Механизмы образования СА

Существует несколько механизмов, с помощью которых могут образовываться сварочные аэрозоли. Более чем 90% твердых частиц в сварочном дыме образуется путем испарения покрытий электрода, и присадочного металла. Кроме того частицы образуются и при конденсации паров металла. Около 1% электрода конденсируется в наночастицы оксида металла, которые объединяясь вместе образуют агломераты частиц.

Возможны два пути образования сварочного аэрозоля:

1) Равновесное испарение компонентов сварочной ванны (фракционный путь);

2) Неравновесный (взрывной) переход компонентов сварочной ванны в аэрозоль (нефракционный путь) (рис. 2).

Рисунок 2 Пути образования сварочного аэрозоля

При сварке плавлением имеют место оба случая. Рассмотрим механизм образования ТССА при дуговой сварке стали в углекислом газе.

Нефракционное образование аэрозоля характеризуется взрывным испарением перемычки металла между проволокой и ванной (или проволокой и каплей), а также интенсивным испарением металла в активном пятне дуги. Взрывное испарение наиболее характерно для сварки на режимах, сопровождающихся короткими замыканиями, когда взрыв перемычки приводит к быстрому частичному испарению металла и выбросу мелких капель. Образовавшийся при этом аэрозоль приближается по составу к сварочной проволоке. Быстрое испарение из активного пятна дуги, в отличие от нормальных условий испарения, также приводит к образованию аэрозоля нефракционного состава.

Фракционный путь образует в воздухе взвесь мелкодисперсных частиц, (равновесное испарение) которые за счет аэродинамических сил продолжительное время могут находиться во взвешенном состоянии.

Существует две версии механизма образования сварочных аэрозолей, первая предполагает последовательность испарение-конденсация-окисление, а вторая испарение-окисление-конденсация.

Однако утверждается, что процесс окисления предшествует конденсации. Такой вывод базируется на результатах рентгеновской и электронной дифрактометрии, которые свидетельствуют о наличии в ТССА оксида Fe₃O₄, имеющего кристаллическую структуру. Проведённые исследования свидетельствует о том, что такой оксид возникает уже в атмосфере дуги. Кроме того, на поверхности расплавленного электрода в результате попадания в состав атмосферы дуги кислорода (например, при сварке в смеси Ar + О₂) могут появляться летучие оксиды (например, SiО).

Можно прийти к выводу о существовании двух механизмов образования ТССА – по схемам И-К-О и И-О-К, доля участия каждого из которых зависит от способа сварки и состава защитного газа. Уменьшение окислительного потенциала защитного газа способствует снижению роли второго механизма в образовании твёрдой составляющей сварочного аэрозоля.