Okrem procesných faktorov môžu na tvorbu a veľkosť zvaru vplývať aj ďalšie faktory zváracieho procesu, ako napríklad veľkosť drážky a medzery, uhol sklonu elektródy a obrobku a priestorová poloha spoja.
Vplyv zváracieho prúdu na tvorbu zvaru
Za určitých podmienok sa so zvyšujúcim sa prúdom oblúkového zvárania zvyšuje hĺbka prieniku a výstuž zvarového švu a mierne sa zväčšuje šírka zvaru. Dôvody sú nasledovné:
1) So zvyšujúcim sa zváracím prúdom oblúkového zvárania sa zvyšuje sila oblúka pôsobiaca na zvar, zvyšuje sa tepelný príkon oblúka do zvaru a poloha zdroja tepla sa posúva smerom nadol, čo prispieva k vedeniu tepla v smere hĺbky roztaveného kúpeľa a zvyšuje hĺbku prieniku. Hĺbka prieniku je približne úmerná zváraciemu prúdu. Hĺbka prieniku zvaru H sa približne rovná Km × I. Vo vzorci je Km koeficient prieniku (počet milimetrov, o ktoré sa zväčší hĺbka prieniku zvaru pri zvýšení zváracieho prúdu o 100 A), ktorý súvisí s metódou oblúkového zvárania, priemerom drôtu, typom prúdu atď., ako je uvedené v tabuľke 1-1.
| metódy oblúkového zvárania | priemer elektródy/mm | zvárací prúd/A | napätie/V | rýchlosť zvárania/mh-1 | koeficient penetrácie/m m-100A-1 |
zváranie volfrámom a argónom | 3.2 | 100~350 | 10~16 | 6~18 | 0,8~1,8 |
plazmové oblúkové zváranie | Otvor trysky 1,6 | 50~100 | 20~26 | 10~60 | 1,2~2 |
| 3,4-palcový otvor 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 |
zváranie argónovou elektródou | 1,2~2,4 | 210~550 | 24~42 | 40~120 | 1,5~1,8 |
| Zváranie CO2 | 0,8~1,6 | 70~300 | 16~23 | 30~150 | 0,8~1,2 |
| 2~4 | 500~900 | 35~45 | 40~80 | |
Tabuľka 1-1 Koeficient hĺbky tavenia Km pre rôzne metódy a parametre oblúkového zvárania (zváracia oceľ)
2) Rýchlosť tavenia zvarového jadra alebo zvarovacieho drôtu pri oblúkovom zváraní je úmerná zváraciemu prúdu. Keďže zvýšenie zvarovacieho prúdu pri oblúkovom zváraní vedie k zvýšeniu rýchlosti tavenia zvarovacieho drôtu, množstvo roztaveného zvarovacieho drôtu sa zvyšuje približne úmerne, zatiaľ čo šírka zvaru sa zväčšuje menej, takže sa zväčšuje výstuž zvaru.
3) Po zvýšení zváracieho prúdu sa zväčší priemer stĺpca oblúka. Zväčšuje sa však hĺbka, v ktorej oblúk preniká do obrobku, a rozsah pohybu oblúkovej bodky je obmedzený. Preto je zväčšenie šírky zvaru relatívne malé.
Pri zváraní kovov v ochrannej atmosfére inertného plynu (MIG) sa so zvyšujúcim sa zváracím prúdom zvyšuje hĺbka prevarenia zvaru. Ak je zvárací prúd príliš veľký a hustota prúdu príliš vysoká, je pravdepodobné, že dôjde k prstovitému prevareniu, najmä pri zváraní hliníka.
Vplyv napätia oblúka na tvorbu zvaru
Za určitých podmienok, keď sa zvýši napätie oblúka, zvýši sa aj výkon oblúka a zvýši sa aj tepelný príkon zvaru. Zvýšenie napätia oblúka sa však dosiahne zvýšením dĺžky oblúka. Zvýšenie dĺžky oblúka vedie k zväčšeniu polomeru zdroja tepla oblúka a zvýšeniu rozptylu tepla oblúkom. V dôsledku toho sa znižuje hustota energie vstupu do zvaru, takže hĺbka privaru sa mierne znižuje, zatiaľ čo šírka zvarovej húsenice sa zvyšuje. Zároveň, keďže zvárací prúd zostáva nezmenený a množstvo taveniny zváracieho drôtu sa nemení, znižuje sa aj výstuž zvarovej húsenice.
Pri rôznych metódach oblúkového zvárania je potrebné dosiahnuť správnu formáciu zvaru, teda udržať vhodný koeficient formácie zvaru φ. Pri zvyšovaní zváracieho prúdu by sa malo primerane zvýšiť aj napätie oblúka. Je potrebné, aby napätie oblúka a zvárací prúd mali vhodný zhodný vzťah. Toto je najbežnejšie pri oblúkovom zváraní tavnou elektródou.
Vplyv rýchlosti zvárania na tvorbu zvaru
Za určitých podmienok vedie zvýšenie rýchlosti zvárania k zníženiu príkonu tepla pri zváraní, čím sa zníži šírka zvarovej húsenice aj penetrácia. Keďže množstvo naneseného drôteného kovu na jednotku dĺžky zvaru je nepriamo úmerné rýchlosti zvárania, vedie to tiež k zníženiu výstuže zvarovej húsenice.
Rýchlosť zvárania je dôležitým ukazovateľom pre hodnotenie produktivity zvárania. Na zlepšenie produktivity zvárania by sa mala rýchlosť zvárania zvýšiť. Aby sa však zabezpečila požadovaná veľkosť zvaru v konštrukčnom návrhu, pri zvyšovaní rýchlosti zvárania by sa mal zodpovedajúcim spôsobom zvýšiť zvárací prúd a napätie oblúka. Tieto tri veličiny sú vzájomne prepojené. Zároveň by sa malo zvážiť, že pri zvyšovaní zváracieho prúdu, napätia oblúka a rýchlosti zvárania (t. j. pri použití vysokovýkonného zváracieho oblúka a vysokorýchlostného zvárania) sa môžu počas tvorby roztaveného kúpeľa a procesu tuhnutia roztaveného kúpeľa vyskytnúť chyby zvárania, ako sú podrezanie a praskliny. Preto je zvýšenie rýchlosti zvárania obmedzené.
Vplyv typu a polarity zváracieho prúdu a veľkosti elektródy na tvorbu zvaru
1. Druhy a polarity zváracieho prúdu
Typy zváracieho prúdu sa delia na jednosmerný a striedavý prúd. Zváranie jednosmerným oblúkom sa ďalej delí na konštantný jednosmerný prúd a pulzný jednosmerný prúd podľa toho, či sa v prúde nachádza pulz; podľa polarity sa delí na jednosmerný prúd s kladným pripojením (zvar je pripojený na kladný pól) a jednosmerný prúd s reverzným pripojením (zvar je pripojený na záporný pól). Zváranie striedavým oblúkom sa ďalej delí na sínusový striedavý prúd a štvorcový striedavý prúd podľa rôznych priebehov prúdu. Typ a polarita zváracieho prúdu môže ovplyvniť množstvo tepla privádzaného z oblúka do zvaru, a tým ovplyvniť tvorbu zvaru. Zároveň môže ovplyvniť aj proces prenosu kvapiek a odstraňovania oxidového filmu na povrchu základného kovu.
Pri zváraní kovových materiálov, ako je oceľ a titán, pomocou oblúkového zvárania volfrámovou elektródou v inertnom plyne je najhlbší prievar pri jednosmernom prúde v kladnom smere, najplytší pri pripojení jednosmerného prúdu v opačnom smere a striedavý prúd je medzi nimi. Keďže prievar pri zváraní jednosmerným prúdom v kladnom smere je najhlbší a volfrámová elektróda má najmenšie straty horením, pri zváraní kovových materiálov, ako je oceľ a titán, by sa mal použiť kladný prievar pri jednosmernom prúde. Pri pulznom zváraní jednosmerným prúdom v inertnom plyne je možné podľa potreby regulovať veľkosť zvarového výbežku, pretože parametre pulzu je možné nastaviť. Pri zváraní hliníka, horčíka a ich zliatin pomocou oblúkového zvárania volfrámovou elektródou v inertnom plyne je potrebné použiť čistiaci účinok katódy oblúka na čistenie oxidového filmu na povrchu základného kovu. Striedavý prúd je lepší. Keďže je možné nastaviť parametre tvaru vlny štvorcového striedavého prúdu, zvárací účinok je lepší.
Pri oblúkovom zváraní plynom, keď je jednosmerný prúd zapojený v opačnom smere, je penetrácia zvaru a šírka zvaru väčšie ako v prípade kladného pripojenia jednosmerného prúdu. Penetrácia a šírka zvárania striedavým prúdom sú medzi týmito dvoma hodnotami. Preto sa pri zváraní pod tavivom zvyčajne používa spätné pripojenie jednosmerného prúdu na dosiahnutie väčšieho prieniku, zatiaľ čo pri naváraní pod tavivom sa používa kladné pripojenie jednosmerného prúdu na zníženie prieniku. Pri zváraní plynom s ochranným plynom sa široko používa, pretože spätné pripojenie jednosmerného prúdu má nielen veľkú hĺbku prieniku, ale aj stabilnejší zvárací oblúk a proces prenosu kvapiek ako pri kladnom pripojení jednosmerného prúdu a striedavého prúdu a má čistiaci účinok na katódu. Kladné pripojenie jednosmerného prúdu a striedavého prúdu sa zvyčajne nepoužívajú.
2. Vplyv tvaru hrotu volfrámovej elektródy, priemeru zváracieho drôtu a dĺžky predĺženia
Uhol a tvar predného konca zváracej elektródy majú väčší vplyv na koncentráciu oblúka a tlak v oblúku. Mali by sa voliť podľa zváracieho prúdu a hrúbky obrobku. Vo všeobecnosti platí, že čím je oblúk koncentrovanejší a čím vyšší je tlak v oblúku, tým väčšia je hĺbka privarenia a tým sa zodpovedajúcim spôsobom zmenšuje šírka zvaru.
Pri zváraní plynovým oblúkom, keď je zvárací prúd konštantný, čím je zvárací drôt tenší, tým je ohrev oblúka koncentrovanejší, hĺbka prieniku sa zväčšuje a šírka zvaru sa zmenšuje. Pri výbere priemeru zváracieho drôtu v skutočných zváracích projektoch by sa však mala zohľadniť aj veľkosť prúdu a morfológia zvarového kúpeľa, aby sa predišlo zlej tvorbe zvaru.
Keď sa pri zváraní plynovou elektródou zväčší dĺžka predĺženia drôtu, zvýši sa odporové teplo generované zváracím prúdom prechádzajúcim predĺženou časťou drôtu, čo spôsobí zvýšenie rýchlosti tavenia drôtu. Preto sa zvýši výstuž zvaru, zatiaľ čo hĺbka prieniku sa mierne zníži. Vzhľadom na relatívne veľký odpor oceľových zváracích drôtov je vplyv dĺžky predĺženia drôtu na tvorbu zvaru pomerne zrejmý pri zváraní oceľovými a tenkými drôtmi. Odpor hliníkových zváracích drôtov je relatívne malý, takže jeho vplyv nie je významný. Hoci zväčšenie dĺžky predĺženia drôtu môže zlepšiť koeficient tavenia drôtu, pri komplexnom zohľadnení aspektov stability tavenia drôtu a tvorby zvaru existuje povolený rozsah odchýlok pre dĺžku predĺženia drôtu.
Vplyv iných procesných faktorov na faktory tvorby zvaru
Okrem vyššie uvedených procesných faktorov môžu tvorbu a veľkosť zvaru ovplyvniť aj ďalšie faktory zváracieho procesu, ako napríklad veľkosť drážky a medzery, uhol sklonu elektródy a obrobku a priestorová poloha spoja.
1. Drážka a medzera
Pri zváraní tupých spojov elektrickým oblúkom sa zvyčajne určuje, či sa má ponechať medzera, veľkosť medzery a tvar otvorenej drážky podľa hrúbky zvarového plechu. Za určitých iných podmienok platí, že čím väčšia je veľkosť drážky alebo medzery, tým menšia je výstuž zvarového zvaru, čo zodpovedá poklesu polohy zvaru. V tomto prípade sa znižuje pomer tavenia. Preto sa ponechanie medzery alebo otvorenie drážky môže použiť na reguláciu veľkosti výstuže a nastavenie pomeru tavenia. V porovnaní s ponechaním medzery a neponechaním medzery a otvorením drážky sú podmienky odvodu tepla týchto dvoch trochu odlišné. Vo všeobecnosti sú kryštalizačné podmienky otvorenia drážky priaznivejšie.
2. Sklon elektródy (zváracieho drôtu)
Počas oblúkového zvárania sa podľa vzťahu medzi smerom sklonu elektródy a smerom zvárania delí na dva typy: sklon elektródy dopredu a sklon elektródy dozadu. Keď je zvárací drôt naklonený, os oblúka sa tiež zodpovedajúcim spôsobom nakloní. Keď je zvárací drôt naklonený dopredu, účinok sily oblúka na vypúšťanie roztaveného kovu z kúpeľa dozadu sa oslabí. Vrstva tekutého kovu na dne roztaveného kúpeľa sa zhrubne, hĺbka prieniku sa zmenší, hĺbka, v ktorej oblúk preniká do zvaru, sa zmenší, rozsah pohybu oblúkového bodu sa rozšíri, šírka zvaru sa zväčší a výstuž sa zmenší. Čím menší je uhol sklonu zváracieho drôtu dopredu α, tým je tento vplyv zreteľnejší. Keď je zvárací drôt naklonený dozadu, situácia je opačná. Pri zváraní tieneným kovom sa väčšinou používa metóda sklonu elektródy dozadu a uhol sklonu α je relatívne vhodný medzi 65° a 80°.
3. Sklon zvarového kusu
Sklon zvaru sa v skutočnej výrobe často vyskytuje a možno ho rozdeliť na zváranie smerom nahor a zváranie smerom nadol. V tomto prípade má roztavený kovový kúpeľ pod vplyvom gravitácie tendenciu stekať pozdĺž sklonu smerom nadol. Pri zváraní smerom nahor gravitácia pomáha vypúšťať roztavený kovový kúpeľ do chvosta roztaveného kúpeľa, takže prevarenie je hlboké, šírka zvaru je úzka a výstuž je vysoká. Keď je uhol sklonu α smerom nahor 6° až 12°, výstuž je príliš veľká a na oboch stranách sa ľahko vytvárajú podrezania. Pri zváraní smerom nadol tento efekt zabraňuje vypúšťaniu roztaveného kovového kúpeľa do chvosta roztaveného kúpeľa. Oblúk nemôže hlboko ohriať kov na dne roztaveného kúpeľa, čím sa znižuje prevarenie, rozsah pohybu oblúkového bodu sa rozširuje, šírka zvaru sa zväčšuje a výstuž sa zmenšuje. Ak je uhol sklonu zvaru príliš veľký, vedie to k nedostatočnému prevareniu a pretečeniu roztaveného kovového kúpeľa.
4. Zvárací materiál a hrúbka
Prevarenie zvaru súvisí so zváracím prúdom a tiež s tepelnou vodivosťou a objemovou tepelnou kapacitou materiálu. Čím lepšia je tepelná vodivosť materiálu a čím väčšia je objemová tepelná kapacita, tým viac tepla je potrebné na roztavenie jednotky objemu kovu a zvýšenie teploty o rovnaké množstvo. Preto sa za určitých iných podmienok, ako je zvárací prúd, hĺbka prevarenia a šírka zvaru znížia. Čím väčšia je hustota alebo viskozita kvapaliny materiálu, tým ťažšie je pre oblúk vytlačiť kvapalný roztavený kov a tým plytšie je prevarenie zvaru. Hrúbka zváraného dielu ovplyvňuje vedenie tepla vo vnútri zváraného dielu. Za rovnakých ostatných podmienok sa so zväčšujúcou sa hrúbkou zváraného dielu zvyšuje rozptyl tepla a znižuje sa šírka aj hĺbka prevarenia.
5. Tavidlo, povlak elektródy a ochranný plyn
Rôzne zloženie tavidlových prostriedkov alebo povlakov elektród vedie k rôznym poklesom napätia v oblastiach elektród oblúka a rôznym potenciálovým gradientom stĺpca oblúka, čo nevyhnutne ovplyvní tvorbu zvaru. Keď má tavidlo nízku hustotu, veľkú veľkosť častíc alebo malú výšku vrstvenia, tlak okolo oblúka je nízky, stĺpec oblúka sa rozširuje a bod oblúka má veľký rozsah pohybu. Preto je penetrácia malá, šírka zvaru veľká a výstuž je malá. Pri zváraní hrubých obrobkov vysokovýkonným oblúkovým zváraním môže použitie pemzovitého tavidla znížiť tlak v oblúku, znížiť penetráciu a zväčšiť šírku zvaru. Okrem toho by zváracia troska mala mať vhodnú viskozitu a teplotu topenia. Ak je viskozita príliš vysoká alebo teplota topenia relatívne vysoká, troska bude mať slabé vetranie a na povrchu zvaru sa ľahko vytvoria mnohé priehlbiny, čo vedie k zlej tvorbe povrchu zvaru.
Zloženie ochranných plynov pre oblúkové zváranie (ako napríklad Ar, He, N2, CO2) je odlišné a líšia sa aj ich fyzikálne vlastnosti, ako je tepelná vodivosť. To spôsobuje rozdiely v úbytku napätia v polárnej oblasti oblúka a potenciálovom gradiente stĺpca oblúka, vodivom priereze stĺpca oblúka, sile prúdenia plazmy a rozložení špecifického tepelného toku. Všetky tieto faktory ovplyvňujú tvorbu zvarových švov.
Stručne povedané, na tvorbu zvaru má vplyv mnoho faktorov. Na dosiahnutie dobrého tvaru zvaru je potrebné zvoliť vhodné metódy zvárania a podmienky zvárania podľa materiálu a hrúbky zváranej časti, priestorovej polohy zvaru, tvaru spoja, pracovných podmienok, požiadaviek na výkon spoja a veľkosti zvaru. Zároveň je najdôležitejší postoj zvárača k zváraniu! V opačnom prípade tvar zvaru a jeho výkon nemusia spĺňať požiadavky a môžu sa objaviť aj rôzne chyby zvárania.
