Реферат тепловые процессы при сварке

Обновлено: 05.07.2024

Рис. 11.6 Фазовая диаграмма «железо-алюминий"Из этой диаграммы видно, что железо или сталь и алюминий практически не растворимы друг в друге. Это характерно для любых соотношений компонентов фаз FeAl, которые характеризуются хрупкостью. Поэтому, согласно проводимым опытам, необходимо избегать более 10% фаз Al-Fe в расплавляемом материале. При применении цинка в качестве материала проволоки можно… Читать ещё >

Тепловые процессы при ручной дуговой сварке ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Содержание

  • 1. Сварочная дуга как источник нагрева
  • 2. Полная тепловая мощность дуги
  • 3. Плавление металла электрода и его перенос в дуге при сварке
  • 4. Производительность процесса дуговой сварки
  • 5. Коэффициент наплавки
  • 6. Коэффициент расплавления
  • 7. Общие сведения о нагреве металла при сварке
  • 8. Нагрев основного металла подвижным источником
  • 9. Формирование сварочной ванны
  • 10. Параметры режима дуговой сварки и их влияние на форму и размеры сварочной ванны
  • 11. Процесс дуговой сварки с уменьшенной отдачей энергии
  • ЗАКЛЮЧЕНИЕ
  • СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Следующим этапом на этом пути стали модифицированные короткие дуги ChopArc, благодаря чему, был достигнут значительный прогресс в сварке МАГ, особенно в диапазоне тонких листов от 0,8 до 0,2 мм. Более того, была разработана адаптивная система регулирования, которая оптимизировала качество процесса в режиме реального времени. Новые разработки работают с прерывистой подачей проволоки, то есть, длительность короткого замыкания уменьшается благодаря тому, что проволочный электрод при коротком замыкании незначительно оттягивается, чтобы лучше разорвать закорачивающий мост. Таким образом, был получен сварочный процесс с малым брызгообразованием и малой мощностью. Поскольку для этой цели необходим двухтактный привод с двумя двигателями подачи проволоки с высокой динамикой, то этот процесс подходит преимущественно для автоматической сварки и может применяться только в комбинации со сварочными работами.

4 coldArc — эффективная сварка при заданиях, требующих малый подогрев

Разработки с целью создания процесса малой мощности без механического вмешательства в подачу проволоки привели к созданию варианта процесса, при котором все необходимые воздействия производятся исключительно в источнике тока. Этот вариант МИГ-МАГ процесса, называемый coldArc, относится к сварке короткой дугой и поэтому характеризуется циклической сменой дуг и фаз короткого замыкания. Поскольку электрическое напряжение при зажигании является решающим критерием эффективности сварки тонких листов, то оно оказывает большое влияние на динамику подвода энергии всего процесса, то есть на фазу дуги, фазу короткого замыкания и, в первую очередь, на зажигание дуги, рис. 11.

2. Характер изменения напряжения идентичен изменению при обычной сварке короткой дугой.Рис.

11. 2 Переход материала (схематический), изменение тока и напряжения при сварочном процессе coldArcНапряжение является задающим параметром при регулировке силы тока. Для этого необходимо непрерывно измерять напряжение и соответствующим образом реагировать на каждое его изменение (высокодинамичная регулировка мгновенных значений). Благодаря цифровому процессу обработки сигналов (DSP) можно отнять энергию от дуги менее чем за 1 микросекунду до зажигания, рис. 11.2, в результате чего зажигание пройдет очень мягко. При этом на конце электрода может сразу же образоваться достаточное количество расплавленного материала, и это повысит потребность в энергии.

Поэтому непосредственно после зажигания дуги сила тока за короткое время поднимается до так называемого импульса расплавления. Только после этого, чтобы минимизировать плавление, происходит переход на низкий ток и начинается следующая фаза. Из-за импульса расплавления после каждого короткого замыкания на электроде образуется большой расплавленный купол, что ведет к очень равномерному протеканию процесса. Только благодаря этому стало возможным работать в фазах между короткими замыканиями с очень низкой силой тока, не прибегая к последующему плавлению проволоки или гашению дуги. Это все гасит процесс сварки малой мощности coldArc. Изменение мощности дуги при зажигании дуги показано на рис. 11.

3. Рисунок точно отображает преимущества сварочного процесса coldArc по сравнению со стандартной дуговой сваркой в момент зажигания и непосредственно после него. Видно, что напряжение в момент зажигания дуги не просто значительно ниже. Рис. 11.3 Минимизированное напряжение дуги при зажигании в сварочном процессе coldArcС зажиганием дуги напряжение становится чрезвычайно динамичным, регулируемо падет и впоследствии, после стабилизации дуги, импульсивно повышается до заданного плавления конца электрода. Такой процесс может действовать в таких сварочных заданиях, где нельзя применять обычную сварку короткой дугой.

Прежде всего, это касается автомобилестроения. Еще несколько лет назад считалось, что для сварки стали с толщиной листа 0,7 мм и алюминия 3 мм необходимо применять процесс МИГ/МАГ. Но сегодня толщина листа для автомобильной отрасли постоянно снижается. Уже сегодня она снизилась до 0,3 мм, при этом для составных конструкций испытывается лист с толщиной 0,2 мм. Становится трудно выполнить равномерный шов, если необходимо перекрыть большой воздушный зазор.

Это типичное задание для сварочного процесса coldArc. Для листов с покрытием уже давно используют не сварку, а дуговую пайку медным припоем. Это сохраняет цинковое покрытие, но, несмотря на это, могут возникнуть трудности, если есть большой воздушный зазор. При этом сварка coldArc позволяет перекрывать большие воздушные зазоры припоем. На рис. 5 представлены оцинкованные стальные листы толщиной 0,8 мм с воздушным зазором 4 мм, спаянные вручную с использованием процесса coldArcв поз. PG

1,0 мм CuSi3 проволокой при средней силе тока 50 A и напряжении 13,5 В. Пайка с использованием медного припоя имеет точку плавления около 1000 °C. По сравнению с родственной сваркой МАГ, в данном процессе значительно снижается тепловая нагрузка покрытия. Результат ещё лучше, если пайка МИГ выполняется цинковым припоем, точка плавления которого составляет около 450 °C. Использовать данный припой можно, только если сильно ограничивается ток короткого напряжения и значительно снижается общий подогрев. Температура Рис [7, "https://referat.bookap.info"].

11.4 Ручная пайка coldArcэлектролитически оцинкованного стального листа толщиной 0,8 мм с воздушным зазором 4,0 мм 1,0 мм CuSi3 проволокой

Рис. 11.5Электролитически оцинкованные листы стали, тавровый шов (нахлёсточное соединение), пайка в режиме coldArc цинковой проволокой.

испарения используемого для пайки дугой сплава цинка и алюминия составляет около 900 °C, ниже температуры плавления медного сплава. Поэтому, если не понизить ток короткого замыкания, при зажигании мосты короткого замыкания могут взрывоопасно испариться, а лёгкий металл шва сдуться. Процесс coldArc впервые позволил выполнить без ограничений пайку МИГ с цинковым припоем. На Рис. 11.5 показана поверхность и обратная сторона нахлёсточного соединения стальных оцинкованных листов толщиной 0,75 мм, спаянных этим тугоплавким припоем. Как непосредственно возле шва, так и с обратной стороны слой цинка полностью сохраняется. В процессе пайки он становится жидким, но не испаряется. В автомобилестроении также все чаще применяются смешанные соединения стали и алюминия. Прямая сварка плавлением данных материалов невозможна, поскольку образуются чрезвычайно хрупкие интерметаллические фазы Al-Fe, рис 11.

6.Рис. 11.6 Фазовая диаграмма «железо-алюминий"Из этой диаграммы видно, что железо или сталь и алюминий практически не растворимы друг в друге. Это характерно для любых соотношений компонентов фаз FeAl, которые характеризуются хрупкостью. Поэтому, согласно проводимым опытам, необходимо избегать более 10% фаз Al-Fe в расплавляемом материале. При применении цинка в качестве материала проволоки можно выполнить соединение обоих материалов, при котором алюминий частично расплавляется, в то время как сталь требует увлажнения перед пайкой, чтобы избежать хрупкости в расплавленном состоянии. Так, на одной стороне возникает сварное соединение, а на другой — паяное соединение. На рис.

11.7 показан обзорный снимок и микрошлиф из такого соединения, выполненного в режиме coldArc цинковым припоем, а также его применение при изготовлении автомобильных кузовов. Прочность, достигаемая при использовании цинковой проволоки в тавровом шве (соединение внахлестку), находится в диапазоне прочности алюминиевых деформируемых сплавов, а также пайки МИГ медным припоем. При соединении встык прочность будет немного ниже.Рис. 11.7 Сварка смешанных соединений алюминий/сталь проволокой на основе цинка Вверху: Обзорный снимок Внизу слева: Микрошлиф Внизу справа: Дверь легкового автомобиля

Не требуется применение двухтактной горелки, для сварки и пайки coldArc можно воспользоваться обычной горелкой МИГ/МАГ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Электрическая дуговая сварка в современном производстве получила большое развитие и является одним из ведущих технологических процессов обработки металлов.

достоинства сварных соединений обеспечили их широкое применение в изделиях разного назначения. Использование сварки при создании конструкций позволяет экономить материалы и время. При этом открываются большие возможности механизации и автоматизации производства, создаются предпосылки для повышения производительности и улучшаются условия труда работающих. Сварка — такой же необходимый технологический процесс, как и обработка металлов резанием, литье, ковка и штамповка. Высокая производительность и технологические возможности сварки обеспечили ее широкое применение для создания неразъемных соединений при производстве металлургического, химического и энергетического оборудования, различных трубопроводов, изготовлении и ремонте судов, автомобилей, самолетов, турбин, котлов, реакторов, строительных и других конструкций. Перспективы сварки как в научном, так и в техническом плане безграничны. Ее применение способствует совершенствованию машиностроения и развитию ракетостроения, атомной энергетики и радиоэлектроники. С развитием техники возникает необходимость сваривать детали толщиной от нескольких микрометров (в микроэлектронике) до десятков сантиметров и даже метров (в тяжелом машиностроении). Все чаще в сварных конструкциях наряду с углеродистыми и низколегированными сталями используют специальные стали, легкие сплавы и сплавы на основе титана, молибдена, хрома, циркония и других металлов, а также разнородные и композиционные материалы, в связи с чем постоянно расширяется набор применяемых видов и способов сварки. Однако необходимо отметить, что сварка является лишь определенным технологическим способом получения неразъемных соединений, а поэтому сама по себе не может являться самостоятельным производством или служить самоцелью какого-либо производственного процесса. Она должна рассматриваться как средство достижения иной цели — получения сварных конструкций определенного назначения. Изготовление же сварных конструкций сложно, имеет свои особенности, включает ряд разных работ: получение заготовок и деталей, отвечающих необходимым требованиям позиции сварки, подготовку их под сварку, сборку, транспортировку, дополнительную доработку, контроль и т. п. , без которых сварка не может производиться и которые с ней тесно связаны.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Фоминых В. П. Оборудование и технология дуговой сварки

Машиностроение 1966 г.Малышев.Б.Д, Мельник.В.И, Гетия. И. Г. Ручная дуговая сварка. — М.: Стройиздат, 1990

Рыбаков. В. М. Дуговая и газовая сварка. М.: Высшая школа, 1986

Фоминых.В.П, Яковлев. А. П. Ручная дуговая сварка. — М.: Высшая школа, 1986

Хренов К. К. Сварка , резка и пайка металлов — М.: Машиностроение, 1973

Стеклов О. И. Основы сварочного производства — М.: Высш. школа, 1986

Рыбаков В. М. Сварка и резка металлов-М.: Высш. школа, 1979

Китаев А.М., Китаев Я. А. Дуговая сварка-М.: Машиностроение. 1983

Шебеко Л. П. Производственное обучение электро-газосварщиков — М.: Высш. школа, 1984

Геворкян В. Г. Основы сварочного дела — М.: Высш. школа, 1985

Думов С. И. Технология электрической сварки плавлением — Л.: Машиностроение.

1986 г. Б. Е. Патон Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. Машиностроение 1974

Чебан В. А. — Сварочные работы

Рыбаков В.М. — Дуговая и газовая сварка

Высшая школа 1986

Руководство по ручной дуговой сварке для начинающих

Юхин Н.А. — Ручная дуговая сварка неплавящимся электродом в защитных газах" СОУЭЛО" 2008

Ханапетов М.В. — Сварка и резка металлов

Алешин Н.П., Чернышов Г. Г. — Сварка. Резка. Контроль. Справочник в 2-х тома… Машиностроение 2004

Сварочная дуга является мощным концентрированным источником теплоты. Электрическая энергия, потребляемая дугой, в основном превращается в тепловую энергию. Выделение тепловой энергии происходит в анодном и катодном активных пятнах и дуговом промежутке. При нагреве детали наибольшей интенсивности тепловой поток дуги достигает в центральной зоне активного пятна (рис. 1). По мере удаления от центра пятна интенсивность теплового потока убывает. Распределение теплоты вдоль дугового промежутка происходит в соответствии с падением напряжения в его областях.


Рис. 1. Удельный тепловой поток при нагреве дугой: а - при сварке покрытым электродом, б - при сварке под слоем флюса.


Рис. 2. Тепловой баланс при сварке: а - покрытыми электродами, б - подслоем флюса

Данные значений для различных способов сварки приведены на табл. 1. Данные рис. 2 и табл. 1 показывают, что теплота дуги наиболее рационально используется при автоматической сварке под флюсом.

1. Значения h для различных способов сварки

В защитном газе вольфрамовым электродом

Плавление металла электрода и его перенос в дуге при сварке

Нагрев и плавление электрода осуществляются за счет энергии, выделяемой в активном пятне, расположенном на его торце, и теплоты, выделяющейся по закону Ленца - Джоуля, при протекании сварочного тока по вылету электрода. Вылетом называют свободный участок электрода от места контакта с токопроводом до его торца. В начальный момент ручной дуговой сварки вылет электрода составляет 400 мм и изменяется по мере плавления электрода, при автоматической сварке он равен 12 - 60 мм. Расплавляясь в процессе сварки, жидкий металл с торца электрода переходит в сварочную ванну в виде капель разного размера. За 1 с может переноситься от 1 - 2 до 150 капель и более в зависимости от их размера. Независимо от основного положения сварки капли жидкого металла всегда перемещаются вдоль оси электрода по направлению к сварочной ванне. Это объясняется действием на каплю разных сил в дуге. В первую очередь к ним относятся гравитационная сила, электромагнитная сила, возникающая при прохождении по электроду сварочного тока, сила поверхностного натяжения, давление образующихся внутри капли газов, которые отрывают ее от электрода и дробят на более мелкие капли.

Гравитационная сила проявляется в стремлении капли перемещаться по вертикали сверху вниз.

Сила поверхностного натяжения обеспечивает капле сферическую форму. Электромагнитные силы играют важнейшую роль в отрыве и направленном переносе капель к сварочной ванне при сварке швов в любом пространственном положении. Электрический ток, проходя по электроду, создает вокруг него магнитное поле, оказывающее сжимающее действие. Сжатие расплавленной части электрода приводит к образованию шейки у места перехода к твердому металлу (рис. 3). По мере уменьшения ее сечения и возрастания плотности тока жидкий металл формируется и отделяется в виде сферической капли.


Рис. 3. Схема сжимающего действия электромагнитных сил на жидкую каплю электродного металла

При этом капля за счет действия электромагнитной силы приобретает направленность движения к сварочной ванне. Сила внутреннего давления газов также участвует в переносе капли. Расплавленный металл на электроде сильно перегрет. Образующиеся в нем газы способствуют отрыву его от торца электрода и могут раздробить на более мелкие капли.

При дуговой сварке плавящимся электродом различают три типа переноса электродного металла: крупнокапельный, мелкокапельный, или струйный, и перенос с образованием коротких замыканий дуги.

Характер переноса капель с электрода в сварочную ванну зависит от силы сварочного тока и напряжения дуги.

Установлено, что с увеличением силы тока размер капель уменьшается, а число их, образующихся в единицу времени, возрастает. С увеличением напряжения дуги, наоборот, размер капель увеличивается, а число их уменьшается. Так, при сварке голой проволокой на малых токах (плотностях) жидкий металл переходит в сварочную ванну в виде крупных капель с кратковременными замыканиями дугового промежутка, а при сварке покрытыми электродами и под флюсом на обычных плотностях тока - в виде мелких капель без замыкания дугового промежутка. При сварке в защитных газах и под флюсом тонкой проволокой на повышенных плотностях тока наблюдается мелкокапельный (струйный) перенос металла. В этом случае очень мелкие капли образуют сплошную коническую струю жидкого металла, переходящего в шов также без коротких замыканий, что уменьшает разбрызгивание металла и улучшает формирование швов.

Производительность процесса дуговой сварки

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

При сварке неплавящимся электродом соединений встык или с отбортовкой без присадочной проволоки важно обеспечить производительность проплавления, а при сварке плавящимся электродом - производительность проплавления и наплавки. При сварке плавящимся электродом производительность оценивают по количеству наплавленного электродного металла, определяемого по формуле Gн = aн*Iсв*tо, где Iсв - сила тока, A; tо - основное время сварки (время чистого горения дуги), ч; aн- коэффициент наплавки, г (А*ч).

Коэффициент наплавки выражается отношением массы металла, наплавленного за единицу времени горения дуги, к единице силы сварочного тока. Обычно его представляют количеством наплавленного в течение 1 ч электродного металла (г), приходящимся на 1 А сварочного тока. При сварке покрытыми электродами коэффициент наплавки составляет 6 - 12, под флюсом – 10 - 16, в углекислом газе - 12 - 20, при электрошлаковой - 18 - 22 г/(А*ч).

Производительность наплавки (Gн связана с производительностью расплавления электродной проволоки: Gн = aр*Iсв*tо, где aр - коэффициент расплавления электродной проволоки, г/(А*ч).

1 ГОСТ 7.32-2001. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления.–Введ. 2002-07-01.–М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2001.– 22с.

2 ГОСТ 14771-76. Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные.-Введ. 1977-07-01. .–М.: .–М.: Госстандарт СССР: Изд-во стандартов, 1976.– 68с.

3 ГОСТ 4543-71 . Прокат из легированной конструкционной стали. Технические условия. –Введ. 1973-01-01.–М.: Госстандарт СССР: Изд-во стандартов, 1971.– 70с.

4 ГОСТ 2246-70. Проволока стальная сварочная. Технические условия.–Введ. 1973-01-01.–М.: Госстандарт СССР: Изд-во стандартов, 2002.– 5с.

Схема приварки оребрения труб теплообменника в углекислом газе приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема сварного соединения

Тип соединения – тавровый (Т1), без скоса кромок, односторонний. На рисунке 2 приведена схема подготовленных кромок и их конструктивные элементы по ГОСТ 14771-76 .


Рисунок 2 – Подготовка кромок свариваемых деталей

На рисунке 3 приведена схема шва и его конструктивные элементы по ГОСТ 14771-76 .


Рисунок 3 – Схема шва

Сварка осуществляется в один проход.

Материал труб теплообменника – сталь 15ХМ – хромомолибденовая конструкционная легированная. Сталь изготовляется по ГОСТ 4543-71. Назначение: сортовые заготовки, поковки, трубы для перегревателей, паропроводов, коллекторов, фланцы, длительно работающие при температурах до 500 град. Механические свойства: σ 0,2 =215 МПа, σ в =430 МПа, δ=20% по ГОСТ 4543-71 . Химический состав приведен в таблице 1.

Таблица 1 – Химический состав стали 15ХМ по ГОСТ 4543-71

Медь (Cu), не более

Никель (Ni), не более

Сера (S), не более

Фосфор (P), не более

Химический состав проволоки Св-08ХГСМА приведен в таблице 2.

Таблица 2 – Химический состав проволоки Св-08ХГСМА по ГОСТ 2246-70

Этим способом можно сваривать большинство сталей, удовлетворительно сваривающихся другими видами сварки. В первую очередь сваривают углеродистые и низколегированные стали толщиной более 3 мм проволокой диаметром 0,8—2 мм. Некоторое применение этот способ находит при сварке конструкций из высоколегированных сталей.

Наряду с другими преимуществами, характерными для сварки в защитных газах, сварка в углекислом газе характеризуется высокой производительностью и низкой стоимостью. Процесс экономичен, защитный газ не дефицитен, обеспечивает достаточно высокое качество металла швов. Механизированная сварка в углекислом газе, как более производительный процесс, успешно конкурирует с ручной дуговой сваркой покрытыми электродами по своей универсальности. К недостаткам ее следует отнести повышенное разбрызгивание и более грубое формирование швов.

При сварке в углекислом газе происходит окисление металла и потеря легирующих элементов. Поэтому основной особенностью этого способа является необходимость применения электродных проволок с повышенным содержанием элементов раскислителей (кремния, марганца), компенсирующих их выгорание в зоне сварки, предотвращающих окисление металла в ванне и образование пор. Для углеродистых сталей в основном используют сварочные проволоки сплошного сечения СВ-10ГС, Св-08Г2С, а также порошковые проволоки, содержащие в наполнителе порошки ферросплавов кремния и марганца.

Автоматическая и механизированная сварка в углекислом газе ведется на постоянном токе обратной полярности. Устойчивый процесс обеспечивается при высоких плотностях тока, поэтому используют проволоки малых диаметров 0,8—2,5 мм, а питание дуги производят от источников с жесткой внешней характеристикой. При сварке в углекислом газе, даже на высоких плотностях сварочного тока, практически не удается добиться струйного переноса металла электрода. Сварочный ток устанавливают и определяют скоростью подачи проволоки. Напряжение дуги должно быть не больше 32—34 В, так как с увеличением напряжения и длины дуги увеличивается разбрызгивание и окисление. Обычно U в = 20÷30 В, скорость сварки от 20 до 80 м/ч, расход газа 6—25 л/мин. Например, при механизированной сварке низкоуглеродистой стали толщиной 8 мм сварку можно выполнять проволокой диаметром 2 мм, на силе тока 260—280 А, при напряжении 28—30 В, расходе газа 16—20 л/мин за один проход без разделки кромок. Наряду с С02 также используют защитные смеси газов СО 2 + Аг, СО 2 + О 2 и др. При этом улучшается капельный перенос, уменьшается разбрызгивание, улучшается формирование швов [1].

Сущность способа. При сварке в зону дуги 1 через сопло 2 непрерывно подается защитный газ 3. Теплотой дуги расплавляется основной металл 4 и, если сварку выполняют плавящимся электродом, расплавляется и электродная проволока. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь, образует шов. При сварке неплавящимся электродом электрод не расплавляется, а его расход вызван испарением металла или частичным оплавлением при повышенном допустимом сварочном токе. Образование шва происходит за счет расплавления кромок основного металла или дополнительно вводимого присадочного металла. Схема способа приведена на рисунке 4 [ 2 ].


Рисунок 4 – Дуговая сварка в защитных газах

Чтобы провести тепловой расчет, необходимо идеализировать источник теплоты и нагреваемое тело. Для данных пластин толщиной 3 мм идеальным телом является пластина, т.к. температура по любой оси, перпендикулярной плоскостям, постоянна и прогрев по толщине можно принять равномерным.

Источник нагрева – сварочная дуга. Идеальный источник – линейный быстродвижущийся ( V св =26 м/ч) непрерывно действующий.

Тавровое соединение преобразуется в пластину путем спрямления до плоскости шва двух взаимоперпендикулярных деталей. Третья деталь оказывается под швом и считается адиабатической границей. Расчетная схема приведена на рисунке 5 [3].

Рисунок 5 - Расчетная схема

В данной работе необходимо рассчитать и построить температурное поле оребренной трубы, расчетная схема которой представлена на рисунке 5.

Для учета отражения теплового потока от адиабатической границы вводим три фиктивных источника, равных по мощности 1/3 основному.

Расчетная формула [3]:

где Тн – начальная температура, ˚С;

q - эффективная тепловая мощность основного источника, Вт;

V - скорость перемещения источников теплоты, см/с;

δ - толщина пластины, см;

cρ - объемная теплоемкость, Дж/(см 3 ·˚С);

a – температуропроводность, см 2 /с;

y – расстояние от рассматриваемой точки до основного источника, см;

y 1 =2·2,0- y – расстояние от рассматриваемой точки до фиктивного источника 1, см;

y 2 =2·4,85- y – расстояние от рассматриваемой точки до фиктивного источника 2, см;

y 3 =2·5,15- y – расстояние от рассматриваемой точки до фиктивного источника 3, см;

Сварочная дуга характеризуется сосредоточенным выделением теплоты, обеспечивающей высокую эффективность нагрева и плавления металла.

6000 – 8000 0 С – при сварке плавящимся электродом;

10000 - 15000 0 С – при сварке неплавящимся вольфрамовым электродом;

25000 - 30000 0 С – при плазменной сварке и резке.

Количество теплоты, выделяемое сварочной дугой, рассчитывается по формуле:


, (1)


где: – сила сварочного тока, А;


– напряжение дуги, В;


– время сварки.

Эффективная тепловая мощность - количество теплоты, используемое на плавление и нагрев металла в единицу времени (полезно используемое количество теплоты):


, (2)

где η - эффективный КПД нагрева, зависящий от способа сварки:

0,7 - ручная сварка

до 0,95 - сварка под флюсом

Например, при сварке под флюсомтепловой баланс характеризуется следующим распределением тепла:

• Поглощение основным металлом - 54%

• Перенос каплями - 28%

• Плавление флюса - 17%

Распределение температур (и количества теплоты) по зонам дуги неравномерно (см. рис. 6). Как видно, сильнее разогревается анод, меньше – катод.


Рисунок 6 – Тепловой баланс дуги. Полярность

При сварке может применяться постоянный и переменный ток. При использовании постоянного тока различают сварку на прямой и обратной полярности. При прямой полярности (см.рис.6) электрод подключается к отрицательному полюсу и служит катодом, а изделие – к положительному и служит анодом. При сварке на обратной полярности – наоборот.

Так как сильнее разогревается анод, то сварку на обратной полярности используют в тех случаях, когда есть опасность перегрева металла изделия, т.е. при сварке тонколистовых конструкций, высокоуглеродистых, коррозионностойких и жаропрочных сталей.

Процесс образования сварного шва.

Процесс переноса металла электрода к изделию включает этапы, показанные на рисунке 7, которые прокомментированы ранее (где объясняются способы возбуждения сварочной дуги). Этот процесс повторяется с переходом каждой капли.


Рисунок 7 – Схема переноса металла электрода на изделие

Перенос металла от электрода к металлу может быть разным (в зависимости от способа сварки, а, следовательно, и силы сварочного тока):

- крупнокапельный, характерный для ручной дуговой сварки покрытым электродом;

- мелкокапельный, наблюдается при сварке под флюсом и в защитных газах;

- струйный, имеет место при сварке в аргоне на больших токах.

В зависимости от положения свариваемых конструкций сварка может выполняться в различных пространственных положениях, что определяет выбор способа, режимов и технологии сварки (см. рис. 8).

Силы, действующие на каплю при её переходе в сварочную ванну:

• Силы тяжести- содействуют или препятствуют переходу – в зависимости от пространственного положения сварки;

• Газовое дутье - возникает за счет испарения металла электрода и давления газов от сгорания обмазки, направлено от электрода к изделию, т.е. способствует переходу капли металла от электрода в сварочную ванну;

• Внутренне газовое давление – газы внутри капли расширяются и разрывают каплю, что способствует переносу металла в сварочную ванну;

• Сжимающие электромагнитные силы – силовое поле стремится уменьшить поперечное сечение проводника в перешейке,отрывая каплю от электрода, т.е. способствуя переходу капли металла в сварочную ванну;

• Продольная электрическая сила – направлена от электрода - к изделию (плотность тока на электроде больше, чем на изделии), способствует переносу металла в сварочную ванну.


Рисунок 8 – Пространственные положения сварки

Сварочной ванной (см. рис. 9) называют объем металла, находящийся в данный момент времени в расплавленном состоянии. Размеры сварочной ванны: длина, ширина и глубина (провар), - зависят от способа сварки (см. рис. 9) и влияют на процесс формирования сварного шва, а также технологию сварки.


Рисунок 9 – Сварочная ванна

Контрольные вопросы:

1. Объясните, от чего зависит количество теплоты, выделяемое при сварке. Какая из величин в формуле (2) используется для повышения производительности процесса сварки (увеличения количества теплоты)?

2. Проанализируйте распределение теплоты (тепловой баланс) при сварке под флюсом и назовите полезные составляющие (с точки зрения сварочного процесса) и потери.




3. Что такое прямая и обратная полярность? В каких случаях и с какой целью используется сварка на обратной полярности?

4. Перечислите силы, способствующие и препятствующие переходу капли расплавленного металла электрода в сварочную ванну. Как Вы считаете, почему возможна сварка не только в нижнем, но и других пространственных положениях?




Читайте также: