Электрогазосварка. Электросварка. Газосварка

§ 16. Плавление и перенос металла в дуге

Электрическая дуга дает яркий свет и выделяет значительное количество тепла, которое образуется вследствие превращения энергии движения частиц тепловую энергию при столкновении их с анодом, катодом и друг с другом. Тепло, выделяясь на аноде и катоде, расплавляет свариваемый металл и конец электрода. В катодной и анодной зоне выделяется основное количество тепла дуги. В самой дуге выделяется меньшая часть тепла, расходуемого на испарение материала электрода и частично теряемого в окружающую среду.

Выделяя большое количество тепла и имея высокую температуру, электрическая дуга вместе с тем обеспечивает очень сосредоточенный нагрев металла. Поэтому металл во время сварки остается сравнительно мало нагретым уже на расстоянии нескольких сантиметров от сварочной дуги.

Под действием дуги металл расплавляется на некоторую глубину, обозначенную на рис. 19, а буквой h и называемую глубиной проплавления или проваром.

При сварке на постоянном токе угольным электродом количество выделяющегося на аноде тепла составляет около 42%, на катоде около 38% от общего количества тепла дуги. Остальные 20% тепла выделяются в столбе дуги. Наибольшее количество заряженных частиц выбрасывается катодом, поэтому анод подвергается более сильной бомбардировке частицами, благодаря чему на нем всегда выделяется большее количество тепла.

Температура дуги также различна и составляет при использовании угольных электродов для катода около 3200°, для анода около 3900, при использовании стальных электродов—для катода около 2400°, для анода около 2600°. Полная тепловая мощность дуги q0 подсчитывается по формуле

Количество тепла, вводимое дугой в свариваемый металл в единицу времени, называется эффективной тепловой мощностью дуги. Она меньше полной тепловой мощности Дуги и слагается из следующего: тепла, выделяющегося в пятне дуги на свариваемом металле; тепла, вводимого в металл за счет теплообмена со столбом дуги и ее пятном на свариваемом металле; тепла, вносимого в свариваемый металл с каплями расплавленного металла электрода, электродного покрытия и флюса. Эффективную тепловую мощность дуги q можно подсчитать по формуле

Тепловой режим сварки характеризуется количеством тепла, вводимого в металл на единицу длины шва. Эта величина называется погонной энергией сварки и выражается отношением — (кал/см), где v — скорость сварки, см/сек.

V

Величиной погонной энергии характеризуют режим, назначаемый при сварке данного металла.

Примерные балансы использования тепла сварочной дуги приведены в табл. 2.

Из данных табл. 2 следует, что при автоматической сварке под флюсом наиболее полно используется тепловая мощность сварочной дуги.

Электродный металл стекает в сварочную ванну в виде капель; при ручной дуговой сварке таким образом переносится до 90% электродного металла. Остальные 10% представляют собой брызги и пары, значительная часть которых теряется. Дуга расплавляет электрод с достаточно большой скоростью, так, например, электрод длиной 450 мм расплавляется за 1,5 — 2 мин.

Капля расплавленного металла собирается на конце электрода и принимает грушевидную форму. Затем у основания капли образуется тонкая шейка, в которой плотность тока резко увеличивается, металл разогревается, шейка делается тоньше, длиннее, и, наконец, капля касается сварочной ванны, на мгновение замыкая электрод и металл накоротко. Шейка рвется, а давлением паров и газов капля отбрасывается ч вперед, по направлению к кратеру. Вслед за этим дуга возникает вновь, и процесс образования капли повторяется.

В секунду с электрода на металл переносится от 20 до 50 капель примерно одинакового размера. Наряду с крупными каплями электродный металл переносится на изделие также в виде потока мелких капель (струйный процесс переноса металла). Чем больше сварочный ток и чем толще слой покрытия на электроде, тем большая часть металла переносится в виде потока мелких капель. В электродах с тонким покрытием и при сварке на малых токах процесс переноса в основном крупнокапельный. Давлением газов дуги жидкий металл отбрасывается со дна ванночки на ее боковую поверхность, что вызывает образование углубленного кратера. Это происходит периодически, поэтому жидкий металл откладывается отдельными порциями, вследствие чего поверхность шва получается чешуйчатой. Чем толще покрытие электрода, тем больше будет слой шлака над расплавленным металлом шва и тем чешуйки будут тоньше, а поверхность шва — более ровной и чистой. Особенно чистая поверхность шва получается при автоматической сварке под флюсом.

Количество электродного металла, расплавленного за определенное. время, можно определить по формуле

Из формулы следует, что количество расплавленного электродного металла определяется током и продолжительностью горения Дуги. Чем больше ток и чем длительнее горит дуга, тем большее количество металла будет расплавлено.

Коэффициентом расплавления называется количество расплавленного электродного металла в граммах в течение одного часа, приходящееся на один ампер сварочного тока. Коэффициент расплавления зависит от материала электродного стержня, состава покрытия, а также от рода и полярности тока. Для стальных электродов коэффициент расплавления колеблется в пределах от 8 до 14 г/а час.

При сварке вследствие частичного окисления кислородом воздуха, испарения и разбрызгивания наблюдаются потери электродного жидкого металла. Поэтому в наплавленный металл шва переходит только часть электродного металла. Для подсчета количества наплавленного металла нужно в приведенной выше формуле коэффициент расплавления заменить меньшей величиной Кт называемой коэффициентом наплавки. Коэффициент наплавки Ки меньше коэффициента расплавления Кр на величину потерь электродного металла при сварке, составляющих от 1 до 3 г/а — час. При сварке на переменном токе электродами с тонким меловым покрытием коэффициент наплавки. Кв — 6 — 7 г/а * час, а при сварке электродами с толстыми покрытиями Ки = 6,5 — 12,5 г/а • час.

Пример: сварка производится толстопокрытыми электродами, током 300 а. За 1 час горения дуги сварщик может наплавить металла:

11 ¦ 300 = 3300 г, или 3,3 кг.

Знать величину коэффициента наплавки очень важно для нормирования сварочных работ Обозначим через v — скорость сварки, см/час, F — площадь поперечного сечения шва, см2. Тогда скорость сварки можно подсчитать по формуле

вверх страницы