ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.10.2024
Просмотров: 64
Скачиваний: 0
электродом диаметром 5 мм и силе тока 250 /1, напря жении на дуге 25 В к коэффициенте расплавления сср=12 г/а-ч количество металла, расплавляемого в 1 с,
Сс = ар/ =12.250-1/3600 = 0,83 г.
Количество тепла, затрачиваемое на расплавление этого веса металла, по уравнению (7)
UI |
25-250 |
Л 0 оопл л |
I |
/С\ |
Q = ~тг~Лэ = |
■ пЯо |
• °-3 — 2300 |
джІг• |
(8) |
Ос |
и,00 |
|
|
|
Количество тепла, которое надо затратить, чтобы на греть сталь от нормальной температуры Т0 до темпера туры плавления Т„ п даже до температуры кипения 7'.ѵ-, или полное теплосодержание стали при указанных тем пературах, можно определить по уравнению
Я= с (Т„ — Т0) + |
qn Н- сж(Тк— Ти) + |
</„. |
(9) |
|||
Пользуясь данными работ [3, 4], принимаем следую |
||||||
щие значения |
входящих |
в это |
уравнение |
величин: |
||
с — среднюю теплоемкость |
стали |
в интервале |
темпера |
|||
тур от Т0 до Тп= |
1530 °С равной 0,73 дж/г-°С; qn — скры |
|||||
тую теплоту плавления |
равней 270 дж/г\ |
сн{ — тепло |
||||
емкость жидкой стали в интервале температур от Тп до
температуры кипения 7’1( = 2900 °С равной 0,76 |
дж/г-°С\ |
qк — скрытую теплоту парообразования |
равной |
6400 дж/г.
Подставив эти значения в уравнение (9), получим
q = 0,73 (1530 — 25) + 270 + 0,76(2900 — 1530) + 6400,
или
q = 1102 4- 270-!-1038-1-6400=2410+6400=8810 дж/г. (10)
Из сравнения полученных значений тепла (8) н (10) видно, что мощности сварочной дуги, расходуемой на расплавление прутка, вполне достаточно для нагрева жидкого металла до температуры, близкой к кипению. Однако кипения металла ие произойдет, так как очень велика скрытая теплота парообразования для стали и мощности сварочной дуги при обычном режиме недоста точно для полного испарения. При этом надо учесть, что фактическая температура жидкого металла прутка бу дет ниже средней расчетной температуры, так как часть тепла будет затрачена на расплавление электродного
10
покрытия. Если принять теплосодержание жидкого шла ка (покрытия) равным около 1900 дж/г и относительный вес покрытия 30%, то количество тепла, которое надо затратить на расплавление покрытия, будет составлять 1900-0,3 = 570 дж/г. Следовательно, на нагрев металла прутка будет затрачено 2410—570=1840 дж/г. Чтобы нагреть металл до расплавления, надо затратить 1372 дж/г, в таком случае для перегрева металла выше
температуры плавления остается |
1840—1372 |
= 468 дж/г, |
||||||
а чтобы нагреть металл |
от Тп до Ти, |
надо |
затратить |
|||||
1038 дж/г. Следовательно, |
остающиеся |
468 |
дж/г пере |
|||||
греют |
металл до |
температуры, |
средней |
между |
||||
7'П=1530°С и ГК= 2900 °С, или до |
температуры |
около |
||||||
2200 °С. |
По-видимому, |
это будет |
средняя |
температура |
||||
переходящих капель электродного металла. В зависимо сти от условий образования и перехода капель темпера тура их будет несколько изменяться. Эксперименталь ные исследования температуры переходящих капель [2, 4, 5] это подтверждают.
Среднюю температуру переходящих капель электрод ного материала можно определить и другим путем. Нам известны масса расплавляемого металла Gc за 1 с и тем пература его нагрева Г. Приняв среднюю теплоемкость
с, в соответствии с уравнением |
(3) можно определить |
количество тепла, необходимое для его нагрева: |
|
QT= cGc7\ |
(11) |
С другой стороны, согласно уравнению (7), известно ко личество тепла дуги для расплавления этой же массы. Оба эти количества тепла равны, поэтому, приравняв
(7) и (11) и заменив Gc через Gc= ap/, получим
УҢ, = ссрІсТ,
откуда |
|
T = - ^ - U . |
(12) |
СССр |
|
Чтобы по этому уравнению определить температуру капель металла, следует иметь в виду, что при этом одновременно расплавляются и пруток, и покрытие.
Следовательно, теплоемкость и коэффициент рас плавления должны включать соответствующие величины покрытия и металла. Теплоемкость покрытия можно определять как теплоемкость жидкого шлака, величина
П
которой зависит от состава шлака. Для шлаков разного состава она лежит в пределах 6—12 дж/г-°С. Поэтому можно принять теплоемкость жидких шлака и стали равной около 9 дж/г-°С. При определении коэффициента расплавления для учета количества расплавляемого по крытия принимаем, как и раньше, относительную массу покрытия равной 30%. В таком случае коэффициент расплавления прутка и шлакаоір= 12+ 0,3-12= 15,6 г/А-ч.
Далее принимаем г)э=0,3 и U = 25 В. Подставив эти зна чения в уравнение (12), получим
Т = — ^ ---- 25-3600 ~ 2100 °С. |
(13) |
0,84-15,6 |
ѵ |
С учетом принятых допущений совпадение величины |
|
температуры металла капель следует признать |
вполне |
удовлетворительным. Можно полагать, что средняя тем пература переходящего материала в пламени сварочной дуги находится в пределах 2100—2200 °С. Это не исклю чает того, что отдельные порции металла, например под вергающиеся непосредственному воздействию активного пятна, могут быть нагреты до более высокой температу ры, вплоть до кипения металла. Как указывалось выше, в сварочной дуге имеется 468 дж/г избыточного тепла, которого достаточно для испарения около 10% расплав ленного металла. При этом надо иметь в виду, что испа рение жидкости может происходить при всех температу рах, особенно если жидкость находится в среде с темпе ратурой выше температуры ее кипения. Так, исследова ния испарения капель воды в нагретом потоке воздуха показали (рис. 3), что оно происходит с большими ско ростями, хотя температура капель не достигает темпера туры кипения. При этом время существования капли во ды зависит от скорости нагретого воздушного потока и резко изменяется с повышением температуры его.
В сварочной дуге капля металла, не нагретая до тем пературы кипения, окружена газами, нагретыми до очень высоких температур — около 5—8 тыс. град. Поэтому испарение металла может идти интенсивно, и даже от дельные капли могут превращаться в пар, что наблюдал А. В. Петров [7, 8]-.
Из-за трудности экспериментирования достоверные данные о количестве испаряющегося металла не получе ны. Так, А. В. Петров указывает, что в парообразное со
12
стояние может переходить от 10 до 20% электродного металла. И. Д. Кулагин и А. В. Николаев [9] прини мают коэффициент испарения при расплавлении голого электрода диаметром 5 мм при прямой полярности и си ле тока 100—200 А равным 0,2-ІО“3 г/А-ч и при 300—■ 1300 А равным 0,6-10_3 г/А-ч. Если голый стальной пру ток диаметром 5 мм расплавлять на прямой полярности при силе тока 250 А, то коэффициент расплавления мож-
Рпс. 3. Влияние температуры воздушного потока: а — на время суще ствования капли (скорость воздушного потока: 1 — 1; 2 — 3; 3 — 6 м/с)-, б — на температуру капли воды
но принять равным около 20 г/А-ч, т. е. будет расплав ляться 1,4 г/с. С учетом приведенных коэффициентов испарения можно наметить следующие пределы количе ства испаряющегося металла: нижний — 0,2-10~5- •250/1,4 = 3,6%, верхний — 0,6- ІО-5-250/1,4= 11%.
Таким образом, для средних режимов сварки с уче том экспериментальных данных и баланса тепла можно принять, что испаряется около 10% расплавленного ме талла; при форсированных режимах может испаряться до 15% и более. Остальная, основная, часть металла пе реходит в сварочной дуге в виде капель жидкого ме талла.
Размер переходящих капель
Если размер образующихся и переходящих капель связывать только с физическими свойствами жидкости, то для одной и той же жидкости, меняя ее свойства (на пример, поверхностное натяжение), можно получать капли разного размера. Если созданы определенные ус ловия образования капель, то все капли должны обра
13
зовываться строго постоянного размера. При расплав лении электрода в сварочной дуге размер переходящих капель колеблется в широких пределах, начиная от ми нимальных долей миллиметра до максимальных (5— 6 мм). Причем такой широкий диапазон размеров обра зующихся капель имеет место при одном и том же элек троде и режиме его расплавления. Изменяя состав электрода или режимы его расплавления, можно в из вестных пределах менять размер переходящих капель. Однако при этом будут образовываться капли не только данного (преимущественного) размера, но и других раз меров, хотя и в меньшем количестве. Экспериментально выявлены две группы факторов, влияющих на преиму щественный размер переходящих капель [5].
1. Способствующие увеличению размера переходя щих капель. Из параметров режима сварки сюда отно сится сила тока — уменьшение силы тока способствует увеличению размера капель; из компонентов электрода увеличению размера капли способствуют легирующие и раскисляющие вещества.
2. Способствующие уменьшению размера переходя щих капель. Здесь также большое значение имеет сила
тока — увеличение |
ее способствует уменьшению разме |
ра переходящих |
капель; из компонентов электрода |
уменьшению размера капель способствуют кнслородосодержащие вещества. Если в покрытии электрода име ются легкоплавкие вещества (свинец, сурьма, висмут и др.), то размер переходящих капель уменьшается.
Не оказывают заметного влияния на размер перехо дящих капель род тока и полярность, отчасти напряже ние на дуге. Количество вещества также влияет на раз мер переходящих капель. Наличие в электроде двух веществ, оказывающих противоположное влияние на раз мер переходящих капель, не изменяет величину капель вследствие взаимного влияния. Достаточно удовлетвори тельного объяснения влияния указанных факторов нет. Но, по-видимому, влияние силы тока можно объяснить, например, количеством пара в зоне сварочного пламени.
С повышением силы тока температура дуги несколь ко увеличивается. Но более важно пропорциональное увеличение площади анодного пятна, которое является поставщиком паров металла [10]. Увеличение паров в дуге способствует уменьшению размера капель.
14