Удаление поверхностных пленок при точечной, шовной и рельефной сварке

Поверхностные пленки (оксиды, слои плакировки и др.) в большинстве случаев (за исключением оксидов железа и некоторых других металлов) более тугоплавки, чем свариваемые металлы или сплавы. На первых двух этапах формирования соединения они должны быть разрушены и удалены из плоскости соединения двух деталей, так как их присутствие в конечной стадии в жидком ядре препятствует образованию металлических связей и приводит к образованию дефектов.

При точечной, рельефной и шовной сварке полное разрушение и перераспределение поверхностных пленок и загрязнений возможно только при взаимном расплавлении металла в контакте двух листов. Процессы разрушения и удаления включений происходят под действием сил, имеющих электродинамическую природу. Действие этих сил вызывает интенсивное перемешивание жидкого металла ядра. Перемешивание жидкого металла при определенном времени процесса обеспечивает выравнивание состава литого ядра.

Взаимодействие сварочного тока с магнитным полем, созданным этим же током, вызывает объемные силы, под действием которых и происходит перемешивание. Характер и направление действия этих сил можно объяснить с помощью упрощенной модели процесса (рис. 2.19).

В зависимости от распределения плотности тока j_Q по сечению ядра сила AFj, действующая на элементарный объем металла Д V, находящийся на расстоянии ГОТ ОСИ z,.

где (i_a — абсолютная магнитная проницаемость вещества;

Н— j₀r/2 — напряженность магнитного поля;

Направление к центру ядра этой силы определяют по правилу левой руки. Силы AF_P действующие на все объемы Д^ядра, создают в жидком ядре давление, подобное давлению, возникающему в жидкости от гравитационных сил. Силы Д/^ действуют и на объемы металла, находящегося в твердом состоянии, но там они уравновешены силами сопротивления кристаллической решетки.

Объемные силы AFj имеют максимальное значение на периферии ядра и снижаются до нуля в центре ядра. Давление (в сечении контакта листов) достигает максимума в центре ядра и с учетом величины радиуса ядра R = dy 2 описывается уравнением параболы (рис. 2.19, а)

Рис. 2.19. Схема определения электродинамических сил в жидком ядре и эпюры распределения плотности тока (я); характер сил, действующих на нерастворимые частицы в жидком металле ядра (б) направление перемешивания металла в ядре (в).

В большинстве случаев ядро имеет форму эллипсоида, поэтому в расплавленном металле возникают градиенты давления в горизонтальном Ар_г и в вертикальном Ap_z направлениях, неравные по своей абсолютной величине. Под действием этих градиентов слои жидкости циркулируют к периферии ядра в направлении оси г и оси z, а затем по границе ядра возвращаются к центру. Незначительная асимметрия в расплавлении двух листов приводит к перемешиванию поверхностных пленок в расплаве.

В ядре могут находиться взвешенные в расплаве твердые частицы — электропроводные металлические с малым электросопротивлением AV, или, чаше, неэлектропроводные частицы пленок АУ₂ (рис. 2.19, б). На них действуют силы AF_p, вызванные разностью давлений Ар_г в сечениях I-I и II—И:

Неэлектропроводные частицы перемешаются и скапливаются на периферии литого ядра. Если плотность тока у, в электропроводной частице Д V, больше плотности тока j₀ в расплаве, то на частицу будет действовать разность сил.

под действием которой частица будет двигаться к центру ядра.

Таким образом, объемные электродинамические силы приводят к интенсивному перемешиванию расплава и к сепарации частиц пленок в ядре в зависимости от их электропроводности.