Министерство образования и науки Украины

Приазовский государственный университет

Сварочный факультет

Кафедра «Автоматизация и механизация сварочного производства»

Лабораторная работа

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕПЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ»

Студента гр. И 15 ТиУЗ

Беленец Ю.А.

Проверил преподователь

Белик А.Г.

Мариуполь 2016г.

Лабораторная работа

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕПЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ»

Рассматриваются основные тепловые характеристики процесса электродуговой сварки – тепловая мощность дуги, эффективный, термический и полный коэффициенты полезного действия, даются рекомендации по их повышению.

Цель работы: Изучение основных тепловых характеристик процес-

са электродуговой сварки – тепловой мощности дуги, эффективного, термического и полного КПД.

1 Теоретическая часть

Количество тепла, выделяемое дугой за единицу времени, называется тепловой мощностью дуги q, Вт. Она определяется по замеренным в процессе сварки сварочному току I_c и напряжению на дуге U:

q = IU (1.1)

Не все тепло, выделяемое при горении дуги, расходуется на нагрев и плавление металла. Часть выделенного тепла бесполезно расходуется на нагрев окружающей атмосферы путем конвекции и излучения, другая часть уносится с брызгами металла.

Количество тепла, сообщаемое дугой нагреваемому изделию в единицу времени, называется эффективной тепловой мощностью q_u, Вт. Она оценивается эффективным КПД – η_и, который представляет собой отношение эффективной тепловой мощности к полной тепловой мощности дуги, т.е.

(1.2)

Однако на проплавление основного металла расходуется только часть эффективной тепловой мощности. Эта величина оценивается термическим КПД η_t, который представляет собой отношение тепловой мощности, затрачиваемой на проплавление q_np к эффективной тепловой мощности дуги:

(1.3)

Тепло, расходуемое дугой на проплавление металла за единицу времени, или тепловую мощность, затрачиваемую дугой на проплавление, можно подсчитать, зная объем проплавляемого за единицу времени металла V = F_np v_cв и теплосодержание единицы объема металла, соответствующее температуре плавления S'_пл = S_пл γ:

q_пр = F_np∙v_cв∙S'_пл (1.4)

где F_np – площадь проплавления основного металла, см²;

S'_пл – теплосодержание расплавленного металла, для малоуглеродистой стали S'_пл = 10400 Дж/см³;

v_cв – скорость сварки, см/с.

Расчет термического КПД может быть выполнен с помощью номограммы Н.Н. Рыкалина (Рис. 1.1). Для этого необходимо вычислить безразмерный критерий ε по формуле

(1.5)

где a – коэффициент температуропроводности,

для малоуглеродистой стали а = 0,08 см²/с.

Полный тепловой КПД η_пр характеризует полную эффективность процесса проплавления металла дугой, он равен произведению эффективного и термического КПД, т.е.

(1.6)

Следовательно, полный тепловой КПД равен отношению тепловой мощности, затрачиваемой на проплавление, к полной тепловой мощности дуги.

С увеличением сварочного тока увеличивается площадь проплавления, что свидетельствует об увеличении мощности, затраченной на проплавление q_nр, а значит и термического η_t и полного η_пр коэффициентов полезного действия.

2 Экспериментальная часть

Определение эффективной тепловой мощности дуги производится путем калориметрирования. Для этого отдельно на пластине подбирается режим сварки, обеспечивающий стабильность процесса.

Рис. 1.1 – Номограмма для определения термического к.п.д. при наплавке валика на массивное тело (Н/В = 0,1….2,5) и уширенной (а) зоне проплавления (Н/В < 0,5), полукруглой (б) зоне (Н/В = 0,5) и углубленной (в) зоне (Н/В > 0,5).

Затем калориметрируемая пластина с размеченной мелом осевой линией укладывается на теплоизоляционную подставку. На выбранном режиме выполняют наплавку, начинают и заканчивают ее на расстоянии 15 мм от торцов пластины.

После окончания наплавки пластина быстро вносится в калориметр, последний закрывается крышкой и в течение 1-2 мин мешалкой производится выравнивание температуры воды в калориметре. После замера температуры воды в калориметре образец извлекается из калориметра и взвешивается. Опыт повторяется три раза.

В целях обеспечения постоянства условий опыта и точности полученных данных рекомендуется:

– соблюдать постоянным время переноса образца в калориметр после наплавки в пределах 1,5 ÷ 2,5 с;

– периодически менять воду в калориметре с тем, чтобы ее температура перед погружением образца не отличалась более чем на 5 ÷ 7 ⁰С от температуры окружающего воздуха.

В процессе проведения опыта записываются:

– среднее значение тока и напряжения на дуге – по щитовым приборам, время горения дуги – по секундомерам;

– время переноса образца в калориметр – по секундомеру;

– температура воды в калориметре до и после опыта, ⁰С;

– масса пластины после наплавки, г;

– толщина пластины, см;

– масса воды в калориметре, калориметрического сосуда и мешалки – (из табл. 2.1);

– длина валика, см.

Затем пластина разрезается на механической пиле и готовится макрошлиф, с которого после травления снимаются геометрические размеры шва (Рис. 2.1).

Рис. 2.1 – Геометрические размеры шва

Таблица 2.1 – Данные калориметра

Объем воды, л	10
Масса калориметрического сосуда, г	2846
Масса мешалки, г: лопасти (латунь) стержня (сталь 3)	11 135
Водяной эквивалент калориметра, Дж/ºК	1256

Полученные результаты вносятся в табл. 3.3.