Плавление электрода

Плавление электродов при дуговых способах сварки осуществляется путем нагрева металла дугой от температуры Т_Т до температуры капель Т_К. Теплосодержание при этом возрастает от S_Т до S_К. Приравнивая количество теплоты, вводимое дугой, к количеству теплоты, вычисленному по теплосодержанию металла, получим уравнение процесса расплавления электрода

, где (2.41)

η_э – эффективый КПД процесса нагрева электрода дугой.

Мгновенная производительность расплавления электрода в г/с при постоянных η_эиU зависит от температуры подогрева током и величины тока

, где (2.42)

С –весовая теплоемкость.

Для характеристики процесса расплавления электрода сварщики пользуются коэффициентом расплавления

[г/А·сек] или [г/А·час]

При ручной дуговой сварке коэффициент расплавления может быть в пределах α_р @5÷14 г/А·час, а при автоматической сварке под флюсом α_р @13÷23 г/А·час.

При ручной дуговой сварке коэффициент расплавления и производительность расплавления возрастают к концу плавления электрода вследствие нагрева током.

Неравномерность плавления электрода при правильно выбранных режимах сварки обычно не превышает 20–30 %. Чтобы избежать чрезмерного нагрева электродов током, ограничивают длину электродов (450 мм – для малоуглеродистых сталей и 400 мм – для аустенитных сталей) и величину тока (I_св = 30–50 d_э).

При непрерывной подаче проволоки с постоянным вылетом скорость плавления проволоки определяется током и величиной вылета. С увеличением вылета при прочих равных условиях возрастает производительность расплавления электрода. Величину вылета обычно выбирают в пределах 30…50 мм.

Определение производительности расплавления обычно производится опытным путем.

Сварочная ванна

В процессе горения и перемещения дуги под ней образуется жидкая сварочная ванна. Основной металл расплавляется в передней части ванны и оттесняется к задней его части.

Рис 2.41 – Основные параметры сварочной ванны

По очертанию сварочной ванны можно судить о форме изотермической поверхности, соответствующей температуре плавления основного металла Т_пл

Очертания ванны на поверхности изделия представляют собой изотерму Т_пл. Параметрами ванны являются ее длина L, ширина B и глубина H. Величина и соотношение этих параметров зависят от многих причин: от режима сварки, состава атмосферы дуги, состава и свойств основного металла, положения шва в пространстве и т. д.

По форме ванны, образованной в нижнем положении, различают два вида сварочных дуг:

А) Поверхностная дуга (кратер неглубокий, под пятном дуги – значительный слой жидкого металла).

Б) Погруженная дуга (кратер глубокий, жидкий металл оттеснен к задней стенке ванны, дуга погружена в основной металл и эффективно оплавляет переднюю кромку ванны и ее обнаженное дно).

В зависимости от требований технологии могут применяться оба вида сварочных дуг.

Длину сварочной ванны можно определить из уравнений, связывающих между собой температуру, время и координаты тела. Например, при наплавке валика на массивное тело мощной быстродвижущейся дугой температурное поле описывается уравнением

, где r² = y² + z²

Так как нас интересует только максимальная длина ванны на поверхности изделия, то есть расстояние между точками А и Б (Рис. 2.41), лежащими на оси х.Положим, что r = 0, тогда

(2.43)

Определим время пребывания в жидком состоянии каждого элемента от точки А до Б, имеющего температуру выше Т_пл. Определить это можно, положив t = t_в и Т = Т_пл, тогда

, считая, что , имеем , то есть время пребывания в жидком состоянии каждого элемента, лежащего на оси шва, пропорционально погонной энергии.

Зная t_в и скорость сварки найдем длину ванны

(2.44)

Полагая, что , получим L = p₂IU

То есть длина сварочной ванны при наплавке валика на массивное тело пропорциональна мощности дуги. Такая зависимость сохраняется и для наплавки валиков на стальные листы.

Контрольные вопросы:

1. Как рассчитывается длина сварочной ванны?

2. Что понимают под эффективным, термическим и полным к.п.д. источника нагрева? Как они определяются?

3. Как рассчитывается площадь зоны проплавления?

4. Как рассчитывается площадь наплавки?

5. Каковы особенности нагрева электродов при ручной дуговой сварке и влияния этого нагрева на производительность сварки и качество сварных швов?

Лекция 4 - Пути повышения производительности наплавки и проплавления.