Вопрос 18 Производительность процесса сварки. Понятие о коэффициенте наплавки Производительность дуговой сварки

Производительность процесса дуговой сварки оценивают по количеству проплавленного в единицу времени основного металла Gпр и количеству наплавленного металла Gн, определяемого как избыток веса изделия после сварки по сравнению с весом до сварки.

При сварке неплавящимся электродом (угольным, вольфрамовым) соединений в стык или с отбортовкой без присадочного металла часто важно обеспечить производительность проплавления, а при сварке плавящимся электродом - производительность проплавления и наплавки. Производительность проплавлеиия и наплавки обычно определяют по количеству металла проплавленного или наплавленного в единицу времени.

В практике сварки плавящимся электродом обычно стремимся получить большую производительность наплавки, определяемой по формуле:

Gн = ан*I*tо,

где I - сварочный ток; tо - основное время сварки (время чистого горения дуги); ан - коэффициент наплавки (г/а-ч), который показывает, сколько металла с электрода стержня под действием сварочного тока в I а перейдет на основной металл в единицу времени.

Производительность наплавки Gн связана с производительностью расплавления электродного металла Gp, определяемой из уравнения:

Gp = aр*l*t0,

где ар - коэффициент расплавления (г/а-ч), показывающий количество электродного металла (вг), расплавленного 1 а сварочного тока в единицу времени.

Коэффициент ан меньше коэффициента ар на величину потерь, затраченных на угар и разбрызгивание электродного металла. Коэффициент потерь

П=(Gр-Gн)*100/Gр=(ар*I*to-ан*I*to)*100/aр*I*to=(ap-aн)*100/ар

Коэффициент потерь меняется в зависимости от способа сварки, марки электродов, плотности тока.

Так, при сварке электродами с тонким покрытием П> = 10 -20%, электродами с толстыми покрытиями П =5-10%, при автоматической сварке под флюсом П=1-5%.

В тех случаях, когда в составе толстых покрытий содержится большое количество металлических составляющих, как, например, в электродах марки ЦМ7 и некоторых других, П может иметь положительную величину, т. е. ан будет больше ар.

Скорость расплавления электродного металла в значительной степени определяет производительность и эффективность процесса сварки, а коэффициент расплавления ар зависит от ряда величин, определяющих процесс сварки: полярности, рода и величины тока, напряжения на дуге, состава и толщины покрытия.

Влияние полярности на коэффициент расплавления объясняется изменением теплового баланса приэлектродных областей при смене полярности.

Коэффициент расплавления при сварке плавящимся электродом в среде защитных газов заметно изменяется с изменением полярности или состава газа. Так, при сварке плавящимся электродом в среде углекислого газа коэффициент расплавления значительно выше при прямой полярности, чем при обратной. Это лишний раз подтверждает, что коэффициент расплавления при обратной полярности не зависит от атмосферы дуги.

Но состав защитного газа заметно изменяет коэффициент расплавления при прямой полярности. Быстрое изменение коэффициента расплавления электрода, вызванное добавкой к аргону до 4% СО2 наблюдается также при добавлении к аргону кислорода.

Изменение коэффициента расплавления при добавлении к аргону углекислого газа или кислорода, вероятно, объясняется тем, что кислород обладает как и фтор большим сродством к электрону (3,8 эВ), и увеличение содержания кислорода приводит к увеличению коэффициента наплавки при прямой полярности в результате выделения на катоде дополнительной энергии сродства атомов кислорода к электрону.

Род тока влияет на коэффициент расплавления: так, при сварке под флюсом коэффициент расплавления на переменном токе примерно равен среднему арифметическому от коэффициентов расплавления на прямой и обратной полярности при сварке на постоянном токе. Например, коэффициент расплавления для флюса АН-348 на прямой полярности при I=600А и Uэ=35-37В равен 16,5 г/А-ч, а при обратной полярности - 11,5 г/А-ч. При сварке переменным током при таком же режиме ар равен 13,0-14,5 г/А-ч.

Величина тока также влияет на коэффициент расплавления. С увеличением сварочного тока дуги увеличивается ее эффективная тепловая мощность q и, следовательно, теплопередача электроду от столба дуги.

Кроме того, с увеличением сварочного тока электрод больше подогревается проходящим током. Все это вместе взятое и приводит к увеличению коэффициента расплавления при увеличении сварочного тока. Особенно это заметно при больших плотностях тока, применяемых при полуавтоматической и автоматической сварках.

В этом случае дополнительное количество расплавленного металла Дельта_ар за счет подогрева электрода током может достигнуть значительной величины.

Изменение напряжения дуги различно влияет на коэффициент расплавления. При ручной дуговой сварке с увеличением напряжения дуги коэффициент расплавления незначительно увеличивается. При полуавтоматической и автоматической сварках под флюсом и в среде защитных газов ар с увеличением напряжения дуги несколько падает, так как при этом уменьшается вылет электрода и степень подогрева электрода током.

Изменяя состав электродного покрытия, можно в значительной степени влиять на коэффициент расплавления электродов. Так, например, электроды с меловым покрытием имеют ар, равный 6,5 -7,5 г/а-ч; электроды ОММ-5 имеют ар, равный 8,5 -9,5 г/а-ч, а электроды ЦМ-7С имеют ар, равный 12 -13 г/а-ч.

Толщина покрытия также влияет на коэффициент расплавления. Увеличение толщины покрытия до некоторого предела уменьшает коэффициент расплавления. Дальнейшее утолщение покрытия снова увеличивает ар.

По-видимому, увеличение ар с увеличением коэффициента покрытия создается за счет концентрации энергии и уменьшения потерь теплоты в результате образования чехольчика из оплавляющегося электродного покрытия.