Качественный сварной шов при сварке плавлением невозможно получить только расплавляя кромки свариваемого металла источником нагрева. При любом способе сварки плавлением необходимо применение сварочных материалов. К сварочным материалам относят: сварочную электродную проволоку, электроды плавящиеся покрытые, электроды неплавящиеся, присадочные прутки, флюсы, защитные газы (инертные, активные, горючие, газовые смеси), порошковые присадочные материалы и др.

Применение сварочных материалов обеспечивает:

требуемые геометрические размеры шва; защиту расплавленного металла (газовую, шлаковую или газошлаковую) в процессе расплавления, переноса электродного металла в дуге, пребывания в сварочной ванне, кристаллизации и нагретого твердого металла от вредного воздействия атмосферного воздуха (насыщения его газами атмосферы) в течение всего процесса сварки; получение металла шва нужного химического состава и свойств путем его легирования и раскисления; очистку (рафинирование) металла шва от вредных примесей и га зов (серы, фосфора, водорода, азота и др.); удаление включений окислов и шлаков; модифицирование, измельчение первичной структуры металла шва.

Следовательно, с помощью сварочных материалов реализуется процесс сварки и осуществляется сложная физико-химическая обработка расплавленных электродного и основного металлов, производимая в газовой и шлаковой фазах и завершающаяся в сварочной ванне, что приводит к образованию шва нужного химического состава с требуемыми свойствами. Такую обработку обычно называют металлургической.

Присадочный (дополнительный) металл обычно требуется для получения шва с необходимыми геометрическими размерами, так как в большинстве случаев расплавление только кромок основного металла не обеспечивает получение выпуклости шва и заполнение зазора и разделки кромок (если она есть). Если дополнительный металл в процессе сварки расплавляется в виде сварочной (электродной) проволоки, стержней и т. д., включенных в сварочную цепь, он обычно называется электродным, а если он не включен в сварочную цепь, - присадочным.

Закристаллизовавшийся металл шва состоит из смешанных в жидком состоянии (в сварочной ванне) расплавленных основного и присадочного металлов. Поэтому доли их участия определяют по исходной конфигурации кромок до расплавления и конечным геометрическим размерам шва.

Площадь поперечного сечения шва

Fш=Fпр + Fн,

Где Fпр и Fн - соответственно площади поперечного сечения расплавленных основного и дополнительного металлов, см2; Fн обычно называют площадью поперечного сечения наплавленного металла.

Доля участия основного металла в формировании шва определяется отношением (рис. 2.1, а)

γ0=Fпр/(Fпр+Fн)

Соответственно доля участия наплавленного металла в образовании шва

γн=Fн/(Fпр+Fн)

При этом γ0+γн=1, а γн=1-γ0. Величины Fпр и Fн, γн и γ0 непосредственно зависят от метода и режима сварки, формы подготовки кромок и определяются экспериментально или расчетом по эмпирическим формулам либо графикам.

Содержание рассматриваемого элемента в металле шва определяется на основании правила смешения по формуле

[X]ш=γ0[X]о. м.+(1-γ0)[X]э±ΔХ,

Рис. 2.1. Определение доли участия металла в формировании шва

Где [X]ш, [X]о. м., [X]э - концентрация рассматриваемого элемента соответственно в металле однослойного шва, основном и электродном металлах; ΔХ - обобщенное изменение данного элемента в составе основного и электродного металлов вследствие металлургических взаимодействий или неизбежного взаимодействия расплавленного металла с окружающей средой - газами и шлаками.

При многослойной сварке, когда последующий валик (рис. 2.1, б) накладывают в разделке на основной металл (Fо. м.) и предыдущий валик (Fn-1), их долю в образовании металла n-го валика также следует учитывать. В этом случае площадь поперечного сечения шва
Fш=Fо. м.+Fn-1+Fн

Соответственно доли участия каждого компонента в формировании шва
γо. м.=Fо. м./Fш; γn-1=Fn-1/Fш; γн=Fн/Fш;

Если свариваются разнородные металлы, значительно различающиеся по химическому составу, участие их в формировании шва учитывается следующим образом:

Fо. м.=Fо. м.1+Fо. м.2;

Fш=Fо. м.1+Fо. м.2+Fn-1+Fн.

Соответственно доля их участия в формировании шва

γо. м.1=Fо. м.1/Fш; γо. м.2=Fо. м.2/Fш.

Содержание рассматриваемого элемента в металле n-го шва

[X]nш=γо. м.[X]о. м.+γn-1[X]n-1+(1-γо. м.-γn-1)[X]э±ΔХ