ЭЛЕКТРОГАЗАСВАРЩИК

Тепловая мощность дуги

Энергия мощных потоков заряженных частиц, бомбар­дирующих катод и анод, превращается в тепловую энергию электрической дуги. Суммарное количество теплоты Q (Дж), выделяемое дугой на катоде, аноде и столбе дуги, опреде­ляется по формуле Q = lUt, где I — сварочный ток, А; U — напряжение дуги, В; г — время горения дуги, с.

При питании дуги постоянным током наибольшее ко­личество теплоты выделяется в зоне анода (42—43%). Это объясняется тем, что анод подвергается более мощной бом­бардировке заряженными частицами, чем катод, а при стол­кновении частиц в столбе дуги выделяется меньшая доля общего количества теплоты.

При сварке угольным электродом температура в катод­ной зоне достигает 3200°С, в анодной — 3900°С, а в столбе дуги среднее значение температуры составляет 6000°С. При сварке металлическим электродом температура катодной зоны составляет около 2400°С, а анодной — 2600°С.

Разная температура катодной и анодной зон, а также и разное количество теплоты, выделяющееся в этих зонах, используются при решении технологических задач. При сварке деталей, требующих большого подвода теплоты для прогрева кромок, применяют прямую полярность, при ко­торой анод (плюсовая клемма Источника тока) подсоединя­ют к детали, а катод (минусовая клемма источника тока) — к электроду. При сварке тонкостенных изделий, тонколис­товых конструкций, а также сталей, не допускающих пере­грева (нержавеющие, жаропрочные, высокоуглеродистые

и др.), применяют сварку постоянным током обратной по­лярности. В этом случае катод подсоединяют к сваривае­мой детали, а анод — к электроду. При этом не только обес­печивается относительно меньший нагрев свариваемой де­тали, но и ускоряется процесс расплавления электродного материала за счет более высокой температуры анодной зоны и большего подвода теплоты. Полярность клемм источни­ка постоянного тока может быть определена с помощью раствора поваренной соли (половина чайной ложки соли на стакан воды). Если в такой раствор опустить провода от клемм источника тока, то у отрицательного провода будет происходить бурное выделение пузырьков водорода.

При питании дуги переменным током различие темпе­ратур катодной и анодной зон и распределение теплоты сгла­живаются вследствие периодической смены катодного и анодного пятен с частотой, равной частоте тока:

Практика показывает, что в среднем при ручной сварке только 60—70% теплоты дуги используется на нагревание и плавление металла. Остальная часть теплоты рассеива­ется в окружающую среду через излучение и конвекцию.

Количество теплоты, используемое на нагрев и плавку свариваемого металла в единицу времени, называется эф­фективной тепловой мощностью дуги q. Она равна полной тепловой мощности дуги, умноженной на эффективный коэффициент полезного действия нагрева металла дугой г|:

q = 0,24 / ■ Ud - ц,

где I — величина сварочного тока, А;

Uд — напряжение дуги, В.

Коэффициент полезного действия зависит от способа свар­ки, материала электрода, состава электродного покрытия и других факторов. При ручной дуговой сварке электродом с тонким покрытием или угольным электродом он составляет 0,5—0,6; а при качественных электродах — 0,7—0,85. При аргонодуговой сварке потери теплоты значительны и состав­ляют 0,5—0,6. Наиболее полно используется теплота при свар­ке под флюсом.

Для характеристики теплового режима процесса сварки принято определять погонную энергию дуги, т. е. количе­ство теплоты, вводимое в металл на единицу длины одно­проходного шва, измеряемое в Дж/м. Погонная энергия равна отношению эффективной тепловой мощности к ско­рости сварки

q_ _ 0,24 • / • £/4 • rj V = V ’

где V — скорость сварки, см/с.

Величина погонной энергии необходима для определе­ния рационального режима легированных термообрабаты­ваемых сталей.

Потери теплоты при ручной дуговой сварке составляют примерно 25%, из которых 20% уходят в окружающую среду дуги через излучение и конвекцию паров и газов, а осталь­ные 5% — на угар и разбрызгивание свариваемого метал­ла. Потери теплоты при автоматической сварке под флю­сом составляют только 17%, из которых 16% расходуются на плавление флюса, а на угар и разбрызгивание затрачи­вается около 1% теплоты.