Плавление и перенос электродного металла при дуговой сварке

Обновлено: 15.05.2024

Сварной шов образуется в результате кристаллизации металла сварочной ванны. При сварке без дополнительного металла расплавляется только основной металл. Металл, предназначенный для введения в сварочную ванну в дополнение к расплавленному основному металлу, называется присадочным металлом.

Расплавленные основной и присадочный металлы, сливаясь, образуют общую сварочную ванну. Границами сварочной ванны служат оплавленные участки основного металла и ранее образовавшегося шва.

Плавление и перенос электродного металла. Электродный металл при дуговой сварке плавится за счет тепла, выделяемого на конце электрода в приэлектродной области дуги, тепла, попадающего из столба дуги, нагрева вылета электрода при прохождении сварочного тока от токопровода и до дуги. Чем больше вылет электрода, тем больше его сопротивление, и тем больше выделяется тепла.

Конец электрода нагревается до температур 2300—2500 °С, что и обеспечивает его плавление. На конце электрода образуются капли расплавленного металла, которые переносятся через дуговое пространство в сварочную ванну.

Капли формируются на конце электрода и переносятся под воздействием сил поверхностного натяжения, тяжести, давления газов, образующихся внутри расплавленного металла, давления газового потока, электростатических и электродинамических сил, реактивного давления паров металла.

Рис. 1. Схема сварного соединения: а — при сварке плавлением, б — при сварке давлением; 1 — сварной шов, 2 — зона сплавления (сцепления), 3 — зона влияния, 4 — основной металл:

В зависимости от соотношения сил, действующих на каплю, характер переноса электродного металла может быть различным: – крупнокапельным (характерен для ручной дуговой сварки покрытым электродом) или мелкокапельным (наблюдается при сварке под флюсом и в защитных газах — аргоне, углекислом газе и др.; – струйным; – за счет коротких замыканий.

Главными силами, формирующими и удерживающими каплю на конце электрода, являются силы поверхностного натяжения, возникающие на поверхности капли и направленные внутрь ее.

Отрыв капли и ее перенос обеспечивается электродинамическими силами и давлением газовых потоков. Эти силы увеличиваются с ростом сварочного тока, увеличение тока приводит к измельчению капель. Сила тяжести капли имеет существенное значение при малых плотностях тока и способствует отрыву и переносу капель металла только при сварке в нижнем положении.

Перенос электродного металла в дуге сопровождается выбросом части металла за пределы сварочной ванны — разбрызгиванием. Разбрызгивание связано главным образом с электрическим взрывом перемычки между отделяющейся каплей и торцом электрода под действием электромагнитных сил.

Плавление основного металла. Основной металл плавится в результате выделения тепла в активном пятне (в приэлектродной области) на поверхности изделия и тепла столба дуги.

Форма проплавления (глубина и ширина) определяется концентрацией теплового и силового воздействия дуги.

Основные компоненты силового воздействия дуги; поверхностные силы — давление, вызываемое торможением струи плазмы дуги о поверхность металла, реактивное давление струи пара с поверхности сварочной ванны; объемная электродинамическая сила в жидком металле. Давление осевого плазменного потока вызывается электромагнитными силами, его величина пропорциональна квадрату тока. Дуга с плавящимся электродом оказывает большее силовое воздействие на сварочную ванну, чем дуга с неплавящимся электродом. Сила давления от газового потока невелика и составляет около 1 % силы давления потока, вызываемого электромагнитными силами.

Рис. 2. Схемы расплавления и переноса электродного металла: а — короткими замыканиями, б — капельный, в — струйный

Процесс проплав лен и я металла определяется тепловым и силовым воздействием дуги.

Производительность процессов плавления. В наибольшей степени тепловую мощность дуги, производительность процесса плавления и глубину проплавления определяет величина сварочного тока.

Плавление и перенос металла в дуге

Металл плавящегося электрода пе­реходит (в виде капель различного размера) в сварочную ванну. Схема­тично перенос металла электрода мож­но представить в следующем виде. В начальный момент металл на конце электрода подплавляется и образует­ся слой расплавленного металла (рис. 12, а). Затем под действием сил поверхностного натяжения и силы тя­жести этот слой металла принимает форму капли (рис. 12, б) с образова­нием у основания тонкой шейки, которая с течением времени умень­
шается. Это приводит к значи­тельному увеличению плотности тока в шейке капли. Удлинение шейки продолжается до момента касания капли поверхности сварочной ванны (рис. 12, в). В этот момент происхо­дит короткое замыкание, сварочной цепи. Резкое возрастание тока приво­дит к разрыву шейки и в следующее мгновение вновь возникает дуга (рис. 12, г), но уже между торцом электрода и каплей. Под давлением паров и газов зоны дуги капля с уско­рением внедряется в жидкий металл сварочной ванны. При этом часть ме­талла разбрызгивается. Затем процесс каплеобразования повторяется.

Установлено, что время горения ду­ги и короткого замыкания составля­ет примерно 0,02. 0,05 с. Частота и продолжительность короткого замы­кания в значительной степени зави­сят от длины сварочной дуги. Чем меньше длина дуги, тем больше корот­ких замыканий и тем они продолжи­тельнее.

Форма и размеры капель металла определяются силой тяжести и силами поверхностного натяжения. При свар­ке в нижнем положении сила тяжести способствует отрыву капли, а при по­толочной сварке препятствует перено­су металла электрода в шов. На раз­меры капель большое влияние оказы­вают состав и толщина электродного покрытия, а также сварочный ток. Электродное покрытие, как правило, снижает поверхностное натяжение металла почти на 25. 30%. Кроме то­го, газообразующие компоненты пок­рытия выделяют большое количество газов и создают в зоне дуги повышен­ное давление, которое способствует размельчению капель жидкого метал­ла. При повышении сварочного тока размер капель уменьшается. Перенос электродного металла крупными кап­лями имеет место при сварке на малых токах электродами с тонким покры­тием. При больших плотностях свароч­ного тока и при использовании электро­дов с толстым покрытием перенос ме­талла осуществляется в виде потока мельчайших капель (струйный перенос металла).

На скорость переноса капель металла в дуге действует газовое дутье, представляющее собой поток газов, направленный вдоль дуги в сторону сварочной ванны. При сварке электродом с толстым покрытием стер­жень / электрода (рис. 13) плавится быстрее и торец его оказывается несколько прикрытым «чехольчиком» 3 покрытия 2. Интенсивное газообразо­вание в небольшом объеме «чехоль­чика» приводит к явлению газового дутья, ускоряющего переход капель металла в сварочную ванну.

Основным фактором, влияющим на скорость переноса металла в дуге, является электромагнитное поле. Магнитное поле оказывает сжи­мающее действие и ускоряет образо­вание и сужение шейки капли, а сле­довательно, и отрыв ее от торца элек­трода. Электрическое поле, напряжен­ность которого направлена вдоль дуги в сторону сварочной ванны, также ускоряет процесс отрыва капель. При потолочной сварке перенос капель электродного металла в сварной шов обеспечивается в основном действием магнитного и электрического полей, а также явлением газового дутья в дуге.

Капли металла, проходящие черёз дугу, имеют шлаковую оболочку, кото­рая образуется от плавления веществ, входящих в покрытие электрода. Эта оболочка защищает металл капли от окисления и азотирования, обеспе­чивая хорошее качество металла шва.

Доля электродного металла в сос­таве металла шва различна и зависит от способа и режима сварки, а также от вида сварного шва. При ручной сварке доля электродного металла ко­леблется в широких пределах (30. 80%), а при автоматической сварке. она составляет 30. 40%.

Производительность сварки в-зна­чительной степени зависит от скорости расплавления электродного металла, которая оценивается коэффициентом расплавления ор.

Коэффициент расплавления численно равен массе электродного металла в граммах, расплавленной в течение од­ного часа, отнесенной к одному амперу сварочного тока.

Коэффициент расплавления зави­сит от ряда факторов. При обратной полярности коэффициент расплавле­ния больше, чем при прямой поляр­ности, так как температура анода вы­ше, чем катода. Состав покрытия электрода и его толщина также влия­ют на коэффициент расплавления. Это объясняется, во-первых, значением эффективного потенциала ионизации газов, а во-вторых, изменением тепло­вого баланса дугового промежутка. Коэффициент расплавления при руч­ной дуговой сварке составляет

6,5.. .14,5 г/(А • ч). Меньшие значения имеют электроды с тонким покрытием, а большие — электроды с толстым покрытием.

Для оценки скорости сварки пользуются коэффяциентом наплавки ан. Этот коэф­фициент оценивает массу электродного металла, введенного в сварной шов.

Коэффициент. наплавки меньше коэффициента расплавления на вели­чину потерь электродного металла из - за угара и разбрызгивания. Эти потери при ручной сварке достигают 25. 30%, а при автоматической сварке под флю­сом составляют только 2. 5% от коли­чества расплавленного электродного металла. Знание этих коэффициентов позволяет произвести расчет потреб­ного количества электродного металла для сварки шва установленного сече­ния и определить скорость сварки шва.

Количество металла (кг), необхо­димое для получения сварного шва, gH = LFp, где L — длина свариваемо­го шва, м; F — площадь поперечного сечения шва, м2; р — плотность элек­тродного металла, кг / м3.

Выражая это же количество ме­талла (кг) через коэффициент наплав­ки, получим g„ = 10~3 a „It, где а„ — коэффициент наплавки, г/ (А • ч); / — сварочный ток, A; t — время горения дуги, ч. Отсюда: время горения ду­ги (ч) t= 10_3 g«/(awI) скорость сварки (м/ч) v = L/t.

Зная gH, можно определить необхо­димое количество электродного ме­талла: g3 = gH (1 + ф), где ф — коэф­фициент потерь металла на угар и разбрызгивание.

Кроме того, потребное количество электродного металла (кг) можно оп­ределить, зная коэффициент расплав­ления a p'.ga = 10 ар It.

Задавшись диаметром и длиной электрода, по g3 вычисляют потреб­ное количество электродов. Диаметр стержня электрода должен соответст­вовать значению сварочного тока, дли­на стандартизована.

ПЛАВЛЕНИЕ И ПЕРЕНОС МЕТАЛЛА

Плавление электрода под действием дуги идёт равномерно и подчиняется следующей приближённой зависимости, установлен­ной опытным путем:

где g — количество расплавленного электродного металла;

я — коэффициент плавления, определяемый опытным путём;

I — ток в дуге; t — время горения дуги.

Количество металла чаще всего выражается в граммах, а время горения дуги в часах, тогда коэффициент плавления получает раз­мерность zta-час. Наличие подобной зависимости показывает, что плавление металла электрода идёт преимущественно за счёт энер­гии, освобождаемой в электродном пятне и пропорциональной току, влияние длины и напряжения дуги незначительно. Коэффициент плавления зависит от материала электродного стержня и обмазки, покрывающей его поверхность, а также от рода и полярности тока и колеблется в пределах от 8 до 14 г/а-час для разных элек­тродов.

При сварке на постоянном токе электрод обычно даёт лучшие результаты, если он используется на той полярности, при кото­рой плавление идёт медленнее. В процессе сварки происходят по­тери жидкого металла вследствие его окисления воздухом и через шлак, а также вследствие испарения и разбрызгивания за пределы

ванны. Все эти процессы создают так называемые потери металла на угар и разбрызгивание Дg. Приращение массы изделия в ре­зультате сварки gH или вес наплавки равняется весу расплавлен­ного электродного металла за исключением потери на угар и раз­брызгивание

Потери на угар и разбрызгивание характеризуются коэффици­ентом 8, который определяется в процентах по формуле:

Величина 8 зависит от состава и количества обмазки на элек­троде и возрастает с увеличением сварочного тока, меняясь в пре­делах от 5 до 30% для обычных электродов. Грубо приближённо можно принять, что и приращение массы изделия или вес наплавки пропорциональны току и времени горения дуги.

Эта формула аналогична предыдущей; коэффициент наплавки а„ имеет ту же размерность, что и коэффициент плавления, т. е. гіа-час. Так как потери на угар и разбрызгивание колеблются в довольно широких пределах в зависимости от различных факто­ров, то коэффициент наплавки менее постоянен, чем коэффициент плавления. Несмотря на это, коэффициентами наплавки широко пользуются в различных практических расчётах. Для различных электродов коэффициент наплавки меняется в пределах от 7 до 12 г/а-час.

Непосредственным наблюдением не удаётся уловить процесс перехода расплавленного металла с электрода в ванну. Применение более мощных средств исследования, в том числе скоростной кино­съёмки с числом снимков 1000—-2000 в секунду показало, что основная часть электродного металла переходит на изделие в фор­ме капель, причём наблюдаются две формы переноса: крупнока­пельная и мелкокапельная. При крупнокапельном переносе на конце электрода образуется капля жидкого металла, которая быстро уве­личивается, затем делает быстрое движение вперёд, вытягиваясь по направлению к изделию. При этом происходит или полное замы­кание дугового промежутка мостиком жидкого металла или замет­ное его укорочение. Затем мостик жидкого металла разрывается так, что большая часть металла остаётся на изделии, меньшая на электроде, и дуга приобретает нормальную длину. Процесс повто­ряется с довольно правильной периодичностью и сопровождается переносом на изделие от 20 до 50 капель приблизительно одинако- вого размера в секунду.

Мелкокапельный перенос осуществляется потоком мелких капель жидкого металла, быстро передвигающихся от электрода к изде­лию. Крупнокапельный перенос наблюдается преимущественно при
работе на небольших токах электродами с тонкой обмазкой. С уве­личением тока и количества обмазки на электроде процесс прибли­жается к мелкокапельному. Перенос металла идёт всегда со стерж­невого электрода малых размеров к изделию больших размеров; направление переноса не зависит от рода тока и полярности по- стоянноге тока.

Фиг. 49. Пространственные положения сварки.

Наплавка металла на изделие возможна как в нижнем поло­жении, когда поверхность изделия горизонтальна и перенос ме­талла с электрода на изде­лие идёт сверху вниз в на­правлении действия силы тяжести, так и в верти­кальном или в потолочном положении (фиг. 49). При потолочном положении сварки расплавленный ме­талл должен переноситься с электрода в ванну снизу вверх против направления действия силы тяжести.

Фиг. 50. Формирование наплав­ленного металла.

Возможность вертикаль­ной и в особенности ПОТО­ЛОЧНОЙ сварки доказывает, что процесс переноса металла в свароч­ной дуге не является простым падением капель под действием силы тяжести. Перенос металла производится совместным действием мно­гих факторов, однако общая картина настолько сложна, что до настоящего времени не имеется достаточно пол­ного теоретического объяснения.

Наряду с переносом более или менее крупных капель идёт также перенос очень мелко раздробленного расплавленного жидкого металла. Некоторое значение имеет также кон­денсация паров металла из столба дуги на поверхности ванны. Расплав­ленный металл электрода, попадая в ванну, перемешивается с расплавлен­ным основным металлом, образуя совместно с ним наплавленный ме­талл. Дутьё газов дуги оказывает механическое давление на жидкий ме­талл и отбрасывает его со дна на поверхность (фиг. 50). Отбрасыва­ние жидкого металла происходит отдельными пульсациями, и металл откладывается отдельными порциями, что придаёт поверхности на­плавленного металла известную неровность или чешуйчатость. Электроды с тонкой обмазкой дают чешуйки более крупные и грубые, электроды с качественной обмазкой дают более тонкую, иногда почти незаметную чешуйку и более гладкую поверхность металла.

При перемещении дуги равномерно по намеченной линии полу­чается полоска наплавленного металла, так называемый валик (фиг. 51). Поперечное сечение валика характеризуется глубиной расплавления h, высотой валика Н, шириной валика Ь, площадью поперечного сечения F. Технологически важными характеристиками

являются отношениями При ручной сварке в разных случаях h

меняется в среднем в пределах от 2 до 6 мм, Н от 2 до 5 мм

и b от 5 до 25 лш. Отношения — и ~ меняются в пределах от 2

Фиг. 51. Валик наплавленного металла.

1 — наплавленный металл; 2 — зона влияния; 3 — основной металл; 4 — конечный кратер.

Валик является элементом дуговой сварки металлическим элек­тродом, подобно стружке при обработке металла резанием. Как всякая обработка резанием сводится к снятию большего или меньшего количества стружки, так и сварка металлической дугой сводится к наложению на поверхность изделия известного количе­ства валиков. Наплавленный металл, образующий валик, представ­ляет собой литой металл, весьма быстро охлаждённый и затвер­девший. Быстрота охлаждения придаёт наплавленному металлу характерную дендритную структуру и не позволяет правильно сформироваться отдельным кристаллическим зёрнам. Кроме того, вследствие той же быстроты охлаждения наплавленный металл часто бывает засорён неметаллическими включениями и газовыми пузырьками.

По химическому составу наплавленный металл представляет не­что среднее между основным и электродным металлом со следую­щими характерными изменениями. Вследствие значительного пере­грева металл теряет легко испаряющиеся составные части, напри­мер марганец, в значительных размерах; металл может быть

окислен и азотирован действием атмосферного воздуха. Наблю­дается также сильное выгорание легко окисляющихся элементов, например углерода и кремния. Вредные примеси — фосфор и сера — практически не выгорают в процессе сварки и сохраняются пол­ностью.

Время R пек Фиг. 52. Нагрев и охлаждение металла при сварке.

Так как химический состав наплавленного металла часто полу­чается совершенно неудовлетворительным и неприемлемым, то не­редко приходится принимать специальные меры к улучшению со­става наплавленного металла. Наиболее частым приёмом является введение легирующих присадок в состав обмазки электродов. По­средством легирования через электродную обмазку или электрод­ный стержень специально­го состава удаётся устра­нить ухудшение химиче­ского состава металла, вы­званное процессом сварки, и восстановить его удов­летворительные механиче­ские свойства. К наплав­ленному металлу прилега­ет переходная зона, лежа­щая между наплавленным металлом и неизменён­ным основным металлом.

Эта зона называется зоной термического воздействия, зоной термического влия­ния или просто зоной влияния, образование ко­торой при сварке неизбеж­но. В зоне влияния нахо­дится основной металл, не расплавлявшийся в процессе сварки и со­хранивший практически неизменным свой химический состав, но изменивший свою структуру и механические свойства вследствие тер­мообработки, созданной процессом сварки.

Процесс нагрева и охлаждения какой-либо точки металла зоны влияния показан на фиг. 52. Сначала происходит быстрое повыше­ние температуры, а затем более замедленное, но всё же достаточно быстрое охлаждение металла, идущее главным образом за счёт от­дачи тепла в прилегающие холодные слои металла. Максимальная температура, до которой нагревается металл данной точки зоны влияния, зависит от положения этой точки. На границе расплавле­ния максимальная температура равняется температуре плавления металла. По мере удаления от границы расплавления максимально достигаемая температура понижается (фиг. 53).

Результат теплового воздействия на металл в зоне влияния за­висит от отношения данного металла к термообработке. Так, напри­мер, мало чувствительный к термообработке, технически чистый металл при сварке мало изменяет свою структуру и механические
свойства в зоне влияния. Если же металл чувствителен к термооб­работке, то его структура и механические свойства в зоне влияния могут резко изменяться. При этом могут наблюдаться как закалка с образованием твёрдых и хрупких структур, образование трещин,

Фиг. 53. Распределение максимальных тем­ператур.

так и отжиг со зна­чительным снижением пределов прочности, те­кучести и т. д. В подоб­ных случаях наиболее слабым местом сварного соединения может быть уже не наплавленный металл, а зона влия­ния, поэтому приходит­ся принимать специаль­ные меры к её улучше­нию, которые сводятся к изменению теплового режима в процессе свар­ки и последующей тер­мообработке. Могут на­блюдаться необратимые ухудшения структуры металла, не восстанав­ливаемые последующей термообработкой. Такое явление наблюдает­ся, например, у дуралюминия и некоторых специальных сталей.

Рассмотрим изменения, происходящие в зоне влияния при сварке малоуглеродистой стали. На фиг. 54 схематически изобра­жена левая начальная часть диаграммы железо — углерод и рядом изображены изменения структуры металла в зоне влияния, вызван­ные процессом сварки. У границы расплавления металл подвер­гается сильному перегреву, что вызывает значительный рост зерна и возможное образование видманштеттовой структуры. По мере удаления от границы расплавления максимальная температура и степень перегрева уменьшаются и зерно металла становится менее крупным. Далее идёт зона нормализации или измельчения зерна, в которой за время нагрева не успевает произойти сраста­ние зёрен аустенита, а при последующем охлаждении происходит выпадение мелких зёрен перлита и феррита. За этой зоной следует зона частичной нормализации с максимальной температурой между точками Ас3 и Ас, в которой успели раствориться лишь включения перлита, распавшиеся при последующем охлаждении на мелкие зёрна. Зёрна же феррита остались почти неизменёнными, так что •структура металла по охлаждении отличается неравномерностью, наличием скоплений мелких зёрен наряду с довольно крупными зёрнами. Далее следует зона, в которой температура нагрева не достигала точки Ас, поэтому и не происходило образования

7- железа, растворения перлита и измельчения зерна, но здесь шёл процесс рекристаллизации, т. е. восстановление приблизительно
равноосных зёрен из деформированных зёрен и их осколков, со­зданных процессом прокатки металла.

По мере удаления от границы расплавления явления рекристал­лизации слабеют и идёт постепенный переход в зону, где макси­мальная температура металла не превышала 500° и где невозможно установить какие-либо признаки теплового воздействия процесса сварки на металл, кроме возможного отпуска закалочных структур и некоторого снижения предела прочности. Естественно, что вслед-

Тепловая характеристика дуги. Электрическая дуга выделяет значительное количество тепла, которое образуется вследствие превращения энергии движения частиц в тепловую энергию при столкновении их с анодом, катодом и друг с другом.

Под действием тепла дуги основной металл расплавляется на некоторую глубину, называемую глубиной проплавления или проваром.

Основное количество тепла дуги выделяется в катодной и анодной зонах. В самой дуге выделяется меньшая часть тепла, расходуемого на испарение расплавленного металла и покрытия электрода и частично теряемого в окружающую среду.

Например, при сварке на постоянном токе угольной дугой выделяется на аноде — около 42%, на катоде — около 38% и в столбе — около 20% общего тепла дуги. Анод подвергается более сильной бомбардировке частицами, поэтому на нем выделяется больше тепла.

Температура дуги также различна и составляет: при использовании угольных электродов — для катода около 3200° С, для анода около 3900° С; при использовании стальных электродов — для катода около 2400° С, для анода около 2600° С.

Полная тепловая мощность дуги Q подсчитывается по формуле

где I — сварочный ток, а;

U_д — напряжение дуги, в, а 0,24 коэффициент перевода электрических величин, кал/вт_*сек

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

Здесь буквой n рбозначен эффективный коэффициент полезного действия нагрева металла дугой. Коэффициент n равен:

Тепловой режим сварки характеризуется количеством тепла, вводимого в металл на единицу длины шва. Эта величина называется погонной энергией сварки и выражается отношением:

где v — скорость сварки, см/сек.

Величина погонной энергии имеет большое значение при определении рационального режима сварки легированных термообрабатываемых сталей.

Примерные балансы использования тепла сварочных дуг приведены в табл. 1.

Из табл. 1 видно, что при сварке под флюсом тепло дуги используется более полно, так как эффективная мощность дуги выше.

Перенос металла в дуге. Дуга расплавляет электрод с довольно большой скоростью; например, стальной электрод длиной 450 мм расплавляется за 1,5—2 мин. Расплавленный электродный металл переносится в сварочную ванну в виде капель разного размера — от тысячных долей мм до 5—6 мм диаметром. Размер капель определяется в первую очередь плотностью тока в электроде, а также зависит от состава электрода и покрытия, электромагнитных явлений в дуге и других факторов, определяемых способом сварки. При ручной дуговой сварке в виде капель переносится до 90% электродного металла, остальные 10%—это брызги и пары, значительная часть которых теряется. В зависимости от диаметра капли в секунду может переноситься: при диаметре 1 мм — до 150, при 2 мм — до 20, при 5—6 мм — от 1 до 2 капель.

Перенос металла в виде крупных капель с кратковременным замыканием дугового промежутка характерен для сварки электродами с тонким (меловым или др.) стабилизирующим покрытием и сварки в защитных газах, при плотностях тока до 50 а/мм 2 на обратной полярности, а при сварке на прямой полярности — даже и при более высоких плотностях тока в электроде, но при низком напряжении дуги.

Перенос металла в виде потока мелких капель без замыкания ими дугового промежутка характерен для сварки толстопокрытыми электродами и сварки под флюсом. В этом случае большинство капель заключено в оболочку из шлака. Так же переносится металл и в процессе сварки в защитных газах при плотности тока в электроде от 50 до 100 а/мм 2 . И наконец, металл переносится в виде очень мелких, часто отделяющихся от электрода капель. Капли образуют сплошную струю жидкого металла: поэтому такой перенос называется струйным переносом металла и характерен для сварки в аргоне плавящимся электродом из нержавеющей стали при высоких плотностях тока.

В момент прохождения через дуговой промежуток металл нагревается до 2100—2300° С и при этой температуре протекают все металлургические процессы и химические реакции в капле.

Производительность процесса плавления металла. Количество электродного металла, расплавленного за определенное время, подсчитывают по формуле

где G_p — количество расплавленного металла электрода, г;

К_р— коэффициент расплавления, г/а-ч; I — величина сварочного тока, а; t — время горения дуги, ч.

Из формулы следует, что чем больше ток и длительнее горит дуга, тем большее количество металла будет расплавлено.

Коэффициентом расплавления К_Р называется количество расплавленного электродного металла в граммах в течение одного часа, приходящееся на один ампер сварочного тока, т. е.

Коэффициент расплавления зависит от материала электродного стержня, состава покрытия, а также от рода и полярности тока.

Для стальных электродов коэффициент расплавления может колебаться в пределах от 5 до 20 г/а_*ч, составляя в среднем 8— 12 г/а _* ч.

При сварке, вследствие частичного окисления, испарения и разбрызгивания, часть жидкого электродного металла теряется и не переходит в наплавленный металл шва.

Для подсчета количества наплавленного металла нужно в приведенной выше формуле коэффициент расплавления К_Р заменить величиной К_н, называемой коэффициентом наплавки. Коэффициент наплавки К_н равен

где G_H — количество наплавленного металла, г.

При сварке на переменном токе электродами с толстым покрытием значения коэффициента наплавки могут быть в пределах К_н = 6-18 г/а_*ч, составляя в среднем К_н= 7- 10 г/а _* ч (см. табл. 5).

Коэффициент наплавки К_н меньше коэффициента расплавления К_Р на величину потерь электродного металла при сварке. Эти потери выражаются коэффициентом потерь, представляющим отношение разности количеств расплавленного и наплавленного электродного металла к количеству расплавленного. Коэффициент потерь обозначают буквой и выражают в процентах, определяя его по формуле

Величина коэффициента потерь ψ в % составляет: при сварке тонкопокрытыми электродами 10—20, толстопокрытыми 5—10, в защитных газах 3—6, под флюсом 1—3.

Пример. Сварка производится толстопокрытыми электродами током 300 а. К_н =11 г/а_*ч. За 1 ч горения дуги сварщик может наплавить металла:

11 • 300=3300 г, или 3,3 кг.

Знать величину коэффициента наплавки важно для нормирования сварочных работ. Обозначим через v — скорость сварки, см/ч; F — площадь поперечного сечения шва, см 2 . Тогда скорость сварки можно подсчитать по формуле

где число 7,85 обозначает массу 1 см 3 наплавленного металла (стали), г.

Следовательно, скорость сварки будет тем выше, чем выше коэффициент наплавки К_н и чем больше ток I.

Пример: К_н =11 г/а_*ч; I = 300 а; F=l,l см 2 . Скорость сварки составит:

Автор: Администрация

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Читайте также:

  
• Металлический шкаф для кухни
  
• Устройство металлической двери в разрезе
  
• Штамп для штамповки из листового металла
  
• Серебро это белый металл
  
• Металлический катализатор срок службы