томский политехнический университет E-mail: [email protected]

Приведены результаты исследований по влиянию амплитудной модуляции переменного прямоугольного тока на пространственную устойчивость дуги при сварке алюминиевых сплавов неплавящимся электродом в среде аргона. Показано, что увеличение тока обратной полярности до 10 А и более способствует расширению зоны перемещения катодных пятен и, следовательно, большему отклонению дуги от оси вольфрамового электрода. Экспериментально установлено, что при сварке алюминиевых сплавов в широком диапазоне действующих значений переменного прямоугольного тока пространственное положение дуги в период протекания тока прямой полярности занимает практически соосное вольфрамовому электроду положение в случае кратковременного ограничения тока дуги обратной полярности до уровня 5 А на завершающем этапе её горения.

Ключевые слова:

Дуговая сварка, алюминиевые сплавы, неплавящийся электрод, переменный прямоугольный ток, амплитудная модуляция.

Тепловая энергия электрической дуги передается электроду и свариваемому изделию в основном активными пятнами и газовыми потоками. Блуждание активных пятен по поверхности электрода и изделия, а также отклонение столба дуги от оси электрода приводит к рассредоточению тепловых потоков, что является причиной нарушения стабильности плавления свариваемого металла . В большей степени это проявляется при высокой скорости сварки и малой величине тока дуги. Таким образом, одним из факторов, определяющих эффективность процесса сварки, является пространственная устойчивость дуги.

Пространственная устойчивость дуги с неплавящимся электродом определяется скоростью потока плазмы в аксиальном направлении . При увеличении скорости этого потока смещение дуги в поперечном направлении под воздействием внешних сил ограничивается, т. е. пространственная устойчивость дуги возрастает. Одним из способов управления пространственной устойчивостью является воздействие на ее электрические параметры, т. к. с ними взаимосвязаны скорость потока плазмы и давление дуги .

Повышению пространственной устойчивости дуги при сварке алюминиевых сплавов не-плавящимся электродом в среде аргона способствует применение переменного прямоугольного тока . Об этом косвенно свидетельствуют результаты многочисленных исследований. В работах показано влияние регулируемых параметров режима сварки на характер проплавления изделия из алюминиевого сплава и ширину зоны катодного распыления. В частности, отмечено, что уменьшение тока и длительности горения дуги обратной полярности и соответствующее увеличение аналогичных параметров дуги прямой полярности позволяют увеличить глубину проплавления и уменьшить ширину шва и зоны катодного распыления. При этом давление дуги приобретает явно выраженный пульсирующий характер.

Таким образом, для обеспечения пространственной устойчивости дуги переменного прямоугольного тока необходимо задавать максимальную асимметрию параметров режима горения дуги

Киселев Алексей Сергеевич,

канд. техн. наук, доцент кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» Института нераз-рушающего контроля ТПУ. E-mail: [email protected] Область научных интересов: управление параметрами режима дуговой и контактной сварки.

Гордынец Антон Сергеевич,

инженер, ассистент кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» Института неразру-шающего контроля ТПУ. E-mail: [email protected] Область научных интересов: оборудование и процессы дуговой сварки.

прямой и обратной полярностей. Однако при этом возможно снижение качества сварного соединения за счет недостаточного удаления поверхностной оксидной пленки.

Цель работы - определить возможность повышения пространственной устойчивости дуги при сварке алюминиевых сплавов неплавящимся электродом в среде аргона посредством амплитудной модуляции переменного прямоугольного тока.

Методики проведения исследований, их результаты и обсуждение

Влияние величины тока в период горения дуги обратной полярности на ее пространственную устойчивость изучали при помощи скоростной киносъемки (3000 кадров в секунду). В первом случае ток дуги обратной полярности задавали равным 5 А, во втором - 32 А, в третьем ток модулировали таким образом, что в начале периода он был равен 5 А, а затем дискретно увеличивали до 32 А. Остальные параметры режима приведены в табл. 1. Электродами служили вольфрамовый пруток марки ЭВЧ диаметром 1,0 мм и пластина из сплава АМг6 размером 100*30*3 мм. Скорость перемещения пластины после возбуждения дуги задавали с учетом образования на её поверхности ванны расплавленного металла.

Таблица 1. Параметры режима горения дуги

Ток дуги прямой полярности, А 36

Частота смены полярности, Гц 50

Соотношение периодов горения дуги прямой и обратной полярности 2

Расход защитного газа (аргона), л/мин 5

Анализ результатов эксперимента показал, что в период горения дуги обратной полярности при величине тока 5 А катодные пятна интенсивно перемещаются по окисленной поверхности металла, непосредственно прилегающей к расплаву сварочной ванны. При этом ширина зоны катодного распыления поверхностной оксидной пленки впереди и по бокам ванны не превышает 0,3 мм. Увеличение тока дуги обратной полярности до уровня 32 А как в начале периода её горения, так и по истечении некоторого времени способствует расширению зоны интенсивного перемещения катодных пятен по окисленной поверхности. В этом случае ширина зоны катодного распыления и, следовательно, максимальное удаление катодных пятен от расплава сварочной ванны составляет 1,6...1,8 мм. Аналогичный характер изменения ширины зоны перемещения катодных пятен при увеличении тока дуги обратной полярности наблюдается при плавлении торцовой поверхности пластины из алюминиевого сплава. При этом с увеличением тока дуга обратной полярности в большей степени отклоняется от оси вольфрамового электрода, т. к. ее направленность определяется взаимным расположением активных пятен.

Пространственную устойчивость дуги в период протекания тока прямой полярности исследовали при увеличенном расстоянии между электродами с целью визуального определения направления столба дуги по отношению к оси вольфрамового электрода.

Анализ кинограмм показал, что в начальный период горения дуги прямой полярности (после смены полярности тока с обратной на прямую) её расположение в пространстве совпадает с предыдущим расположением дуги обратной полярности (рис. 1). Это свидетельствует о том, что анодное пятно формируется в месте предыдущего сосредоточения катодных пятен. По истечении некоторого времени, зависящего от степени сосредоточения катодных пятен и их отдаленности от расплава ванны в завершающий период горения дуги обратной полярности, столб дуги прямой полярности занимает практически соосное с вольфрамовым электродом положение.

С целью подтверждения взаимосвязи места формирования анодного пятна на поверхности свариваемого изделия с предыдущим сосредоточением катодных пятен был проведен следующий эксперимент. Суть его заключалась в регистрации тока прямой и обратной полярностей в цепи секционированного изделия, состоящего из трех пластин толщиной 2 мм из сплава АМг6, изолированных друг от друга. При этом центральная пластина располагалась симметрично по отношению к вольфрамовому электроду. Подключение пластин секционированного изделия к сварочной цепи осуществляли через коаксиальные шунты (рис. 2). Зазор между пластинами в процессе оплавления

торцовой поверхности составлял 0,2...0,3 мм. Параметры режима горения дуги переменного прямоугольного тока соответствовали указанным в таблице, а ток дуги обратной полярности задавали равным 32 А.

Рис. 1. Кинограммы дуги при смене полярности: 1пп - ток дуги прямой полярности (36 А); 1оп -ток дуги обратной полярности (32 А); 4п - период горения дуги обратной полярности; 4п - период горения дуги прямой полярности; скорость съемки 3000 кадров/с

Рис. 2. Схема подключения секционированного изделия к сварочной цепи: 1, 3 - боковые пластины; 2 - центральная пластина; 4, 5 - осциллографы; 6 - источник переменного прямоугольного тока; RS1, RS2 - коаксиальные шунты

Результаты эксперимента показали, что в процессе относительного движения электродов со скоростью, обеспечивающей плавление торцовой поверхности центральной пластины секционированного изделия и частичное оплавление поверхностей боковых пластин, катодные пятна в период горения дуги обратной полярности периодически формируются как на центральной, так и на боковых пластинах (рис. 3).

Рис. 3. Осциллограмма тока в цепи боковых пластин секционированного изделия = 17,8 А/дел; ц, = 0,1 с/дел)

Кроме того, регистрировались случаи одновременного существования катодных пятен на соседних пластинах. Из этого следует, что в момент повторного возбуждения дуги прямой полярности место формирования анодного пятна, имеющего конечные размеры и плотность тока, определяется предысторией существования дуги обратной полярности.

В частности, если в момент, предшествующий смене полярности, дуга обратной полярности горела между вольфрамовым электродом и боковой пластиной, то анодное пятно при повторном возбуждении дуги прямой полярности стремится также занять положение на этой пластине. Причем площадь охвата поверхности боковой пластины анодным пятном и, следовательно, величина тока прямой полярности, регистрируемая в цепи этой пластины, увеличивается в большей степени в случае преимущественного возбуждения и горения на ней дуги обратной полярности. При последующем изменении характера горения дуги обратной полярности, а именно преимущественном ее горении на центральной пластине, анодное пятно в периоды горения дуги прямой полярности перемещается на центральную пластину.

Таким образом, результаты эксперимента с использованием секционированного изделия согласуются с данными скоростной киносъемки. Отмеченную закономерность поведения дуги в период протекания тока прямой и обратной полярности можно объяснить следующим образом. Известно, что горение дуги обратной полярностей на холодном катоде, поверхность которого покрыта оксидной пленкой, сопровождается интенсивным перемещением катодных пятен в пределах границы газового ореола . При этом взаимное расположение катодных пятен периодически изменяется от сосредоточенного до рассеянного даже при минимальном токе.

Как только начинается плавление поверхности катода на локальном участке, катодные пятна располагаются преимущественно у границы раздела твердой и жидкой фаз металла . Изменение характера расположения и перемещения пятен в этом случае обусловлено уменьшением толщины поверхностной оксидной пленки у границы раздела фаз и, следовательно, уменьшением энергии связи ее с металлом подложки, что является причиной снижения порогового тока дуги. С увеличением тока дуги обратной полярности происходит вытеснение части катодных пятен с границы раздела фаз на поверхность с более толстой оксидной пленкой. В результате увеличивается зона катодного распыления и, следовательно, дуга обратной полярности в большей степени подвергается отклонениям от оси вольфрамового электрода.

Отклонение при повторном возбуждении дуги прямой полярности в сторону предыдущего сосредоточения катодных пятен связано с остаточными явлениями в межэлектродном промежутке и на поверхности электродов при нулевом значении тока. Известно, что после по-

гасания дуги на исчезновение испарений с электродов в местах бывшего расположения активных пятен, а также заряженных частиц в межэлектродном промежутке требуется конечное время . Учитывая, что экспериментальная установка обеспечивает очень малую длительность бестоковой паузы при смене полярности с обратной на прямую, эти явления проявляются в большей степени. Кроме того, на отклонение дуги прямой полярности оказывает влияние характер распределения температуры газовой среды, в которой дуга возбуждается и горит в течение соответствующего периода.

В частности, О.Я. Новиков показал, что при дополнительном нагреве зона проводимости электрической дуги перемещается в направлении источника нагрева. Из этого следует, что зона проводимости дуги обратной полярности, имеющая максимальную температуру по отношению к окружающей среде, в случае характерного отклонения дуги от оси вольфрамового электрода и мгновенной смены полярности тока может рассматриваться как дополнительный внешний источник нагрева для дуги прямой полярности. Дополнительный подогрев способствует асимметрии проводимости дуги и соответствующему перераспределению линий тока . Плавный характер изменения пространственного положения дуги прямой полярности и анодного пятна связан с тепловой инерцией пятна и газа в межэлектродном промежутке.

Представленные выше результаты эксперимента подтверждают ранее выдвинутое предположение о том, что основным параметром режима сварки алюминиевых сплавов вольфрамовым электродом, определяющим пространственную устойчивость дуги переменного прямоугольного тока, является величина тока в сварочной цепи на завершающем этапе горения дуги обратной полярности. С учетом этой зависимости можно разрешить противоречие между требованиями, предъявляемыми к режиму сварки с точки зрения качественной очистки поверхности изделия от оксидной пленки и повышения пространственной устойчивости дуги. Для этого необходимо принудительно ограничивать величину тока в сварочной цепи до минимального значения непосредственно перед сменой полярности с обратной на прямую.

Такой вывод подтверждается результатами дополнительного эксперимента с использованием секционированного изделия. Из осциллограмм на рис. 4 следует, что, несмотря на относительно большое действующее значение тока в период горения дуги обратной полярности (30...32 А) и интенсивное блуждание катодных пятен (рис. 4, б), принудительное ограничение тока перед сменой полярности до уровня 5 А уменьшает отклонение дуги прямой полярности от оси вольфрамового электрода.

Рис. 4. Осциллограммы тока в сварочной цепи и в цепи боковых пластин секционированного изделия: а) ток в сварочной цепи (д- = 17,8 А/дел); б) ток в цепи боковых пластин (д = 8,9 А/дел); д = 0,02 с/дел

1. Увеличение тока обратной полярности до 10 А и более способствует расширению зоны перемещения катодных пятен и, следовательно, большему отклонению дуги от оси вольфрамового электрода.

2. В начальный период горения дуги прямой полярности расположение её в пространстве совпадает с предыдущим расположением дуги обратной полярности и связано с остаточными явлениями в межэлектродном промежутке и на поверхности электродов при нулевом значении тока.

3. Экспериментально установлено, что при сварке алюминиевых сплавов в широком диапазоне действующих значений переменного прямоугольного тока пространственное положение дуги в период протекания тока прямой полярности занимает практически соосное вольфрамовому электроду положение в случае кратковременного ограничения тока дуги обратной полярности до уровня 5 А на завершающем этапе её горения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением / под ред. Б.Е. Патона. -М.: Машиностроение, 1974. - 768 с.

2. Ковалев И.М., Акулов А.И., Мартинсон Л.К. О некоторых закономерностях в течениях дуговых плазменных потоков // Физика и химия обработки материалов. - 1972. -№ 2. - С. 9-14.

3. Электрическая дуга при сварке / ВЦП. - 1986. - № М-04340. - 91 с. - Пер. ст.: The electric arc in welding // The Physics of Welding. Oxford: International Institute of Welding, 1984. - P. 134-203.

4. Киселев А.С. Исследование пространственной устойчивости дуги переменного тока с прямоугольной формой волны: тез. докл. I Научно-практической конференции сварщиков Средней Азии и Казахстана. - Караганда, 1991. - С. 12-13.

5. Короткова Г.М., Славин Г.А., Филиппов М.А. Исследование процесса сварки дугой переменного тока прямоугольной формы // Сварочное производство. - 1971. -№ 10. - С. 4-6.

6. Дуговая сварка на переменном токе алюминиевых сплавов вольфрамовым электродом в среде инертного газа // Информэлектро. - 1986. - № 51102. - С. 16. - Пер. ст.: Maruo H., Hirata Y. Rectanqular ware AC TIG welding of aluminium alloy // International Institute of Welding. Document. - 1986. - № 212-647-86. - P. 1-10.

7. Кесаев И.Г. Катодные процессы электрической дуги. - М.: Наука, 1968. - 244 с.

8. Гвоздецкий В.С., Рублевский И.Н., Яринич Л.М. Преддуговые процессы на холодных катодах со слабоионизированным разрядным промежутком // Автоматическая сварка. - 1977.

- № 10. - С. 17-22.

9. Столбов В.И. Исследование формы сварочной дуги // Автоматическая сварка. - 1979. - № 2.

С. 15-17, 22.

10. Лесков Г.И. Электрическая сварочная дуга. - М.: Машиностроение, 1970. - 335 с.

11. Новиков О.Я. Устойчивость электрической дуги. - Л.: Энергия, 1978. - 156 с.

12. Тиходеев Г.М. Энергетические свойства электрической сварочной дуги. - М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1961. - 254 с.

13. Ковалев И.М. Пространственная устойчивость движущейся дуги с неплавящимся катодом // Сварочное производство. - 1972. - № 8. - С. 1-3.

Производительность процесса. Изучением производительности некоторых методов сварки плавящимся электродом на прямой полярности занимались многие исследователи. И. И. Заруба показал, что при сварке на прямой полярности под флюсами ОСЦ-45, АН-348, АН-3 коэффициенты наплавки выше, чем при сварке на обратной полярности. Повышение коэффициентов наплавки на прямой полярности было установлено также при сварке плавящимся электродом в инертных газах и некоторых активных газах (водород, аргоно-азотная смесь, московский отопительный газ).

Детальное изучение влияния полярности на коэффициенты наплавки при сварке в углекислом газе на токах 200-500 а (рисунок справа) показало, что коэффициенты наплавки на прямой полярности в 1,6-1,8 раза больше, чем при сварке на обратной полярности.

Значительное повышение коэффициента наплавки, а следовательно, и скорости плавления электродной проволоки при сварке на прямой полярности указывает на то, что на электроде выделяется значительно больше теплоты, чем при сварке на обратной полярности, когда электрод является анодом. Расчет показывает, что при сварке на прямой полярности количество теплоты, затраченной на плавление электродного металла, почти на 1/3 больше, чем при сварке на. обратной полярности (табл. ниже).

Количество тепла, расходуемого на плавление электродного металла при сварке в углекислом газе на прямой и обратной полярности:

Геометрия шва. При сварке на прямой полярности доля наплавленного металла в шве намного больше, чем при сварке на обратной полярности (рисунок ниже слева). Глубина проплавления, наоборот, при сварке на прямой полярности резко уменьшается (рисунок ниже справа).

Химический состав металла шва. Химический состав металла, наплавленного в углекислом газе на прямой и обратной полярности, приведен в таблице ниже.

Обращают на себя внимание высокие коэффициенты усвоения углерода металлом шва. Это может быть связано с крайне незначительным выгоранием углерода из сварочной ванны при сварке в углекислом газе, а также из электродной проволоки, когда содержание углерода в ней невелико. Последнее подтверждает данные об отсутствии выгорания углерода при его концентрации менее 0,1 %.

Стабильность горения дуги. Наиболее простым способом оценки стабильности горения дуги является, как известно, ее разрывная длина. Приведенные в табл. 37 результаты измерений разрывной длины дуги при сварке в углекислом газе на прямой обратной полярности и для сравнения при сварке под флюсом ОСЦ-45 (обратная полярность) показывают, что разрывная длина дуги на прямой полярности значительно меньше, чем на обратной.

Интересно отметить то обстоятельство, что разрывная длина дуги, горящей в атмосфере углекислого газа на прямой полярности, не меньше разрывной длины дуги при сварке на обратной полярности под флюсом ОСЦ-45.

Опыты показали, что сварка проволокой диаметром 2 мм на прямой полярности на относительно небольших токах (200-300 а) характеризуется пониженной стабильностью горения дуги, большим разбрызгиванием (15-18%) и худшим формированием шва по сравнению со сваркой на обратной полярности. В связи с этим нецелесообразно на этих токах производить сварку на прямой полярности. На более высоких токах (свыше 400 а) дуга горит значительно устойчивее, разбрызгивание заметно уменьшается, формирование шва улучшается. Например, при сварке на прямой полярности током 400 а потери металла на разбрызгивание, угар и испарение снижаются до 8%, а при токе 500 а - до 3-5%.

Причиной образования флокенов является, как известно, водород, растворившийся в металле шва. Водород также может снижать пластические свойства металла. Было установлено, что из швов, сваренных на прямой полярности, выделяется в 3-5 раз больше водорода, чем из швов, сваренных в одинаковых условиях на обратной полярности (таблица ниже).

Количество выделившегося водорода из металла, наплавленного под защитой углекислого газа:

При сварке на обратной полярности избыток электронов, который можно ожидать вблизи поверхности сварочной ванны, сдвигает равновесие реакции влево и препятствует растворению водорода. При сварке на прямой полярности условия поглощения водорода металлом ваяны шва более благоприятны.

Возможен и другой механизм увеличения содержания водорода в шве при сварке на прямой полярности. Количество капель, переносимых через дугу в единицу времени при сварке на прямой полярности значительно больше (рисунок слева), чем при сварке на обратной полярности. В связи с этим увеличивается поверхность их контакта с газами, а следовательно, может увеличиться и содержание водорода в жидком металле.

Увеличение степени осушки углекислого газа (таблица выше) снижает содержание водорода в шве.