А задавались ли вы вопросом, почему как при сварке углом вперёд, так и при сварке углом назад шлак течёт в сторону шва? Мне это было очень интересно, а так как я не нашёл никого, кто мог бы мне это объяснить, пришлось разбираться самостоятельно.
Предупрежу сразу: статья не является научной, она создана для меня и моих подписчиков. Возможно, вам многое станет понятно, но для каких-то серьёзных работ всё нужно перепроверить.
Что мы имеем?
При сварке электродом даже при ведении электрода «углом вперёд» шлак всё равно стекает в сторону уже сформированного участка шва.
Чтобы объяснить этот эффект, в первую очередь мне нужно донести до вас, что весь процесс образования сварочного шва похож на своего рода слоёный пирог.
Основной металл, металл шва, шлак — всё это неоднородная структура. Если основной металл и металл электрода имеют схожий молекулярный состав (их молекулы могут взаимодействовать и объединяться — когезия, адгезия), то металл и шлак объединиться не могут из-за различий в температуре плавления, плотности и химической природе.
Давайте сравним металл и шлак, но с минимальными объяснениями, так как это затянется надолго:
Металл (сталь):
- Температура плавления ~1500–1530°C
- Плотность расплавленной стали ~7,0–7,5 г/см³
- У металла высокое поверхностное натяжение (например, у жидкой стали — ~1,8 Н/м)
- Металл состоит из чистого или легированного железа (Fe), алюминия (Al), меди (Cu) и других металлов.
Шлак (оксиды, силикаты):
- Температура плавления ~1200–1400°C
- Плотность шлака ~2,5–3,5 г/см³ (например, для силикатных шлаков)
- У шлака поверхностное натяжение значительно ниже (~0,4–0,6 Н/м)
- Шлак — это оксиды (SiO₂, FeO, MnO, CaO) и соли (фториды, хлориды), которые уже полностью окислены
Таким образом металл и шлак не могут объединиться, так как:
- Шлак легче металла → всплывает.
- Разное поверхностное натяжение не позволяет смешиваться.
- Нет реакций между металлом и оксидами шлака.
- Шлак плавится/застывает при других температурах.
А теперь покажу вам как шлак течет над металлом
Многие из вас не понимают, что шлак, чтобы добраться до края сварочной ванны (где температура ниже и он кристаллизуется, так как температура недостаточна для поддержания его жидкого состояния), течёт прямо по сварочной ванне тонким слоем.
Обмазка не может исчезать бесследно и появляться у края сварочной ванны. Шлак — это продукт горения обмазки электрода. Теперь объясню, почему он течёт в сторону шва.
Почему шлак течёт в сторону шва?
Дело в том, что металл сварочной ванны, хоть и находится в жидком состоянии, не обладает текучестью, как вода. Из-за высокой плотности он больше напоминает, например, мёд или майонез . Привожу эту аналогию, чтобы вы поняли: это тягучая субстанция с сильным поверхностным натяжением.
На самом деле, я бы даже не сказал, что металл «течёт» при попадании в сварочную ванну. Он течёт только под электродом, где температура максимальна. В зоне действия дуги металл становится вязким.
Шлак же, из-за разницы в плотности с металлом и более низкой температуры плавления, скользит без каких-либо помех.
Но почему он движется именно в сторону шва?
Шлак «течёт» из зоны с высокой температурой (центр дуги) в зону с более низкой температурой (частично остывший шов) под действием давления сварочной дуги. Опишу процесс по пунктам:
1. Формирование сварочной ванны:
- Электрод разогревает основной металл и плавится сам, создавая сварочную ванну.
- Для поддержания дуги и защиты от окисления плавится обмазка электрода, выделяя газ, который покрывает ванну.
2. Давление и перенос шлака:
- Под электродом возникает давление за счёт магнитного дутья и горения обмазки.
- Образующийся шлак переносится в сварочную ванну мелкими или крупными каплями.
3. Динамика шлака:
- Под дугой шлак остаётся жидким, но не может молекулярно соединиться с основным металлом по краям сварочной ванны.
- Часть шлака прижатого с боков сварочной ванны кристаллизуется после ухода дуги, а основная масса вытесняется к краю ванны, где ещё сохраняется текучесть. Жидкостям проще течь в сторону уменьшения температуры.
4. Кристаллизация:
- Край сварочной ванны, из-за более низкой температуры, становится границей перехода металла и шлака в твёрдое состояние.
- Шлак скользит по расплавленному краю, объединяясь за счёт поверхностного натяжения и когезии, адгезии, а затем окончательно кристаллизуется.
Возможно, я упростил некоторые аспекты (температурные градиенты, термодинамику), но общая картина выглядит именно так. Посмотрите на картинку.
Мы же в меньшей степени будем говорить про термодинамику, если на что-то жидкое будем дуть компрессором. Аналогичная ситуация и здесь.
При невозможности зацепиться за края ванны (так как дуга поддерживает жидкое состояние шлака), его просто сносит в зону меньшего давления и низкой температуры, где он кристаллизуется.
Ну вот, опять все скажут, что я душный :) Ладно, главное — лайкайте, подписывайтесь и отправляйте статью знакомым, а я буду стараться! 🔥
Всем добра, и пусть всё вернётся к нам бумерангом!