ТРМ 2403. Q Iсв
 Скачать 47.49 Kb.
|
|
Расчет тепловой мощности сварочной дуги. Определение погонной энергии. Энергия мощных потоков заряженных частиц, бомбардирующих катод и анод, превращается в тепловую энергию электрической дуги. Полная тепловая мощность дуги Q (Дж/сек), выделяемое дугой на катоде, аноде и столбе дуги, определяется по формуле: Q = Iсв Uд, где Iсв — сварочный ток, А; Uд — напряжение дуги, В. При питании дуги постоянным током наибольшее количество теплоты выделяется в зоне анода (42—43%). Это объясняется тем, что анод подвергается более мощной бомбардировке заряженными частицами, чем катод, а при столкновении частиц в столбе дуги выделяется меньшая доля общего количества теплоты. При сварке угольным электродом температура в катодной зоне достигает 3200°С, в анодной — 3900°С, а в столбе дуги среднее значение температуры составляет 6000°С. При сварке металлическим электродом температура катодной зоны составляет около 2400°С, а анодной — 2600°С. Разная температура катодной и анодной зон, а также и разное количество теплоты, выделяющееся в этих зонах, используются при решении технологических задач. При сварке деталей, требующих большого подвода теплоты для прогрева кромок, применяют прямую полярность, при которой анод (плюсовая клемма источника тока) подсоединяют к детали, а катод (минусовая клемма источника тока) — к электроду. При сварке тонкостенных изделий, тонколистовых конструкций, а также сталей, не допускающих перегрева (нержавеющие, жаропрочные, высокоуглеродистые и др.), применяют сварку постоянным током обратной полярности. В этом случае катод подсоединяют к свариваемой детали, а анод — к электроду. При этом не только обеспечивается относительно меньший нагрев свариваемой детали, но и ускоряется процесс расплавления электродного материала за счет более высокой температуры анодной зоны и большего подвода теплоты. Полярность клемм источника постоянного тока может быть определена с помощью раствора поваренной соли (половина чайной ложки соли на стакан воды). Если в такой раствор опустить провода от клемм источника тока, то у отрицательного провода будет происходить бурное выделение пузырьков водорода. При питании дуги переменным током различие температур катодной и анодной зон и распределение теплоты сглаживаются вследствие периодической смены катодного и анодного пятен с частотой, равной частоте тока. Практика показывает, что в среднем при ручной сварке только 60—70% теплоты дуги используется на нагревание и плавление металла. Остальная часть теплоты рассеивается в окружающую среду через излучение и конвекцию.  Рисунок 1. Тепловой баланс сварочной дуги при ручной сварке покрытым электродом (а) и автоматической сварке под флюсом (б) Количество теплоты, используемое на нагрев и плавку свариваемого металла в единицу времени, называется эффективной тепловой мощностью дуги q (Дж/сек). Она меньше полной тепловой мощности дуги и складывается из следующего: тепла, выделяющегося в пятне дуги на свариваемом металле; тепла, вводимого в металл за счет теплообмена со столбом дуги и ее пятном на свариваемом металле; тепла, вносимого в свариваемый металл с каплями расплавленного металла электрода, электродного покрытия и флюса. Эффективную тепловую мощность дуги q можно подсчитать по формуле q = Iсв Uд η где Iсв— величина сварочного тока, А; Uд— напряжение дуги, В; η - эффективный коэффициент полезного действия нагрева дугой. Коэффициент полезного действия η зависит от способа сварки, материала электрода, состава электродного покрытия и других факторов. При ручной дуговой сварке электродом с тонким покрытием или угольным электродом он составляет 0,5—0,65; а при сварке электродом с толстым покрытием — 0,7—0,85. При сварке неплавящимся электродом в защитных газах (аргонодуговая) потери теплоты значительны и составляют 0,5—0,6. Наиболее полно используется теплота при сварке под флюсом - η равен 0,8 - 0,95. Тепловой режим сварки характеризуется количеством тепла, вводимого в металл на единицу длины шва. Эта величина называется погонной энергией сварки и выражается отношением: q1 = Iсв Uд, η/ vсв (1.3) где vсв — скорость сварки, см/с. Величина погонной энергии необходима для определения рационального режима легированных термообрабатываемых сталей. Примерные балансы использования тепла сварочных дуг:
Из таблицы видно, что при сварке под флюсом тепло дуги используется более полно, т.к. эффективная мощность дуги выше. ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ Задание № 1 1. Рассчитать тепловую мощность дуги при сварке стали Ст3сп электродами Э45 на режимах Iсв = 280 А, UД = 28 В, VСВ = 22 м/ч. 2. Рассчитать тепловую мощность дуги стали Ст3сп на режимах Iсв = 780 А, UД = 38 В, VСВ = 52 м/ч и сделать вывод о способе сварки. | ||||||||||||||||||||