2.3. Приближенный расчет нагрева электрода током

Практика ручной дуговой сварки показывает, что к концу плавления электрода температура его стержня не должна превышать 600-650 ^оС. Более высокий нагрев вызывает слишком интенсивное плавление металла дугой, а также растрескивание, иногда отслаивание покрытия, снижение устойчивости горения дуги, нарушение защиты от воздуха, усиление разбрызгивания, ухудшение качества шва. Поэтому для практики вполне достаточен расчет нагрева электрода до температуры не выше 800^оС.

В интервале температур от 0 до 800 ^оС зависимость коэффициентов,иот температуры можно представить простыми линейными уравнениями.

Дифференциальное уравнение (1) представим в виде

где - коэффициент температуроотдачи электрода с покрытием;

d₁– диаметр стержня;

d₃– диаметр электрода с покрытием.

Удельное сопротивление металлов возрастает с температурой (рис. 4), причем существенно зависит от марки стали. Зависимостьот температуры можно приближенно выразить линейным уравнением,

где - значениепри Т=0.

Для тонких стержней, какими является сварочные электроды, роль теплоотдачи довольно велика (рис. 5). Коэффициент в_эследует принимать не постоянным, как это обычно делается в расчетах, а зависящим от температуры

,

где - начальный коэффициент температуроотдачи электрода при Т=0;

- постоянный коэффициент, зависящий от типа и толщины покрытия, рода тока (табл. 1).

Подставив эти зависимости в дифференциальное уравнение, после разделения переменных, интегрирования и преобразования получим

, (2)

где - предельная температура нагрева,^оС;

V₀=A₀j²– начальная скорость нагрева,^оС/с;

,,,

Точность определения температуры по уравнению (2) зависит от выбора постоянных коэффициентов, определяемых опытным путем. Численные значения коэффициентов при расчете температуры электродов со стержнем из низкоуглеродистой проволоки рекомендуется выбирать по табл. 1.

Таблица 1

Тип покрытия	Род тока	D, оС	А0 102, мм4 оС/(А2 с)	В0 102, мм/с
Меловое и без покрытия	постоянный	240	3,1	1,17
Меловое и без покрытия	переменный	300	3,7	1,4
МР-3, УОНИ-13/45	постоянный	200	2,4	0,96
Мр-3	переменный	240	2,7	1,08

Вычисления по формуле (2) упрощается при использовании номограммы рис. 6.

Рис. 6 Номограмма для расчета нагрева током электрода

из низкоуглеродистой стальной проволоки

2.4. Расчет нагрева электрода сварочной дугой

Для расчета распределения температуры электрода вблизи дуги можно использовать уравнение для движущегося плоского источника теплоты в стержне

.

Решая это уравнение для предельного состояния для полубесконечного стержня при х0, полагаяt_n=,b_c= 0 и задавая вместо мощностиq_итемпературу конца (торца) электрода Т_к, получим

, (3)

где Т_к–температура конца (торца) электрода, равная температуре капель 2300-2500 ^оС;

Т_Т– температура подогрева стержня током,^оС;

х– расстояние от торца электрода, см;

V– скорость плавления электрода, см/с.

Скорость плавления можно рассчитать по уравнению

,

где _н– коэффициент наплавки, г/А ч;

J_св– сварочный ток, А;

d– диаметр электрода, см;

= 7,8 – плотность металла, г/см³;

 - коэффициент потерь металла на разбрызгивание