Производительность процессов наплавки и проплавления

При дуговой сварке или наплавке одновременно происходит проплавление основного металла и расплавление электрода. Эти процессы вызываются двумя различными источниками тепла – анодным и катодным пятнами дуги. Распределение тепла дуги между ее полюсами (электродом и изделием) неодинаково и зависит от ряда факторов: материала полюсов, химического состава и свойств электродных покрытий и флюсов, рода тока, его полярности и т. д.

С точки зрения требований технологии было бы очень выгодно регулировать распределение тепла дуги между электродом и изделием. При наплавке, например, целесообразно увеличить долю тепла, расходуемую на расплавление электрода. Однако, в условиях электродуговой сварки, возможности перераспределения тепла между электродом и изделием весьма ограничены.

Производительность сварки или наплавки определяется характеристиками обоих процессов и может быть повышена за счет увеличения производительности наплавки или проплавления.

Производительность процесса дуговой сварки оценивается суммой масс наплавленного и проплавленного металла в единицу времени

G = g_н + g_пр, [г/сек].

Очевидно, что g_н = vγF_н; g_пр = vγF_пр (2.46)

Производительность наплавки g_н зависит от производительности расплавления g_р и коэффициента потерь y

g_н = g_р(1-y)

Экспериментально установлено, что

для автоматической сварки y = 1 – 2%

для ручной сварки y = 5 – 20 %

Удельная производительность наплавки и расплавления оценивается коэффициентами наплавки и расплавления

;

Эти коэффициенты характеризуют эффективность использования тока при расплавлении металла и наплавке. Из уравнений (2.46) легко найти выражения для определения площадей наплавки и проплавления в зависимости от режима сварки.

;

так как

,

Определим величину тока, зная, что , тогда

;

если считать постоянным , то

(2.47)

Площадь поперечного сечения наплавки прямо пропорциональна эффективной погонной энергии.

Площадь зоны проплавления рассчитываем из аналогичных соображений.

, откуда

Обозначив , получим

(2.48)

Площадь поперечного сечения проплавленной зоны пропорциональна эффективной погонной энергии и термическому коэффициенту полезного действия.

На основании анализа уравнения (2.48) можно сделать некоторые практические рекомендации.

1. При постоянной эффективной погонной энергии термический к.п.д. h_t возрастет с увеличением q_u и v. Это означает, что площадь проплавления F_пр увеличивается при высоких значениях тока и скорости сварки.

2. Для увеличения площади проплавления основного металла необходимо увеличить погонную энергию.

В условиях производства основной показатель производительности – скорость сварки, тогда как площади наплавки и проплавления чаще всего являются конструктивно заданными постоянными величинами. Проектом обычно задаются расчетные сечения катетов швов, глубина проплавления и т.п., поэтому повышение производительности сварки достигается только за счет увеличения скорости.

Возможные пути повышения скорости сварки при данном размере шва могут быть следующие.

А) Швы, образуемые преимущественно наплавленным металлом, для которых . К ним относятся швы с разделкой кромок, угловые швы с малым проплавлением.

Для таких швов

, но ,

следовательно , откуда

(2.49)

При заданном сечении скорость сварки растет с увеличением коэффициента наплавки и значения тока. Следовательно, для данных швов возможны два пути повышения производительности процесса наплавки:

1) Увеличение коэффициента наплавки за счет лучшего использования тепла дуги или введения дополнительного металла, например, при сварке электродами, покрытие которых содержит железный порошок.

2) Рост максимально допустимой плотности тока, а значит, и величины общего допустимого тока для данного диаметра электрода.

Б) Швы, образованные главным образом за счет проплавления основного металла. Для этих швов ; сюда относятся стыковые швы без разделки кромок.

Для швов типа (Б) основным технологическим требованием является обеспечение заданной глубины проплавления Н.

,

где μ – коэффициент полноты шва, или

.

С другой стороны, по уравнению (2.48)

.

Приравняем правые части этих выражений

, откуда

(2.50)

При заданной глубине провара Н величину m₃ = 1/μH²γS_пл выражения (2.50) можно считать постоянным. Тогда

(2.51)

Для повышения скорости сварки швов типа (Б) необходимо:

1) Применять методы сварки, допускающие большие токи и напряжения и выбирать электроды, отвечающие этим условиям;

2) Использовать методы или технику сварки, обеспечивающие максимальные значения относительной глубины проплавления.

Перечисленные требования хорошо выполняются при автоматической электродуговой сварке под флюсом.

Контрольные вопросы:

1. Чем оценивается производительность процесса дуговой сварки?

2. Как определяется коэффициент наплавки и расплавления?

3. От каких факторов зависит площадь поперечного сечения наплавки?

4. От каких факторов зависит площадь поперечного сечения проплавленной зоны?

5. Какими путями можно повысить производительность процесса наплавки?

6. Какими путями можно повысить производительность процесса сварки?