Вопрос 15

Производительность процесса при дуговой и электрошлаковой сварке

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

При сварке плавящимся электродом обычно стремятся получить большую производительность наплавки, зависящую от скорости плавления электрода и определяемую по формуле

Gн = αн · I · to, (7)

где I — сварочный ток, А; to — основное время сварки (время чистого горения дуги, ч); αн — коэффициент наплавки, г/А · ч, который показывает, сколько металла с электрода под действием сварочного тока в 1 А перейдет в шов за единицу времени.

Производительность плавления электродного металла Gп определяется из уравнения

Gп = αп · I · to, (8)

где αп — коэффициент плавления, г/А · ч, показывающий количество электродного металла в г, расплавленного под действием сварочного тока в 1 А за единицу времени (коэффициент плавления электрода αп в некоторых литературных источниках называют коэффициентом расплавления и обозначают αр).

При сварке голым стальным электродом без защиты дуги постоянным током прямой полярности (минус на электроде) вследствие весьма низкой стабильности дуги и высокого катодного падения напряжения коэффициент плавления электрода выше, чем при сварке током обратной полярности. Однако в настоящее время, чтобы обеспечить стабильность горения дуги и получить хорошую форму и поверхность шва, требуемый химический состав его и качество, сварку выполняют, используя специальные покрытия электродов и флюсов и (в некоторых случаях) применяя ток обратной полярности (сварка высоколегированных сталей вручную и под флюсом, сварка в углекислом газе и др.).

При сварке легированной и высоколегированной проволокой под флюсом и в углекислом газе коэффициент плавления выше, чем при сварке углеродистой проволокой. Это обусловлено тем, что легированная проволока обладает повышенным электросопротивлением и поэтому быстрее подогревается проходящим по ней током.

С уменьшением диаметра электродной проволоки (с увеличением плотности тока) при прочих равных условиях коэффициент наплавки возрастает (рис. 13, б); увеличение напряжения дуги и скорости сварки приводит к снижению коэффициентов плавления и наплавки. Снижение коэффициента плавления с повышение напряжения дуги (длины дуги) объясняется увеличением потерь тепла на излучение и конвекцию, а также возрастанием потерь металла на разбрызгивание, угар и испарение. При сварке под флюсом повышение напряжения дуги сопровождается увеличением потерь тепла на его плавление, так как при этом возрастает количество расплавляемого флюса.

Плавление электрода при электрошлаковой сварке происходит за счет тепла, передаваемого ему шлаковой ванной, и предварительного подогрева электрода вследствие прохождения по нему электрического тока. Некоторое количество тепла электрод получает от сварочной ванны до его погружения вследствие лучеиспускания. Обычно вылет электрода при электрошлаковой сварке больше, чем при сварке под флюсом, поэтому в первом случае происходит более интенсивный предварительный подогрев электрода. Наряду с применением больших плотностей тока (до 50—100 А/мм2) предварительный подогрев электрода обеспечивает значительное увеличение коэффициента плавления электродной проволоки, который составляет 18—22 г/А · ч вместо 12—15 г/А · ч при дуговой сварке под флюсом.