Neben verfahrenstechnischen Faktoren können auch andere Schweißprozessfaktoren wie Nut- und Spaltgröße, Neigungswinkel von Elektrode und Werkstück, räumliche Position der Verbindung usw. die Schweißnahtausbildung und -größe beeinflussen.
1. Die Wirkung des Schweißstroms auf die Schweißnahtbildung
Unter bestimmten anderen Bedingungen nehmen mit zunehmendem Lichtbogenschweißstrom die Eindringtiefe und die Resthöhe der Schweißnaht zu, und die Eindringbreite nimmt leicht zu. Die Gründe dafür sind folgende:
1) Wenn der Schweißstrom beim Lichtbogenschweißen zunimmt, nimmt die auf die Schweißnaht wirkende Lichtbogenkraft zu, die Wärmezufuhr des Lichtbogens zur Schweißnaht nimmt zu und die Position der Wärmequelle bewegt sich nach unten, was der Wärmeleitung in die Tiefe des Schmelzbades förderlich ist und die Eindringtiefe erhöht. Die Eindringtiefe ist ungefähr proportional zum Schweißstrom, d. h. die Schweißeindringtiefe H ist ungefähr gleich Km × I. In der Formel ist Km der Eindringkoeffizient (die Anzahl der Millimeter, um die der Schweißstrom um 100 A erhöht wird, um die Schweißeindringtiefe zu erhöhen), der mit der Lichtbogenschweißmethode, dem Drahtdurchmesser, dem Stromtyp usw. zusammenhängt. Siehe Tabelle 1-1.
Tabelle 1-1 Eindringkoeffizient Km für verschiedene Lichtbogenschweißverfahren und Parameter (Schweißen von Stahl)
2) Die Schmelzgeschwindigkeit des Kerns oder Drahtes beim Lichtbogenschweißen ist proportional zum Schweißstrom. Mit zunehmendem Schweißstrom beim Lichtbogenschweißen erhöht sich die Schmelzgeschwindigkeit des Schweißdrahtes und die Schmelzmenge des Schweißdrahtes erhöht sich ungefähr proportional, während die Zunahme der Schmelzbreite geringer ist, sodass die Schweißnahthöhe zunimmt.
3) Wenn der Schweißstrom zunimmt, vergrößert sich der Durchmesser der Lichtbogensäule, aber die Tiefe des Lichtbogens im Werkstück vergrößert sich und der Bewegungsbereich des Lichtbogenpunkts ist begrenzt, sodass die Zunahme der Schmelzbreite gering ist.
Beim Metallschutzgasschweißen steigt der Schweißstrom und die Schweißnahtdurchdringung nimmt zu. Wenn der Schweißstrom zu groß und die Stromdichte zu hoch ist, kann es zu fingerförmigen Durchdringungen kommen, insbesondere beim Schweißen von Aluminium.
Zweitens die Auswirkung der Lichtbogenspannung auf die Schweißnahtbildung
Unter bestimmten anderen Bedingungen erhöht sich bei einer Erhöhung der Lichtbogenspannung die Lichtbogenleistung entsprechend und die Wärmezufuhr durch die Schweißnaht nimmt zu. Die Erhöhung der Lichtbogenspannung wird jedoch durch eine Erhöhung der Lichtbogenlänge erreicht. Die Erhöhung der Lichtbogenlänge vergrößert den Radius der Lichtbogenwärmequelle, die Wärmeableitung des Lichtbogens nimmt zu und die Energiedichte der Eingangsschweißnaht nimmt ab, sodass die Eindringtiefe leicht abnimmt und die Eindringtiefe zunimmt. Da gleichzeitig der Schweißstrom unverändert bleibt, bleibt die Schmelzmenge des Schweißdrahtes grundsätzlich unverändert, was die Schweißhöhe verringert.
Für verschiedene Lichtbogenschweißverfahren müssen Russland und Japan eine geeignete Schweißnahtausbildung erzielen, d. h. einen geeigneten Schweißnahtausbildungskoeffizienten φ beibehalten, die Lichtbogenspannung angemessen erhöhen und gleichzeitig den Schweißstrom erhöhen und ein geeignetes Anpassungsverhältnis zwischen der Lichtbogenspannung und dem Schweißstrom fordern. Dies ist beim Lichtbogenschweißen mit geschmolzenen Elektroden am häufigsten der Fall.
Drittens der Einfluss der Schweißgeschwindigkeit auf die Schweißnahtbildung
Unter bestimmten anderen Bedingungen führt eine Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit zu einer Verringerung der Schweißwärmezufuhr und damit zu einer Verringerung der Schweißnahtbreite und -eindringtiefe. Da die Menge der Drahtmetallablagerung pro Schweißlänge umgekehrt proportional zur Schweißgeschwindigkeit ist, führt dies auch zu einer Verringerung der Schweißnahthöhe.
Die Schweißgeschwindigkeit ist ein wichtiger Index zur Bewertung der Schweißproduktivität. Um die Schweißproduktivität zu verbessern, sollte die Schweißgeschwindigkeit erhöht werden. Um jedoch die vom Strukturdesign geforderte Schweißnahtgröße sicherzustellen, sollten Schweißstrom und Lichtbogenspannung bei gleichzeitiger Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit entsprechend erhöht werden. Diese drei Werte stehen in Beziehung zueinander. Gleichzeitig sollte auch berücksichtigt werden, dass bei einer Erhöhung von Schweißstrom, Lichtbogenspannung und Schweißgeschwindigkeit (d. h. Hochleistungsschweißlichtbogen, Schweißen mit hoher Schweißgeschwindigkeit) Schweißfehler während der Bildung des Schmelzbades und während des Erstarrungsprozesses des Schmelzbades auftreten können, wie z. B. Abrieb, Kanten, Risse usw., sodass der Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit Grenzen gesetzt sind.
Viertens der Einfluss der Schweißstromart und -polarität sowie der Elektrodengröße auf die Schweißnahtbildung
1. Art und Polarität des Schweißstroms
Die Schweißstromarten werden in Gleichstrom und Wechselstrom unterteilt. Unter ihnen wird das Gleichstromlichtbogenschweißen je nach Vorhandensein oder Fehlen eines Stromimpulses in konstanten Gleichstrom und gepulsten Gleichstrom unterteilt; je nach Polarität wird es in Gleichstrom mit positivem Anschluss (Schweißteil ist mit Plus verbunden) und Gleichstrom mit umgekehrtem Anschluss (Schweißteil ist mit Minus verbunden) unterteilt. Wechselstromlichtbogenschweißen wird je nach den unterschiedlichen Stromwellenformen in Wechselstrom mit Sinuswelle und Wechselstrom mit Rechteckwelle unterteilt. Art und Polarität des Schweißstroms beeinflussen die Wärmemenge, die durch den Lichtbogen in die Schweißnaht eingebracht wird, sodass sie die Schweißnahtbildung beeinflussen können und auch den Tröpfchenübertragungsprozess und die Entfernung des Oxidfilms auf der Oberfläche des Grundmetalls beeinflussen.
Beim Argon-Wolfram-Lichtbogenschweißen zum Schweißen von Stahl, Titan und anderen metallischen Werkstoffen ist die Eindringtiefe der Schweißnaht bei angeschlossenem Gleichstrom am größten und bei umgekehrtem Gleichstrom am geringsten, und Wechselstrom liegt dazwischen. Da die Eindringtiefe der Schweißnaht beim positiven Gleichstromschweißen am größten und der Abbrandverlust der Wolframelektrode am geringsten ist, sollte beim Schweißen von Stahl, Titan und anderen metallischen Werkstoffen das positive Gleichstromschweißen verwendet werden. Beim WIG-Schweißen wird gepulstes Gleichstromschweißen verwendet, da die Pulsparameter angepasst werden können, sodass die Größe der Schweißnahtbildung nach Bedarf gesteuert werden kann. Beim Schweißen von Aluminium, Magnesium und deren Legierungen mit Argon-Wolfram-Lichtbogenschweißen muss die Kathodenreinigungswirkung des Lichtbogens genutzt werden, um die Oxidschicht auf der Oberfläche des Grundmetalls zu reinigen. Besser ist Wechselstrom. Da die Wellenformparameter von Rechteckwellen-Wechselstrom angepasst werden können, ist die Schweißwirkung besser.
Beim Schmelzelektroden-Lichtbogenschweißen sind die Schweißtiefe und -breite bei umgekehrtem Gleichstromanschluss größer als bei positivem Gleichstromanschluss, und die Schweißtiefe und -breite beim Wechselstromschweißen liegen zwischen beiden. Daher wird beim Unterpulverschweißen der umgekehrte Gleichstromanschluss verwendet, um eine größere Schweißtiefe zu erzielen; während beim Unterpulver-Auftragschweißen der vorwärts gerichtete Gleichstromanschluss verwendet wird, um die Schweißtiefe zu verringern. Beim Metallschutzgasschweißen wird es häufig verwendet, da der umgekehrte Gleichstromanschluss nicht nur eine große Schweißtiefe aufweist, sondern auch der Schweißlichtbogen und der Tropfenübertragungsprozess stabiler sind als bei positivem Gleichstromanschluss und Wechselstrom, und es hat einen Kathodenreinigungseffekt, sodass es häufig verwendet wird. Kommunikation wird im Allgemeinen nicht verwendet.
2. Einfluss der Wolframelektrodenspitzenform, des Drahtdurchmessers und der Verlängerungslänge
Der Winkel und die Form des vorderen Endes der Wolframelektrode haben einen großen Einfluss auf die Konzentration des Lichtbogens und den Lichtbogendruck und sollten entsprechend der Größe des Schweißstroms und der Dicke der Schweißnaht ausgewählt werden. Im Allgemeinen gilt: Je konzentrierter der Lichtbogen und je größer der Lichtbogendruck, desto größer die Eindringtiefe und die entsprechende Verringerung der Eindringbreite.
Beim Metallschutzgasschweißen gilt bei konstantem Schweißstrom: Je dünner der Schweißdraht ist, desto konzentrierter ist die Lichtbogenerwärmung, desto größer ist die Eindringtiefe und desto geringer ist die Schmelzbreite. Bei der Wahl des Drahtdurchmessers im eigentlichen Schweißprojekt sollten jedoch auch die Stromstärke und die Form des Schmelzbades berücksichtigt werden, um eine schlechte Schweißnahtbildung zu vermeiden.
Wenn die Verlängerungslänge des Schweißdrahts beim MIGAW-Lichtbogenschweißen zunimmt, erhöht sich die Widerstandswärme, die durch den Schweißstrom durch den verlängerten Teil des Schweißdrahts erzeugt wird, sodass die Schmelzgeschwindigkeit des Schweißdrahts zunimmt und die Resthöhe der Schweißnaht zunimmt, während die Eindringtiefe abnimmt. Aufgrund des relativ hohen spezifischen Widerstands von Stahldraht ist der Einfluss der Drahtverlängerungslänge auf die Schweißnahtbildung beim Schweißen von Stahl und dünnen Drähten offensichtlich. Der spezifische Widerstand von Aluminiumschweißdraht ist relativ gering und sein Einfluss ist nicht groß. Obwohl eine Erhöhung der Verlängerungslänge des Schweißdrahts den Schmelzkoeffizienten des Schweißdrahts verbessern kann, gibt es unter Berücksichtigung der Stabilität des Schweißdrahtschmelzens und der Schweißnahtbildung einen zulässigen Variationsbereich bei der Verlängerungslänge des Schweißdrahts.
Fünftens: Der Einfluss anderer Prozessfaktoren auf die Schweißnahtbildungsfaktoren
Neben den oben genannten Prozessfaktoren können auch andere Schweißprozessfaktoren wie Nut- und Spaltgröße, Neigungswinkel von Elektrode und Werkstück sowie räumliche Position der Verbindung die Schweißnahtausbildung und -größe beeinflussen.
1. Nut und Spalt
Beim Schweißen von Stumpfstößen durch Lichtbogenschweißen wird normalerweise bestimmt, ob ein Spalt, die Größe des Spalts und die Form der Nut entsprechend der Dicke der geschweißten Platte freigehalten werden sollen. Unter bestimmten anderen Bedingungen gilt: Je größer die Nut oder der Spalt, desto kleiner die Resthöhe der Schweißnaht, was einer Verringerung der Position der Schweißnaht entspricht, und das Schmelzverhältnis wird zu diesem Zeitpunkt reduziert. Daher kann der Spalt oder die Abschrägung verwendet werden, um die Größe des Überhangs zu steuern und das Schmelzverhältnis anzupassen. Im Vergleich zum Abschrägen mit und ohne Spalt sind die Wärmeableitungsbedingungen der beiden etwas unterschiedlich. Im Allgemeinen sind die Kristallisationsbedingungen der Abschrägung günstiger.
2. Neigung der Elektrode (Schweißdraht)
Beim Lichtbogenschweißen kann je nach Beziehung zwischen Elektrodenneigungsrichtung und Schweißrichtung zwischen zwei Arten unterschieden werden: Elektrodenvorwärtsneigung und Elektrodenrückwärtsneigung. Wenn der Schweißdraht geneigt wird, neigt sich auch die Lichtbogenachse entsprechend. Wenn der Schweißdraht nach vorne geneigt wird, wird die Wirkung der Lichtbogenkraft auf die Rückwärtsentladung des geschmolzenen Metalls abgeschwächt, die flüssige Metallschicht am Boden des Schmelzbads wird dicker, die Eindringtiefe verringert sich, die Tiefe des Lichtbogens in die Schweißkonstruktion verringert sich, der Bewegungsbereich des Lichtbogenpunkts erweitert sich und die Schmelzbreite nimmt zu, die Resthöhe verringert sich. Je kleiner der Winkel der Drahtvorwärtsneigung ist, desto deutlicher ist der Effekt. Wenn der Draht nach hinten geneigt wird, ist das Gegenteil der Fall. Beim Elektrodenlichtbogenschweißen wird meist die Elektrodenrückwärtsneigung verwendet, und der Neigungswinkel zwischen 65 und 80 Grad ist besser geeignet.
3. Schweißwinkel
In der tatsächlichen Produktion tritt häufig eine Neigung von Schweißkonstruktionen auf, die in Bergaufschweißen und Bergabschweißen unterteilt werden kann. Dabei tendiert das geschmolzene Metall dazu, unter Einwirkung der Schwerkraft den Hang hinunterzufließen. Beim Bergaufschweißen hilft die Schwerkraft dabei, dass das geschmolzene Metall in das Ende des Schmelzbades abläuft, sodass die Eindringtiefe groß, die Schmelzbreite schmal und die Überhöhe groß ist. Bei einem Aufwärtswinkel von 6 Grad -12 Grad ist die Überhöhe zu groß und es können leicht Hinterschneidungen auf beiden Seiten auftreten. Beim Bergabschweißen verhindert dieser Effekt, dass das geschmolzene Metall in das Ende des Schmelzbades abläuft und der Lichtbogen das Metall am Boden des Schmelzbades nicht tief erhitzen kann. Ist der Neigungswinkel der Schweißkonstruktion zu groß, führt dies zu ungenügender Eindringtiefe und zum Überlaufen des flüssigen Metalls im Schmelzbad.
4. Schweißmaterial und Dicke
Die Schweißeindringtiefe hängt vom Schweißstrom sowie der Wärmeleitfähigkeit und der volumetrischen Wärmekapazität des Materials ab. Je besser die Wärmeleitfähigkeit des Materials und je größer die volumetrische Wärmekapazität, desto mehr Wärme wird pro Volumeneinheit zum Schmelzen des Metalls bei gleichbleibender Temperatur benötigt. Daher verringern sich unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise dem Schweißstrom, die Eindringtiefe und die Eindringbreite. Je höher die Dichte des Materials oder die Viskosität der Flüssigkeit, desto schwieriger ist es für den Lichtbogen, das Metall aus dem Schmelzbad zu lösen, und desto geringer ist die Eindringtiefe. Die Dicke der Schweißnaht beeinflusst die Wärmeleitung innerhalb der Schweißnaht. Unter sonst gleichen Bedingungen nimmt die Dicke der Schweißnaht zu, die Wärmeableitung nimmt zu und die Schmelzbreite und Eindringtiefe nehmen ab.
5. Flussmittel, Elektrodenbeschichtung und Schutzgas
Die Zusammensetzung des Flussmittels oder der Elektrodenbeschichtung ist unterschiedlich, was zu unterschiedlichen Lichtbogenspannungsabfällen und Lichtbogensäulenpotentialgradienten führt, was sich zwangsläufig auf die Schweißnahtbildung auswirkt. Wenn die Flussmitteldichte gering, die Partikelgröße groß oder die Stapelhöhe gering ist, der Druck um den Lichtbogen gering ist, sich die Lichtbogensäule ausdehnt und der Bewegungsbereich des Lichtbogenpunkts groß ist, ist die Eindringtiefe gering, die Schmelzbreite groß und die Resthöhe gering. Wenn beim Hochleistungslichtbogenschweißen dicke Teile geschweißt werden, kann die Verwendung eines bimssteinartigen Flussmittels den Lichtbogendruck verringern, die Eindringtiefe verringern und die Schmelzbreite erhöhen. Darüber hinaus sollte die Schweißschlacke eine geeignete Viskosität und Schmelztemperatur aufweisen. Wenn die Viskosität zu hoch oder die Schmelztemperatur zu hoch ist, wird die Schlacke schlecht belüftet und es können sich leicht viele Druckgruben auf der Oberfläche der Schweißnaht bilden, was die Oberfläche der Schweißnaht verschlechtert.
Die Zusammensetzung des Schutzgases (z. B. Ar, He, N2, CO2) beim Lichtbogenschweißen ist unterschiedlich und seine physikalischen Eigenschaften wie die Wärmeleitfähigkeit sind unterschiedlich, was zu Druckabfall am Lichtbogenpol, Potentialgradient am Lichtbogensäulen, leitfähigem Querschnitt der Lichtbogensäule, Plasmaströmungskraft, spezifischer Wärmestromverteilung usw. führt, die sich alle auf die Bildung der Schweißnaht auswirken.
Kurz gesagt, es gibt viele Faktoren, die die Schweißnahtbildung beeinflussen. Um eine gute Schweißnahtbildung zu erhalten, ist es notwendig, entsprechend dem Material und der Dicke der Schweißnaht, der räumlichen Position der Schweißnaht, der Verbindungsform und den Anforderungen der Arbeitsbedingungen an die Verbindungsleistung und die Schweißnahtgröße auszuwählen. Zum Schweißen werden geeignete Schweißverfahren und Schweißbedingungen verwendet, und das Wichtigste ist die Einstellung des Schweißers zum Schweißen! Andernfalls entsprechen die Schweißnahtbildung und ihre Leistung möglicherweise nicht den Anforderungen, und es können sogar verschiedene Schweißfehler auftreten.
