IMG
22

Rolę topnika aktywującego można w tym wypadku wyjaśnić następująco. Stale rafinowane zawierają bardzo małe ilości siarki i tlenu w wyniku zastosowania odsiarczania wapniem. W procesie spawania wapń łatwo paruje i ulega jonizacji (potencjał jonizacji wynosi 6,1 eV). W czasie spawania strumień katodowy, docierając do powierzchni anody, rozpływa się wzdłuż stycznej i wypiera na peryferie luku pary anody (rys. 4.10). Pod wpły wem pola elektrycznego wytwarzanego przez elektrody dodatnie jony przemieszczają się w kierunku katody, tworząc wokół słupa łuku jeszcze jedną nagrzaną i przewodzącą prąd warstwę gazu. Tworzenie się takiej warstwy gazu na peryferiach łuku powoduje jego poszerzenie oraz zmniejszenie w nim gęstości prądu. Wymiary warstwy są uzależnione od składu par, efektów cieplnych ich dysocjacji, potencjałów jonizacji metali oraz powinowactwa elektrycznie ujemnych pierwiastków do elektronów, jak również od kształtów i wymiarów powierzchni jeziorka spawalniczego, odbijającej strumień katodowy. Podczas spawania stali rafinowanej tworzy się więc jeziorko spawalnicze o dużym promieniu wklęśnięcia (rys. 4. lOa). Odbity strumień katodowy rozprasza pary anody w przestrzeni wokół łuku, a odparowywanie głównie wapnia oraz innych pierwiastków o niskim potencjale jonizacji powoduje dostatecznie duży stopień jonizacji peryferyjnych obszarów łuku usytuowanych we względnie dużej odległości od osi. Zachodzi więc poszerzenie słupa łuku. maleje w nim gęstość prądu, a głębokość wtopienia się zmniejsza. Podczas spawania stali wytworzonej w sposób tradycyjny mniejszy promień wklęśnięcia jeziorka spawalniczego sprzyja zmniejszeniu rozproszenia par na peryferiach łuku (rys. 4.1 Ob). Jednocześnie z powodu braku wapnia oraz dejonizującego oddziaływania siarki i tlenu na peryferiach łuku zmniejsza się koncentracja wolnych pierwiastków o niskim potencjale jonizacji. W wyniku tego luk ulega ściśnięciu i zwiększa się w nim gęstość prądu. Zwiększa się też głębokość wtopienia.

Dodatkowym czynnikiem mającym wpływ na promień wklęśnięcia jeziorka spawalniczego jest napięcie powierzchniowe ciekłego metalu. Badania Savickiego i Leskova [57] wykazały, że największe jest napięcie powierzchniowe stali rafinowanej. Zwiększenie zawartości siarki i tlenu w stali powoduje zmniejszenie napięcia powierzchniowego, zwiększenie głębokości wtopienia oraz zmniejszenie szerokości spoin. Celowe wprowadzenie tlenu w strefę spawania w postaci topnika aktywującego sprzyja tym zjawiskom, powodując dalszy wzrost gęstości prądu na anodzie oraz zagłębienia łuku w materiale. Z kolei zwiększenie gęstości prądu spawania powoduje wzrost ciśnienia łuku na jeziorko spawalnicze, zmniejszenie promienia wklęśnięcia jeziorka spawalniczego, zmniejszenie rozpływania się odbitego strumienia gazu itd. (rys. 4. lOc).

Rys. 4.10. Przepływ strumieni gazowych podczas spawania metodą GTAW stali rafinowanej (a) i tradycyjnej (b) oraz obu tych stali z zastosowaniem topnika aktywującego (c) [57]

132