7.5 Нагрів та розплавлення електрода

В загальному випадку розрізняють:

а) електрод скінченої довжини (РДЗ, газове зварювання з присадкою, ЕШЗ пластиною, тощо);

б) електрод нескінченої довжини (всі автоматичні і напівавтоматичні способи дугового зварювання, ЕШЗ дротом, тощо).

7.5.1 Нагрів електрода скінченої довжини

Нагрів електрода відбувається від трьох джерел нагріву:

1) дугою — основне джерело, забезпечує розплавлення електрода і основного металу;

2) струмом, що проходить крізь електрод — джоулевим теплом, здатне значно вплинути на процес розплавлення;

3) за рахунок контактного опору між електродом та електрододержаком — має другорядне значення, в розрахунках не обчислюється.

Нагрів електрода струмом. Температуру в заданій точці електрода в заданий час можна визначити експериментальним і розрахунковим шляхом.

При експериментальному визначенні температури електрода в заданій точці електрода закарбовують термопари і по мірі розплавлення електрода через рівні проміжки часу по потенціометрам фіксують зміну температур.

Існує багато методів розрахунку, але найчастіше використовують два нижче приведені.

У обох методах визначається гранична температура

, (7.51)

де T₀ — початкова температура.

Визначається коефіцієнт n

, (7.52)

де d — діаметр електрода;

j — густина струму;

m, A, D₁ — коефіцієнти, що визначаються по таблицям в

залежності від хімічного складу матеріалу

основи і покриття електрода та роду струму.

, (7.53)

де І — величина струму.

Розрахунок за першим методом складається з етапів:

1. По таблицям визначають m, A, D₁.

2. Розраховують густину струму.

3. Розраховують граничну температуру — це температура, яка досягається в електроді від струму при нескінчено тривалому його протіканні.

4. Визначають n.

5. Визначають температуру електрода від протікання струму

, (7.54)

де t — час протікання струму;

Т_Т — температура в електродному матеріалі від струму, що

проходить.

В основі другого методу полягає номограма (рисунок 7.20).

Розрахунок за другим методом складається з наступних етапів:

1) по таблицям визначають m, A, D₁;

2) розраховують густину струму;

3) розраховують граничну температуру;

4) розраховують n;

5) розраховують nt_і (точки k_2і ), де t_і — інтервали часу, для яких визначається температура;

6) визначається точка k₁

; (7.55)

7) відшукується точка S та знаходяться точки k_3і. Лінії Sk_3і повинні проходити з витримкою пропорції відрізків;

8) розрахункова температура

. (7.56)

Нагрів електрода скінченої довжини дугою. Дуга розглядається як рухоме плоске джерело теплоти, що рухається зі швидкістю .

На рисунку 7.21 зображена схема розподілу температури по довжині електрода. На рисунках 7.21, а та 7.21, б - РДЗ (у випадку б) електрод має меншу довжину). На рисунках 7.21, в - ЕШЗ пластинами.

Розподіл температури по довжині електроду від нагріву дугою (дуга має вплив на відстані до 10 мм від т. О, а шлакова ванна – 1\3L, де L – довжина пластини)

, (7.57)

де Т_к— температура розплавлених капель у т. О;

Т_Т — температура в електродному матеріалі від струму, що

проходить;

а — коефіцієнт температуропровідності, см²c^–1;

—швидкість зварювання, смc^–1.

7.5.2 Розплавлення електрода скінченої довжини

Нагрів електрода дугою відбувається від температури Т_Т до Т_к. При цьому ентропія електродного матеріалу збільшується від S_Т до S_к. В основі розрахунків по розплавленню електрода скінченої довжини полягає рівняння процесу розплавлення електрода, яке має вигляд

, (7.58)

де — коефіцієнт корисної дії розплавлення електродного

матеріалу дугою;

— густина металу електрода, гсм^–2;

F — площина перерізу електрода, см^–2;

S_к — ентропія розплавлених капель, калг^-1;

S_Т — ентропія електрода від нагріву струмом, калг^–1.

, (7.59)

де q_e — ефективна теплова потужність — кількість теплоти,

що вводиться дугою в метал в одиницю часу, калс^–1;

q — повна теплова потужність дуги — кількість теплоти,

що виділяється дугою в одиницю часу, калс^–1.

Швидкість розплавлення електроду

, (7.60)

де l — довжина електроду;

t — час розплавлення електроду.

Вага розплавленого металу за одну секунду g_p (гс^–1) — продуктивність розплавлення

(7.61)

або

. (7.62)

Чим більше S_Т, тим більш g_p.

Коефіцієнт розплавлення електродного матеріалу (гА^–1с^–1; гА^–1год^–1)

, г А^-1 с^-1 , (7.63)

. г А^-1 год^-1. (7.64)

Коефіцієнт нерівномірності розплавлення електрода ( ≤1.3)

, (7.65)

де та - максимальна та мінімальна швидкості розплавлення електроду.