Раздел III. ТЕПЛОВЫЕ ОСНОВЫ СВАРКИ

НАЗАД: 3.5. Тепловая эффективность процесса сварки

3.6. Производительность процессов наплавки и проплавления

Производительность процессов наплавки и проплавления определяется показателями g_н и g_пр, которые называются мгновенной производительностью наплавки и проплавления. Эти показатели зависят от соответствующих площадей, получаемых при сварке:

g_н = F_нVg, (г/с); (3.66)

g_пр = F_прVg, (г/с); (3.67)

В свою очередь величина g_н зависит от мгновенной производительности расплавления g_р:

g_н = g_р(1 - y), (г/с), (3.68)

где y - коэффициент потерь металла на угар (окисление), испарение, разбрызгивание.

Коэффициент потерь определяется экспериментально. Для РДС y = 5 ¸ 15 %, для сварки в защитных газах y = 8 ¸ 12 %, а при сварке под флюсом y = 1 ¸ 2 %. Для РДС значения коэффициента потерь обычно даются в паспортных данных на электроды.

Величина g_р зависит от скорости подачи (т.е. его плавления) электрода V_пп:

g_р = F_эV_ппg, (г/с), (3.69)

где F_э – площадь поперечного сечения электрода, см²,

V_пп – скорость подачи электрода, см/с.

Кроме того, производительность процесса сварки оценивают величинами удельной производительности наплавки и расплавления, которые также именуются коэффициентами наплавки и расплавления a_н и a_р:

a_н = ; (г/А×ч) (3.70)

a_р = ; (г/А×ч) (3.71)

Значения a_н при РДС обязательно указывают в паспортных данных на электроды.

Для механизированных и автоматизированных способов сварки значения a_н в зависимости от режимов сварки указаны в различной сварочной литературе (например, [7]).

Часто возникает необходимость определить ожидаемые площади наплавки F_н и проплавления F_пр в зависимости от режимов сварки.

Площадь наплавки выразим из уравнения (3.66):

F_н = ; (3.72)

Подставим значение g_н из уравнения (3.70) и получим:

F_н = . (3.73)

Площадь проплавления можно выразить из уравнения (3.58):

; (3.74)

Практика показала, что между экспериментальными и расчетными величинами F_пр могут быть несоответствия. Это объясняется тем, что расчет, основанный на теории теплопроводности, не учитывает дутье дуги, которое вытесняет жидкий металл сварочной ванны в сторону противоположную направлению сварки, что способствует более энергичному проплавлению.

Поэтому Рыкалин Н.Н. предложил [4] ввести в уравнение (3.74) коэффициент р. Его значение р < 1 для поверхностных дуг и р > 1 для углубленных дуг. Тогда окончательно имеем:

. (3.75)

В условиях производства основным показателем производительности чаще всего является скорость сварки, тогда как площади проплавления и наплавки являются конструктивно заданными, постоянными величинами. Проектом обычно задаются расчетные сечения, катеты швов, глубина проплавления и т.п., поэтому повышение производительности сварки во многих случаях возможно только путем увеличения скорости сварки.

Для швов, образованных в основном за счет наплавленногго металла, заданным параметром является площадь наплавки F_н. Выразим скорость сварки из уравнения (3.73). Получим:

V = . (3.76)

Из уравнения (3.76) видно, что повысить производительность процесса сварки можно либо за счет увеличения тока, либо за счет процессов, имеющих более высокое значение коэффициента наплавки a_н.

Поэтому для повышения скорости сварки при выполнении швов, образованных в основном за счет наплавленного металла, рекомендуют:

1. Заменять РДС на механизированную или автоматизированную под флюсом или в защитных газах.

Например, при РДС электродом диаметром 5 мм величина тока составляет 200А, а a_н = 9 г/А×ч. При автоматической сварке под флюсом тем же диаметром электрода ток может быть до 1000 А, в этом случае a_н = 16,5 г/А×ч.

Произведение a_н×I представляет собой часовую производительность процесса наплавки. При РДС эта величина составит 1,8 кг/ч, а при сварке под флюсом – 16,5 кг/ч. Следовательно, при замене РДС на сварку под флюсом скорость сварки может возрасти в 9,17 раз.

2. Применять, где это возможно, сварку на прямой полярности, дающую повышение наплавки на 40 ¸ 60 %.

3. Применять сварку на повышенном вылете электрода l_b = 20d_э вместо обычного l_b = 10d_э. Это повышает производительность процесса на 15 ¸ 20 %.

4. Вводить в сварочную ванну дополнительный металл. Это уменьшает степень перегрева сварочной ванны, несколько снижается глубина проплавления, но возрастает количество наплавленного металла на 30 ¸ 100 %.

Для этого вводят железный порошок в состав электродного покрытия, шихты порошковой проволоки, во флюс. Используют рубленную проволоку, засыпаемую в разделку кромок («крупку»), сплошную проволоку, подаваемую механизированно в хвостовую часть сварочной ванны. В последнем случае сварочная проволока может подогреваться за счет дополнительного источника питания.

Возможно введение экзотермических смесей в состав электродных покрытий, порошковой ленты, что повышает производительность процесса сварки на 25 ¸ 50 %.

Для швов, образованных в основном за счет проплавленного металла, основным технологическим требованием является обеспечение заданной глубины проплавления а.

Выразим площадь проплавления из уравнения :

F_пр = mea.

Умножим и разделим правую часть этого уравнения на относительную глубину проплавления.

; (3.77)

Приравняем уравнения (3.77) и (3.74):

.

Отсюда получим:

, (3.78)

где m = - можно считать постоянной величиной.

Из уравнения (3.78) следует: для повышения производительности швов, образованных в основном за счет проплавленного металла необходимо применять методы сварки, допускающие более высокие значения режимов сварки или большую величину относительной глубины проплавления.

Этим рекомендациям соответствуют механизированные и автоматизированные способы сварки, что подтверждается величиной коэффициента К в уравнении (3.51).

ДАЛЕЕ: 3.7. Термический цикл основного металла при сварке