ТЕОРИЯ сварочных процессов

Производительность расплавления электрода

Плавление электродов при дуговых способах сварки осуществ­ляется в результате нагрева металла дугой от температуры подогре­ва 7^ - ТН+АТГ до температуры капель Тк. Приращение энтальпии

материала электрода при этом составляет АН = АНК - АНп. Прирав­нивая количество теплоты qAt, вводимое дугой в электрод, к коли­честву теплоты, необходимому для расплавления массы vFpAt ме­талла, получаем уравнение процесса плавления электрода:

43UI = vFp{AHK-AHn), (7.50)

где г|э - эффективный КПД нагрева электрода дугой; v - скорость плавления электрода.

Мгновенная массовая скорость расплавления электрода gp = = vFp при постоянных значениях г|э и U зависит от энтальпии АНп подогретого током металла и силы сварочного тока:

<7-5,)

Если нагрев электрода током незначителен, то производительность его расплавления примерно пропорциональна силе сварочного тока. В сварочной технике производительность расплавления электрода обычно характеризуют коэффициентом расплавления ар, г/ (А • ч),

который определяется как отношение массы расплавившейся час­ти электрода Дт к произведению силы сварочного тока 1 и време­ни горения дуги At:

А"1 (П С-.Л

ар=—. (7.52)

При ручной дуговой сварке штучными стальными электродами Op « 8...15 г/(А ч), причем производительность расплавления воз­растает к концу расплавления электрода вследствие нагрева его током. Неравномерность расплавления электрода при правильно выбранном режиме сварки обычно не превышает 20...30 %.

При механизированной подаче проволоки с постоянным выле­том скорость расплавления проволоки, равная скорости ее подачи

^пп> определяется силой тока и вылетом электрода. С увеличением вылета производительность расплавления при прочих равных ус­ловиях возрастает, так как повышается АЯп. Значения ар при ме­ханизированных способах дуговой сварки сталей обычно находят­ся в диапазоне 13.. .25 г/(А • ч).

Производительность наплавки gH зависит от производительно­сти расплавления электродной проволоки gp:

gH = gp(l-*n), (7.53)

где Кп - коэффициент потерь металла на угар и разбрызгивание (при сварке открытой дугой Кп - 0,05...0,2; при сварке под флю­сом Кп = 0,01.. .0,02).

Пример 7.7. Определить температуру огарка электрода диаметром d = = 4 мм из низкоуглеродистой стали при сварочном токе / = 120 А. Длина рабочей части электрода А/ = 400 мм, коэффициент расплавления ар = = 10 г/(А ч). Удельное сопротивление низкоуглеродистой стали г = = 14 • 10"6 Ом ■ см, объемная теплоемкость ср = 5 Дж/(см3 • К).

Решение. Сначала находим массу рабочей части стержня электрода:

Ат = рFAI = р(я<//4)Д/ = 7,8 (3,14 • 0,42/4)40 = 39,2 г.

Определяем время протекания тока А/, используя формулу (7.52):

Время расплавления рабочей части электрода составляет приблизи­тельно 2 мин. В течение этого времени огарок электрода нагревался про­ходящим током. Без учета теплоотдачи с поверхности и нагрева дугой приращение температуры огарка согласно (7.45) равно

2 1 А 1 Л-6 ґ 1 ОЛ

117,6 = 300 К.

0,1256

Таким образом, с учетом начальной температуры стержня 293 К тем­пература огарка составит 593 К (320 °С).

Пример 7.8. Для электрода из примера 7.7 оценить допустимый свароч­ный ток, если покрытие начинает терять свои защитные свойства при температуре 773 К (500 °С).

Решение. При допустимом сварочном токе /доп температура огарка дос­тигнет своего предельного значения Гдоп = 773 К за время А/, которое можно найти из формулы (7.52). Используя (7.45) и пренебрегая теплоот­дачей с поверхности, получаем выражение для приращения температуры:

Отсюда выражаем допустимый сварочный ток и, подставляя исходные числовые значения, получаем

apF2cp(Taon-TH) 10-0,12562-5,0.(773 - 293) доп 3600гАт 3600 • 14-10~6-39,2

Следовательно, для электрода диаметром d = 4 мм из низкоуглеродистой стали допустимый сварочный ток составляет 192 А.

Пример 7.9. Определить изменение температуры низкоуглеродистой сварочной проволоки диаметром d = 4 мм на расстоянии 30 мм от токо - подвода при механизированной сварке током / = 800 А. Коэффициент расплавления принять равным ар = 20 г/(А • ч). Удельное сопротивление низкоуглеродистой стали г = 14-10-45 Ом см, объемная теплоемкость ср = 5 Дж/(см3 ■ К).

Решение. Сначала определяем массу участка проволоки длиной 30 мм и время его расплавления:

Ат = pFAl = р(тк/2/4)Д/ = 7,8(3,14 • 0,42/4)30 = 2,94 г;

Ат 2 94 Д/= —= —^- = 0,000184 ч = 0,66 с. а р/ 20-800

В течение этого промежутка времени рассматриваемое сечение элек­трода нагревалось проходящим током. Без учета теплоотдачи с поверхно­сти и нагрева дугой приращение температуры в рассматриваемом сече­нии составит

2 . . . / 2