Технологические возможности ручной электродуговой сварки покрытыми электродами характеризуется, прежде всего, производительностью процесса. Эта величина определяется в первом приближении скоростью расплавления металлического электродного стержня ν (см/мин). Наравне с линейной скоростью плавления определяют массовую (весовую), выраженную в г/мин. (2):
г/мин (2)
где
g – погонный вес электродного стержня г/см.
ν – скорость расплавления металлического электродного стержня
Погонный вес электродного стержня может быть определен экспериментально - путем взвешивания или расчетом по формуле (3):
, г/см (3)
где
d - диаметр электродного стержня, см;
g - плотность материала электродного стержня, г/см3.
Многочисленными исследованиями установлено, что скорость плавления электрода для ручной дуговой сварки зависит не только от состава электродного покрытия, но и от электрических параметров режима сварки - силы сварочного тока Iд и напряжения дуги Uд. С изменением последних двух величин изменяется мощность дуги, а, следовательно, и количество тепла, затрачиваемого на расплавление электродного материала. Поэтому наиболее объективной оценкой производительности сварки покрытыми электродами считают скорость расплавления электродного стержня, отнесенную к единице сварочного тока. Эта характеристика именуется коэффициентом расплавления и имеет размерность г/(А´час).
|
|
Для определения коэффициента расплавления необходимо скорость расплавления электродного стержня, выраженную в г/мин., разделить на силу сварочного тока, при которой получена данная скорость расплавления (4):
, (4)
где
g - масса электродного стержня, г/см;
Dlст - длина электродного стержня, расплавленного при сварке, см;
Iсв - сила сварочного тока, А;
tсв - время, за которое был расплавлен электродный стержень длиной Dlст, мин.
αр зависит от состава сварочной проволоки и покрытия электрода, веса покрытия, а так же 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.
В процессе расплавления электродного материала и перехода его в сварочную ванну, металл подвергается воздействию высоких температур до (6000°С) и системы сил, определенным образом ориентированных в пространстве. При этом часть металла испаряется, а часть - разбрызгивается. Кроме того, в состав электродных покрытий вводят различные металлические порошки - ферросплавы и чистые металлы, которые в процессе плавления принимают участие в металлургических реакциях. Часть этих порошков переходит в сварочную ванну и является дополнительным присадочным материалом. Таким образом, количество металла, пошедшего на образование сварочного шва, зачастую отличается от количества расплавленного электродного стержня.
|
|
Поэтому производительность сварки следует определять по скорости наплавки. Скорость (или производительность) наплавки определяют как изменение веса свариваемых изделий за время сварки. При этом не учитывают вес брызг и шлака, остающихся после сварки на сварном шве и прилегающих участках свариваемых деталей (5):
, г/мин (5)
где
DG - изменение веса свариваемых деталей, г;
t – время сварки, мин.
Изменение электрических параметров режима сварки приводит к изменению производительности наплавки. Поэтому принято определять коэффициент наплавки, являющийся отношением скорости наплавки к силе сварочного тока (6):
, (6)
где DG - изменение веса свариваемых изделий после наложения шва или вес наплавленного металла, г.;
I - сила сварочного тока, А;
t - время, за которое было наплавлено DG грамм металла, мин.
Коэффициент наплавки (αн) меньше коэффициента расплавления (αр) на величину потерь электродного металла при сварке, составляющих от 5 до 20%.
При сварке на переменном токе электродами с толстым покрытием величина коэффициента наплавки может быть в пределах
αн = 6…18 (г/А´ч), составляя в среднем αн = 7…10 (г/А´ч).
Величину коэффициента наплавки важно знать при нормировании сварочных работ. Обозначим через V – скорость сварки (см/ч); F – площадь поперечного сечения шва (см2), тогда:
,см/ч(7)
где ρ – плотность металла, г/см3.
Следовательно, скорость сварки будет тем выше, чем больше коэффициент наплавки и больше ток.
Соотношение между коэффициентами наплавки и расплавления или скоростями наплавки и расплавления определяет коэффициент использования электродного стержня или выход наплавленного металла (8):
, (8)
Коэффициент наплавки является главной и объективной оценкой производительности сварки электродами любой марки. Эта характеристика обязательно указывается в паспорте на электроды и в каталогах.
Для более детальной оценки сварочно-технологических свойств покрытия электродов принято определять коэффициент веса покрытия (КВП), коэффициент шлаковой защиты (КШЗ), коэффициент использования электродов или выход годного металла (КЭ) и коэффициент набрызгивания, коэффициент веса покрытия - это отношение веса электродного покрытия GПОКР к весу электродного стержня GЭЛ.СТ . такой же длины (9).
(9)
Обычно коэффициент веса покрытия колеблется в пределах 30-40%. Коэффициент шлаковой защиты - отношение веса шлака GШЛ, полученного при выполнении шва, к весу наплавленного металла (10):
(10)
Эта величина определяет степень защиты металла сварочной ванны от окружающей газовой атмосферы и колеблется в пределах 33-38%.
Снижение коэффициента газовой защиты вредно сказывается на механических свойствах металла шва, а с увеличением - значительно усложняет процесс сварки из-за избытка шлака в зоне горения дуги.
Коэффициент набрызгивания - отношение веса металлических и шлаковых брызг к весу наплавленного металла - определяет необходимые затраты рабочего времени и энергии на очистку сварных конструкций и деталей (11).
(11)
Для определения расхода электродов на сварку очень удобной является величина выхода годного металла или коэффициент использования электрода (12):
(12)
где Gэл.ср . - вес сгоревшей части электрода в г.
Обычно выход годного металла не превышает 65-70%.
Коэффициент потерь (Ψ) – характеризует потери металла электрода на разбрызгивание, испарение, окисление
.
, (13)
где
Gн – масса наплавленного металла, г,
Gp – масса расплавленного металла, г.
Коэффициент потерь зависит не только от состава проволоки и её покрытия, но так же от режима сварки и типа сварного соединения. Коэффициент потерь возрастает при увеличении плотности тока и длины дуги. Он несколько меньше при сварке в тавр с разделкой кромок, чем при наплавке.
|
|
Производительность процесса дуговой сварки – определяется количеством наплавленного металла (Gн):
, (14)
Чем больше ток, тем выше (Gн). Однако при значительном увеличении сварочного тока для применяемого диаметра электрода – последний может быстро нагреваться теплом Джоуля-Ленца:
, (15)
что резко понизит качество сварочного шва, так как металл шва и зона сплавления основного металла будут перегреты. А перегрев электрода увеличивает, к тому же, разбрызгивание металла.
Погонная энергия.
Количество тепла, вводимое дугой в свариваемый металл в единицу времени, называется эффективной тепловой мощностью. Она меньше полной тепловой мощности дуги и слагается:
1. Из тепла, выделяющегося в пятне дуги на свариваемом металле.
2. Тепла, вводимого в металл за счёт теплообмена со столбом дуги и её пятном на свариваемом металле.
3. Тепла, вносимого в свариваемый металл с каплями расплавленного металла электрода, электродного покрытия (или флюса).
Эффективная тепловая мощность подсчитывается по формуле:
(16)
где Uд – напряжение на дуге, В,
Iд – сила сварочного тока, А,
h – эффективный коэффициент полезного действия.
Откуда:
(17)
Эффективным к.п.д. процесса нагрева металла сварочной дугой называется отношение количества введенного в металл тепла к тепловому эквиваленту электрической мощности дуги.
Этот коэффициент характеризует эффективность процессов выделения тепла и теплообмена в дуговом промежутке по отношению к нагреву металла изделия и зависит в основном от способа сварки.
Отношение эффективной тепловой мощности дуги Qэф к скорости перемещения дуги называется погонной энергией:
(18)
где Vсв – скорость перемещения дуги или скорость сварки, см/с.
Таким образом, погонная энергия – это количество тепла, введенное на единицу длины однопроходного шва или валика.
|
|