Лабораторна робота № 3 визначення коефіцієнтів розправлення і навпаки, втрат на вигорання і розбризкування при одно дуговому зварюванні

3.1 Мета роботи

1.1 Визначити коефіцієнти розплавлення ( ) і наплавлення ( ), а та­кож процент втрат електродного металу на вигорання і розбризкування ( ) при дуговому зварюванні в залежності від марки і діаметру електроду, зварю­вального струму, його полярності, а також положення шва в просторі.

1.2 Дослідити вплив режиму ручного дугового зварювання і марки елек­тродів на продуктивність процесу зварювання.

В результаті виконання лабораторної роботи студенти повинні знати та вміти:

- марки, призначення, характеристику електродів і їх підготовку до зва­рювання;

- технологію ручного дугового зварювання;

- вплив параметрів режиму зварювання на формування шва;

- фактори, що впливають на коефіцієнти розплавлення і наплавлення;

- основні техніко - економічні, показники процесу ручного електродуго­вого зварювання.

- зібрати зовнішню електричну схему зварювального поста і підготовити його до роботи;

- відрегулювати обладнання на заданий режим зварювання;

- провести експерименти по визначенню коефіцієнтів і електродів різних марок;

- зробити висновок про вплив режиму зварювання на вказані коефіцієнта;

- обґрунтувати практичне використання значень даних коефіцієнтів при розрахунках продуктивності зварювальних робіт і витрат електродного металу при зварюванні конкретних металоконструкцій.

3.2 Основні теоретичні положення

При зварюванні дуга оплавляє з торця електрод і проплавляє на певну глибину основний метал. Частина тепла дуги розсіюється в оточуюче середо­вище (рис. 3.1).

А– анод; К– катод; 1– катодна пляма; 2– прикатодна область;

3– стовп дуги; 4–прианодна область; 5–анодна пляма

Рисунок 3.1 - Електрична схема дуги

Кількість тепла, що витрачається на розплавлений електроду, являє собою частину всього тепла, що виділяється зварювальною дугою:

(3.1)

де - ефективний ККД процесу розплавлення електроду; І - зварювальний струм, А; U - напруга на дузі, В.

Крім тепла дуги на розплавлення електроду впливає також тепло хімічних реакцій, які проходять на кінці електроду при розплавленні покриття металу і тепла Джоуля-Ленца, що виділяється в металевому стержні при протіканні струму.

Дослідниками було встановлено, що термічний ефект хімічних реакцій для різних марок електродів не перевищує 8...9 % від загальної кількості тепла, яке виділяється зварювальною дугою, а при нагріванні електроду протікаючим струмом в ньому виділяється біля 80 % тепла, необхідного для розплавлення.

Продуктивність розплавлення електроду характеризують коефіцієнтом розплавляння:

(3.2)

де G - кількість розплавленого електродного стержня, г; t - тривалість горіння зварювальної дуги. год.;

Застосування цього коефіцієнта не має конкретного фізичного трактуван­ня, тому що електрод плавиться не струмом, а за рахунок теплової енергії дути. В той же час оцінка продуктивності розплавлення електроду по коефіцієнту розплавлення виявилась практично зручною.

Іноді про продуктивність розплавлення судять по швидкості плавлення електродного стержня:

(3.3)

де l₁ - довжина електродного стержня до досліду, мм; l₂ - довжина електродного стержня після досліду, мм; t - час горіння дуги, с.

До факторів, що впливають на розплавлення електроду, відносять:

а) стан поверхні електродного дроту.

Акуратна зачистка дроту до металевого блиску збільшує продуктивність розплавленім на 10 %.

б) хімічний склад дроту (металевого стержня).

Швидкість плавлення залежить від хімскладу дроту, його теплофізичних властивостей (характеристик). Наприклад: дріт із спокійної сталі плавиться швидше, ніж з киплячої.

в) полярність, струму при зварюванні.

Вплив стану поверхні дроту і його хімскладу на швидкість розплавлення проявляється лише при прямій полярності зварювального струму, при оберненій полярності (плюс на електроді) практично не впливають.

г) тип і товщина покриття електродів.

Встановлено, що компоненти покриття основного характеру знижують напругу на дузі і зменшують швидкість плавлення електроду. Кислі речовини збільшують напругу дуги і збільшують швидкість розплавлення.

При прямій полярності компоненти SiO₂ i Fe2O₃ сприяють збільшенню швидкості розплавлення. СаСО₃, Са(ОН)₂, ВаSO₄ зі збільшенням товщини покриття знижують продуктив­ність розплавлення.