Практическая работа №11

Тема: Определение коэффициентов наплавки, плавления, потерь на угар и  разбрызгивание для различных способов сварки и сварочных материа­лов

Время выполнения заданий – 4 урока

Цель работы

Изучить влияние рода и силы тока, марки электродов на коэффициенты расплавления и наплавки, потерь на угар и разбрызгивание, определить производительность при ручной наплавке.

Общие положения

Процесс расплавления электрода при электродуговой сварке непосредственно связан с обеспечением как эксплуатационных, так и технологических характеристик сварных соединений.

Важной технологической характеристикой процесса расплавления электрода является его производительность. Производительность процесса расплавления определяется количеством расплавленного электродного металла в единицу времени и зависит от следующих факторов:

1. Мощность дуги и ее распределение между анодом, катодом и столбом дуги.

2. Теплофизические свойства металла электродного стержня.

3. Термический эффект процессов, протекающих при плавлении электрода.

4. Количество тепла, выделяющееся в электродном стержне при прохождении сварочного тока, и условия охлаждения электродов.

5. Наличие химических реакций и, в частности, процесса восстановления железа из окислов, содержащихся в покрытии.

Как было установлено опытным путем, плавление электрода под действием дуги происходит равномерно. Количество расплавленного электродного металла можно определить:

G_p = a_p × I _св × t, (1)

где G_p - количество расплавленного металла, г; a_p - коэффициент, определяемый опытным путем, г/А×ч; I _св - ток, А; t - время горения дуги, ч.

Наличие этой зависимости показывает, что расплавление электрода происходит преимущественно за счет энергии, освобождаемой в дуге, и пропорционально току. Вследствие этого главным из вышеперечисленных факторов является мощность дуги или, в первом приближении, величина сварочного тока.

Коэффициент пропорциональности а_р, входящий в (1), называется коэффициентом расплавления и характеризует удельную, отнесенную к единице сварочного тока, производительность процесса расплавления электрода

a_p=, (2)

где t - время расплавления, с.

Коэффициент расплавления зависит от рода и полярности сварочного тока, состава электродного стержня (или электродной проволоки), состава покрытия электрода (при других способах сварки - от состава флюса или защитного газа), плотности тока в электроде.

Коэффициент расплавления при ручной электродуговой сварке обычно a_p = 8 - 14 г/А×ч.

В процессе расплавления при переносе электродного металла в сварочную ванну часть расплавленного электродного металла теряется на угар и разбрызгивание. Вследствие этого количество наплавленного металла G_H, расходуемого на формирование сварного шва, будет меньше, чем количество расплавленного электродного металла на величину потерь на угар и разбрызгивание.

Потери на угар и разбрызгивание оценивают коэффициентом потерь

Y = ×100%, (3)

где G_p - масса расплавленного электродного металла, г; G_н - масса наплавленного металла, г.

Коэффициент потерь Ψ зависит от длины дуги, состава, количества покрытия электрода и растет с увеличением тока. Для покрытых электродов коэффициент потерь находится в пределах 10 - 15%.

Количество наплавленного металла, идущего на формирование сварного шва, определяет производительность процесса наплавки

G_н = α_н× I _св × t, (4)

где G_н - масса наплавленного металла, г; α_н - коэффициент наплавки; I _св - ток, А; t - время наплавки, с.

Коэффициент наплавки характеризует удельную, отнесенную к единице тока, производительность процесса наплавки:

α_н =, (5)

где G_н - масса наплавленного металла, г.

Значение коэффициента наплавки α_нзависит от физико-химических свойств покрытия, потерь на угар и разбрызгивание и изменяется в пределах 7 - 12 г/А ×ч.

Определив коэффициент наплавки α_н, можно подсчитать производительность процесса сварки при данной величине сварочного тока:

Q_н = α_н × I _св. (6)

Производительность процесса сварки открытой дугой ограничена из-за роста коэффициента потерь на угар и разбрызгивание с увеличением сварочного тока.

Применение автоматической сварки под флюсом обеспечивает повышение производительности процесса, в частности, за счет значительного уменьшения потерь на угар и разбрызгивание электродного металла (до 1-3%), так как в этом случае дуга закрыта плотным слоем флюса. Кроме того, при автоматической сварке под слоем флюса увеличивается скорость расплавления электродной проволоки вследствие повышения абсолютной величины тока и плотности тока в электроде.

 

На производительность процесса электродуговой сварки влияют следующие факторы: 1 - сварочный ток; 2 - коэффициент расплавления α_р; 3 - коэффициент наплавки α_н, который обычно меньше α_р, так как не весь расплавленный электродный металл переходит в шов: часть его выгорает, часть разбрызгивается.

Потери металла на угар и разбрызгивание, а также значения коэффициентов расплавления и наплавки зависят от величины сварочного тока. Увеличение тока приводит к повышению температуры дуги, т.е. к интенсивности расплавления электрода и ускорению протекания химических реакций. Следовательно, с увеличением тока α_н и α_р увеличиваются, но на разные значения, так как увеличение температуры дуги приводит к увеличению количества образующихся газов и повышению их давления в капле, а значит, к повышению потерь на угар и разбрызгивание.

На значения α_н и α_р, на потери от угара и разбрызгивания влияют количество тех или иных примесей в электродном металле и электродном покрытии, а также температура стержня электрода. В начальный момент сварки скорость плавления электродного металла небольшая, но по мере разогрева, электрода Джоулевым теплом, при прохождении по нему тока, скорость его плавления увеличивается в два раза, т.е. на 100 и более % при значительных плотностях тока. При этом увеличиваются α_н и α_р. Качество наплавки или шва будет обеспечено, если скорость плавления электрода вначале сварки будет отличаться от скорости в конце не более чем на 30%. Джоулево тепло определяется уравнением:

 (1.1)

Покрытие электродов существенно влияет на коэффициенты расплавления, наплавки и на коэффициент потерь, который равен:

 (1.2)

Коэффициент расплавления толстопокрытых электродов значительно уменьшается по сравнению с коэффициентом голых и тонкопокрытых электродов за счёт того, что некоторое количестве теплоты дуги расходуется на плавление, испарение и разложение покрытия, но прямой зависимости α_р от толщины покрытия нет.

Коэффициент потерь ψ толстопокрытых электродов уменьшается по сравнению с коэффициентом голых электродов за счёт того, что материалы покрытий при испарении дают дополнительное количество газа, который увлекает за собой в шов пары металла и мелкие капли. Коэффициент наплавки α_н электродов с толстым покрытием обычно меньше коэффициента плавления, за исключением тех случаев, когда в покрытие входит большое количество металлических составляющих.

На α_н и α_р оказывают влияние полярность тока, тип соединения, положение шва в пространстве и т.д. Установлено, что род тока существенно их не изменяет. Исследования показали, что α_н и α_р, будут иметь разные значения (при прочих равных условиях) при сварке электродами различных марок.

Масса расплавленного металла определяется по формуле:

(1.3)