7.6 Електрод нескінченої довжини

7.6.1 Нагрів електрода нескінченої довжини

Нагрів електрода здійснюється двома джерелами тепла (рисунок 7.22): прохідним струмом (розподіленим) і дугою (зосередженим).

У зв’язку з великою швидкістю подачі електродного дроту температура від впливу струму не встигає розповсюджуватися вище крапки А. Температура від нагріву струмом визначається за формулою (7.66)

, (7.66)

де l — довжина вильоту;

x — координата по довжині електрода, де визначається Т_Т.

Температура нагріва електроду дугою визначаеться як

. (7.67)

Для ЕШЗ дротом на ділянці l _ш температура електрода визначається як

, (7.68)

де Т_ш — температура шлаку;

l _ш — довжина електрода, що занурений у шлак (дорівнює 1/3 від ( + ).

На ділянці сухого вильоту l _с температура визначається як

. (7.69)

7.6.2 Розплавлення електрода нескінченої довжини

Для оцінювання процесу розплавлення електрода нескінченої довжини використовуються ті параметри, що й для електрода скінченої довжини.

Керують процесом розплавлення двома параметрами: величиною струму і довжиною вильоту.

При зростанні струму та довжині вильоту на початковому етапі зварювання зростає ентропія S_Т та зростає продуктивність розплавлення.

7.7 Нагрів та розплавлення основного метала

Здійснюється за рахунок теплової енергії електричної дуги. В процесі розплавлення відбувається утворення фізичного контакту за рахунок змочування кромок рідким металом, утворення загальної для двох металів, що зварюються, зварювальної ванни, кристалізація металу, яка забезпечує утворення моноліта.

Зварювальна ванна характеризується наступними параметрами (рис.7.24):

Н_К – глибина кратера;

Н – глибина проплавлення;

L – довжина зварювальної ванни;

В – ширина зварювальної ванни.

Контури зварювальної ванни представляють собою ізотерми для точок, що відповідають температурі плавлення. Параметри зварювальної ванни залежать від теплофізичних властивостей основного металу, режиму зварювання, складу та фізичних параметрів навколишньої атмосфери, від положення зварного шва у просторі, тощо.

Розрізняють два вида дуги: занурена та поверхнева.

При поверхневій дузі має місце невелика глибина кратера Н_К і відносно велика кількість розплавленого металу безпосередньо під дугою (Δ = Н – Н_К).

При зануреній дузі глибина кратера має значно більшу величину, рідкий метал під дугою витіснений у хвостову частину зварювальної ванни, що створює сприятливі умови для плавлення металу великих товщин.

Г

(7.70)

еометричні параметри зварювальної ванни піддаються розрахунку, однак мають велику похибку, так як не враховують приховану теплоту плавлення металу, коливання режимів зварювання та інших факторів. Визначимо довжину зварювальної ванни на прикладі наплавлення валика на масивне тіло потужним швидкорухомим джерелом теплоти (рисунок 7.24).

П

(7.71)

ри R = 0

(7.72)

t = t_в – час перебування металу у рідкому стані (с).

З

(7.73)

іншого боку t_в може бути визначене через швидкість зварювання та довжину зварювальної ванни

З

(7.74)

формул (7.72) та (7.73) випливає

Довжина зварювальної ванни буде прямопропорційна ефективній потужності джерела (q_u = η_u  q = η_u  0.24  IU ) або прямопропорційна зварювальному струму та оберненопропорційна теплопровідності λ та температурі плавлення основного металу. Теоретично довжина зварювальної ванни не залежить від швидкості зварювання. Однак, експериментально доведено, що швидкість зварювання впливає на геометрію шва.

Для характеристики зварного шва вводиться ряд параметрів (рисунок 7.25 ).

На рисунку 7.25 наведені наступні позначення:

В – ширина зварного шва;

Н – глибина проплавлення;

F_н, F_пр – площі поперечного перерізу відповідно

наплавленого та проплавленого металу;

с – посилення

Для характеристики зварювальної ванни вводять наступні коефіцієнти:

а

(7.75)

) коефіцієнт форми проплавлення

де В і Н – ширина та глибина зварювальної ванни;

б ) коефіцієнт повноти проплавлення

в

(7.76)

(7.77)

) коефіцієнт площ

г

(7.78)

) коефіцієнт повноти валика

д

(7.79)

) коефіцієнт форми валика

Для отримання якісного зварного шва потрібно ψ_в >7.