ЭЛЕТРИЧЕСКАЯ, ТЕПЛОВАЯ И ЭФФЕКТИВНАЯ ТЕПЛОВАЯ МОЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

Электрическая мощность (Вт) для ЭДС плавлением может быть выражена уравнением:

P = I_св٠U_св (1)

I_св – ток, протекающий по сварочной цепи, А;

U_св – напряжение в дуге или в шлаковой ванне, В.

Электрическая энергия, потребляемая при сварке, в основном превращается в тепловую энергию. Поэтому полную тепловую мощность сварочной дуги или шлаковой ванны в ваттах (не учитывая потери, связанные со световым излучением и химическими реакциями) можно определить по уравнению:

Q = kI_свU_св (2)

k – коэффициент, учитывающий влияние, оказывающее несинусоидальностью кривых напряжения и тока на мощность дуги.

k на постоянном токе принимают равным 1, на переменном принимается равным 0,7 – 0,97.

Характер использования полной тепловой мощности процесса можно установить по тепловому балансу. Из графиков теплового баланса видно, что только часть полной тепловой мощности процесса расходуется на нагрев и плавление основного и электродного металла на сварку, что характеризует эффективную тепловую мощность процесса.

Эффективная тепловая мощность процесса электрической сварки плавлением есть количество теплоты, введённой источником в изделие в единицу времени. Другая часть это потери теплоты при сварке.

Эффективная тепловая мощность определяется по формуле:

Q_эф = Q η = k I_свU_св η (3)

η = Q_эф / Q (4)

где η – эффективный к.п.д. нагрева изделия, который представляет отношение эффективной тепловой мощности дуги к полной тепловой мощности.

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ПРОЦЕССА

ДУГОВОЙ СВАРКИ

Производительность процесса ЭДС плавлением в единицу времени можно определить следующим образом:

А) при сварке плавящимся электродом по двум признакам: по массе расплавленного металла G_э или массе наплавленного металла G_н , определяемого как избыток массы изделия после сварки;

Б) при сварке неплавящимся электродом с введением дополнительного металла – по массе дополнительного наплавленного металла G_д;

В) при сварке неплавящимся электродом без ввода дополнительного металла – по массе расплавленного основного металла G_р.

Масса расплавленного электродного металла за время горения дуги может быть определена по формуле:

G_э = α_э I_св t_о (5)

Где G_э – масса расплавленного электродного металла, г;

α_э - коэффициент плавления электродного металла, показывающий массу электродного металла в граммах, расплавленного сварочным током 1А в единицу времени (обычно 1ч), измеряется в граммах на 1 А٠ч, г/(А٠ч);

I_{св –} сварочный ток;

t_о – время горения дуги (основное время сварки),ч.

Так как во время сварки часть электродного металла теряется, то масса наплавленного металла может быть определена по формуле:

G_н = α_н I_св t_о (6)

Откуда α_н = G_н / I_св t_о (7)

где G_н - масса наплавленного металла, г;

α_н - коэффициент наплавки, показывающий, сколько металла с плавящегося электрода под действием сварочного тока в 1А перейдёт на основной металл в единицу времени.

Но часть электродного металла теряется на испарение, разбрызгивание, огарки и т.п. Поэтому, чтобы правильно определить количество необходимых электродов или электродной проволоки, следует учитывать потери электродного металла.

Потери электродного металла оцениваются коэффициентом потерь - ψ

ψ = [(G_э - G_н) / G_э] ٠100 = (8)

=[(α_э I_св t_о – α_н I_св t_о) / α_э I_св t_о] ٠100 =

= (1- α_н / α_э) 100 %

Откуда α_н – коэф. напл. можно выразить через ψ и α_э,

α_н = α_э (1 – ψ) (9)

Из этого уравнения следует, что зная коэффициенты плавления и потерь, можно определить коэффициент наплавки.

Коэффициент плавления, как правило, больше коэффициента наплавки.

ПОНЯТИЕ О ПОГОННОЙ ЭНЕРГИИ

Погонная энергия сварки (Дж/см) характеризует количество теплоты в джоулях, введённое в однопроходный шов или валик длиной в 1см и может быть определена как отношение эффективной тепловой мощности дуги Q_эф к скорости её перемещения v

q_п = Q_эф / v = IU_дη / v (10)

установлено, что поперечное сечение однопроходного шва, выполненного дуговой сваркой будет находиться в прямой зависимости от погонной энергии.

Рассмотрим как связаны масса наплавленного металла G_н , время горения дуги t_о , скорость перемещения v и сечение валика F, в см²:

G_н = α_н I_св t_о; (11)

G_н = Fγl, (12)

Где γ – плотность г/см³;

l – длина шва в см.

скорость перемещения дуги может быть выражена следующим уравнением:

v = l / t_о

тогда G_н v = α_н I_св l и I_св / v = Fγ / α_н (13)

подставим это уравнение в уравнение погонной энергии (10), получим

Q_эф / v = (U_дηγ / α_н)٠ F (14)

Рассмотрим полученное выражение погонной энергии для случая ручной сварки электродом УОНИ-13/45: напряжение на дуге ……. U_д = 25 В

эффективный к.п. д. дуги …….. η = 0,8

коэффициент наплавки ……..α_н = 9,0 г / (А٠ч)

и для случая автоматической сварки под слоем флюса ОСЦ-45, когда:

напряжение на дуге ………… U_д = 36 В

эффективный к.п. д. дуги …….. η = 0,85

коэффициент наплавки ……..α_н = 13 г / (А٠ч)

подставим в выражение погонной энергии значения составляющих величин для электродов УОНИ-13/45, получим

Q_эф / v = (25·0,8·7,8·3600 / 9,0) · F = 62 400·F

Где 3600 введено для перевода 1ч в секунды,

а при сварке под флюсом ОСЦ-45

Q_эф / v = (36·0,85·7,8·3600 / 13) · F = 66 000·F

Учитывая, что значение таких величин, как α_н и η придуговой сварке может колебаться в больших пределах, чем разница между коэффициентами 62 400 и 66 000, для обоих способов сварки можно принять

Q_эф / v = 65 000·F (15)

В тех случаях, когда расчёт погонной энергии производится по площади сечения шва, выраженной в мм² , уравнение (15) примет вид

Q = Q_эф / v = 650·F (16)

Найденная зависимость между сечением и погонной энергией позволяет без длительных расчётов определить, зная значение погонной энергии, сечение валика и наоборот, зная сечение валика, погонную энергию.

Пример: Определить погонную энергию q, если сечение валика F = 60 мм ².

Известно, что q_п = Q_эф / v = 650·F, тогда Q_эф / v = 650·F = 650·60 =

= 39000 Дж/см.

Пример 2. Известно, что погонная энергия составляет q_п = 26 000 Дж/см. Найти сечение валика F.

Известно, что q_п = Q_эф / v = 650·F, тогда F = 26 000/650 = 40,0 мм².

Вопросы для самопроверки (контрольные вопросы)

1. Что такое сварочная ванна?

2. Из чего состоит металл сварного шва при сварке плавящимися и

неплавящимися электродами?

3. Какие функции выполняют плавящиеся и неплавящиеся электроды?

4. Для чего необходима защита сварочной ванны, дуги и конца нагретого электрода?

5. На какие виды подразделяется сварка по способу защиты?

6. В чём сущность сварки покрытыми электродами?

7. За счёт чего осуществляется защита зоны горения дуги при сварке под

слоем флюса?

8. В чём сущность сварки в защитных газах?

9. В чём сущность процесса электрошлаковой сварки?

10. Каковы особенности электроннолучевой сварки?

11. Каковы особенности лазерной сварки?

12. Как называется четвёртое агрегатное состояние вещества в

электрической сварочной дуге?

13. Что понимается под тепловой мощностью электрической дуги Q?

( Q = kI_свU_св);

14. Что понимается под эффективной тепловой

мощностью электрической дуги Q_эф? (Q_эф = Q η);

15. Что представляет собой эффективный к.п.д. нагрева изделия – η?

(η = Q_эф / Q);

16. Что характеризует собой погонная энергия (Дж/см) и как она определяется? q_п = Q_эф / v = IU_дη / v;

Классификация напряжений и деформаций

Сварка, как и другие процессы обработки металлов (штамповка, литьё, прокатка, термообработка) вызывают в изделиях собственные напряжения. Собственными называются напряжения, которые возникают без приложения внешних сил. В зависимости от причины возникновения различают следующие напряжения:

- тепловые, возникающие из-за неравномерного распределения температуры при сварке;

- структурные, появляющиеся вследствие структурных превращений сходных с закалкой. В зависимости от времени существования собственных напряжений и деформаций их подразделяют на временные и остаточные. Временные существуют в какой то момент времени. Если возникшее напряжение не превышает предела упругости, то временные напряжения и деформации исчезают (снимаются) после охлаждения изделия. Остаточные – остаются в изделии после исчезновения причины их вызвавшей. Эти напряжения и деформации также возникают вследствие неравномерного нагрева, но они слишком велики и могут привести к появлению трещин или разрушению сварного соединения. Разрушения может и не произойти, но конструкция выходит из заданных размеров. Основные виды деформаций в сварных соединениях представлены на рисунке 1.

Рис.1. Основные виды деформаций сварных соединений:

а - направление действия продольных и поперечных напряжений;

б – деформация стыкового соединения;

в – деформация сварной двутавровой балки (цифрами указан порядок наложения сварных швов, стрелками - направление действующих напряжений;

г – вид деформированного сварного тавра, t - стрела прогиба.

Весь комплекс мероприятий по борьбе с деформациями и напряжениями от сварки можно рассматривать по двум группам:

1) - мероприятия, предотвращающие возможность возникновения напряжений и деформаций или уменьшающие их влияние;

2) - мероприятия, обеспечивающие последующее исправление деформаций и снятие остаточных напряжений. К первой группе можно отнести такие меры, как выбор правильной последовательности сварки изделий, жёсткое закрепление изделий, применение обратного выгиба, применение гнутых профилей и т.д.

Ко второй группе относятся: местная проковка металла шва и зоны термического влияния (ЗТВ), местный нагрев, термообработка и т.д.

Контрольные вопросы:

1. как классифицируются основные виды напряжений и деформаций?

2. какие меры применяются по борьбе с напряжениями и деформациями?

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: