Образование шва. При сварке плавлением кромки свариваемого изделия и электродный металл расплавляются. Это приводит к образованию ванны жидкого металла — сварочной ванны, общей для свариваемых деталей. При перемещении источника тока вдоль свариваемых кромок сварочная ванна становится подвижной. В передней части ванны протекает процесс плавления, в тыльной части — процесс кристаллизации. Таким образом, по мере продвижения источника тепла и сопутствующей ему ванны происходит непрерывное формирование сварного шва.
Жидкий металл находится в сварочной ванне в состоянии непрерывного движения и перемешивания. Под давлением газов жидкий металл вытесняется из зоны приложения источника тепла в направлении, обратном его перемещению, что приводит к образованию местного углубления в сварочной ванне (образуется кратер). Давление газов на сварочную ванну носит периодический характер (колебание горелки или электрода). Это приводит к тому, что вытеснение жидкого металла из зоны действия источника тепла носит волновой характер — образуется чешуйчатая поверхность шва.
Время пребывания жидкого металла в сварочной ванне зависит от размеров ванны и скорости ее перемещения.
Металл шва представляет собой сплав основного и электродного металла. Соотношение между основным и наплавленным металлом в шве зависит от скорости плавления электродного металла и размера сварочной ванны. Доли участия основного и электродного металла в сварном шве можно определить, если известны геометрия соединения, подготовленного под сварку, и поперечное сечение шва.
По химическому составу сварной шов будет представлять нечто среднее между основным и электродным металлом с характерными изменениями. Вследствие значительного перегрева металл теряет легкоиспаряющиеся составляющие части; металл может быть окислен и азотирован действием атмосферного воздуха. Наблюдается также сильное выгорание легкоокисляющихся элементов (углерод, кремний, марганец, хром и др.).
Окисление и раскисление металла при сварке. В результате взаимодействия расплавленного металла с газами в дуговом промежутке и шлаками в сварочной ванне происходит его окисление. При сварке стали в первую очередь окисляется железо, содержание которого является максимальным. Другие элементы окисляются с различной интенсивностью, зависящей от степени сродства химического элемента с кислородом. Чем больше степень сродства элемента с кислородом, тем быстрее идет окисление этого элемента.
Для получения металла с механическими свойствами, которые были бы не ниже свойств основного металла, необходимы меры по снижению содержания кислорода в наплавленном металле. Концентрация кислорода в сварочной ванне может быть ограничена присутствием в жидком металле элементов-раскислите-лей (марганца, кремния, алюминия и др.).
Образовавшиеся в результате реакции раскисления окислы кремния и марганца всплывают в шлак. При сварке сталей применяют также и более активные раскислители — титан и алюминий.
Свариваемость металлов. Под свариваемостью понимается свойство металла давать доброкачественное соединение с другим или тем же металлом при сварке определенным способом.
Количественную оценку свариваемости определяют по совокупности показателей свариваемости, к которым относят показатели свариваемости: по механическим свойствам сварного соединения, сварного шва, зоны термического влияния; по стойкости против образования холодных и горячих трещин; по стойкости сварного соединения против межкристаллитной коррозии и др.
На свариваемость сталей оказывают влияние легирующие элементы и примеси, особенно углерод.
Для определения свариваемости стали применяют специальные технологические методы: метод Кировского завода, проба Института электросварки имени академика Е. О. Патона, метод МВТУ и т. д.