Тепловые свойства

Электрическая дуга, горящая в атмосфере (открытая дуга), является мощным и концентрированным источником тепла. Количество выделяемого тепла и температура на различных участках дуги не одинаковы и являются наибольшими в анодной ( + ) области (рис. 8).

При использовании угольного электрода и постоянного тока в катодной области ( – ) выделяется 36 – 38 % тепла q и температура Т достигает 3200⁰ С. В анодной области выделяется 42 – 43 % тепла и температура ее близка 3900⁰ С. Температура столба дуги в средней зоне составляет порядка 6000⁰ С. При металлическом электроде температура в катодной области составляет около 2400, а в анодной – около 2600⁰ С.

Неравномерным распределением тепла в дуге постоянного тока пользуются для регулирования скорости плавления основного или электродного металла, подсоединяя их соответственно к катоду ( – ) или аноду ( + ) сварочной цепи.

При питании дуги переменным током распределение ее тепла и температуры в граничных участках электродов выравнивается в связи с периодической сменой местоположения катодной и анодной областей и примерно равно их среднему арифметическому значению.

Основными тепловыми характеристиками сварочной дуги является тепловая мощность и погонная энергия.

Полная тепловая мощность свободно горящей дуги q₀, т.е. количество тепла, выделяемое дугой, приравнивается к тепловому эквиваленту ее электрической мощности и может быть определена по формуле

,

где l – сила тока, А;

U_Д – напряжение дуги, В.

Эффективная тепловая мощность q сварочной дуги, т.е. количество теплоты, вводимое дугой в свариваемый металл в единицу времени, меньше полной тепловой мощности в связи с расходом тепла дуги на нагрев электрода, теплоотдачу в окружающую среду и потери на разбрызгивание электродного материала.

Эффективная тепловая мощность дуги, от которой зависит производительность сварки, определяется по формуле

,

где – эффективный КПД нагрева металла дугой, зависящий от способа сварки, материала электродов, состава покрытия и других факторов. Например, при сварке тонкопокрытыми электродами и в среде защитных газов (аргона) = 0,5 – 0,6; при сварке толстопокрытыми электродами = 0,7 – 0,85; при сварке под флюсом = 0,8 – 0,95.

Погонной энергией дуги называют количество теплоты, вводимое в 1 см длины однопроходного шва или валика.

Погонная энергия определяется отношением эффективной тепловой мощности дуги q к скорости перемещения дуги v, см/с

Погонная энергия является основным показателем для выбора режима сварки.

При дуговой сварке плавящимся электродом и постоянном сечении однопроходного шва или валика многопроходного шва погонная энергия пропорциональна поперечному сечению однопроходного шва или валика.

Особенности сжатой дуги. Для концентрации тепла дуги и повышения ее температуры столб дуги сжимают с помощью специальной конструкции сопла плазменной горелки или потока газа. В этом случае уменьшается площадь поперечного сечения столба дуги, а температура дуговой плазмы повышается за счет увеличения числа упругих соударений частиц (электронов, ионов и др.). Сжатая дуга применяется для плазменной сварки и резки металлов.