Тепловые процессы при сварке

Сварочная дуга характеризуется сосредоточенным выделением теплоты, обеспечивающей высокую эффективность нагрева и плавления металла.

Температура дуги:

6000 – 8000⁰С – при сварке плавящимся электродом;

10000 - 15000⁰С – при сварке неплавящимся вольфрамовым электродом;

25000 - 30000⁰С – при плазменной сварке и резке.

Количество теплоты, выделяемое сварочной дугой, рассчитывается по формуле:

, (1)

где: – сила сварочного тока, А;

– напряжение дуги, В;

– время сварки.

Эффективная тепловая мощность - количество теплоты, используемое на плавление и нагрев металла в единицу времени (полезно используемое количество теплоты):

, (2)

где η - эффективный КПД нагрева, зависящий от способа сварки:

0,7 - ручная сварка

до 0,95 - сварка под флюсом

Например, при сварке под флюсомтепловой баланс характеризуется следующим распределением тепла:

• Поглощение основным металлом - 54%

• Перенос каплями - 28%

• Плавление флюса - 17%

• Разбрызгивание - 1%

Распределение температур (и количества теплоты) по зонам дуги неравномерно (см. рис. 6). Как видно, сильнее разогревается анод, меньше – катод.

Рисунок 6 – Тепловой баланс дуги. Полярность

При сварке может применяться постоянный и переменный ток. При использовании постоянного тока различают сварку на прямой и обратной полярности. При прямой полярности (см.рис.6) электрод подключается к отрицательному полюсу и служит катодом, а изделие – к положительному и служит анодом. При сварке на обратной полярности – наоборот.

Так как сильнее разогревается анод, то сварку на обратной полярности используют в тех случаях, когда есть опасность перегрева металла изделия, т.е. при сварке тонколистовых конструкций, высокоуглеродистых, коррозионностойких и жаропрочных сталей.