Тепловые свойства сварочной дуги. Температура в различных участках дуги. Полная и эффективная тепловая мощность.

Температура дуги является одним из важнейших факторов, влияющих на ход проходящих при сварке физико-металлургических процессов. От нее зависит степень диссоциации и ионизации находящихся в дуговом промежутке газов, растворимость газов в металле, характер протекания химических реакций и т.д. Температура дуги зависит от составов покрытия и стержня электродов (сталь, алюминий, уголь, вольфрам), среды, в которой происходит горение воздух, углекислый газ, аргон), силы сварочного тока, напряжения дуги и некоторых других факторов. Самые высокие температуры свойственны дугам с неплавящимися вольфрамовыми электродами. Наиболее высокая температура наблюдается в столбе дуги – 6000 - 8000°С. В катодной области температура составляет 2400 - 3600°С, в анодной – 2600 - 4200°С. При ручной дуговой сварке средняя температура дуги, определяемая температурой ее столба составляет 2400 -5600°С. Причем более высокую температуру имеет дуга на электродах с кислым покрытием, менее высокую – на электродах с основным покрытием. Температура металла в области анодного пятна достигает 2600 - 3800°С, в области катодного – 2400 -3200 °С. Более низкая температура металла на катодном пятне обусловлена затратой катодом энергии на эмиссию электронов.

Основными тепловыми характеристиками сварочной дуги являются полная и эффективная тепловые мощности.

Полная тепловая мощность дуги Q - это количество теплоты, выделяемое дугой в единицу времени. Такую мощность считают равной тепловому эквиваленту ее электрической мощности, получаемой от источника питания: Q = k∙U_дI_св

где Q - полная тепловая мощность сварочной дуги, Дж/с; U_д - напряжение дуги, В; I_св - сила сварочного тока, А; k – коэффициент, учитывающий влияние несинусоидальности кривых напряжения и тока на мощность дуги (при постоянном токе k = 1, при переменном токе k = 0,7 -0,97).

Эффективная тепловая мощность сварочной дуги Q_эф - это количество теплоты, введенное в свариваемый металл в единицу времени и затраченное на его нагрев и расплавление. Эффективная тепловая мощность меньше полной тепловой мощности в связи с расходом тепла дуги на нагрев окружающего воздуха, защитного газа, на плавление электродного покрытия, флюса, на теплоотвод в металл и электрод, на нагрев капель при разбрызгивании. Эффективная тепловая мощность дуги Q_эф, Дж/с, от которой зависит производительность процесса сварки, определяется по формуле Q_эф = ƞU_дI

где ƞ - эффективный КПД процесса нагрева металла дугой.

Эффективный КПД процесса нагрева металла дугой зависит от способа сварки, применяемых сварочных материалов и других технологических факторов (для РДС 0,75-0,85). С удлинением дуги уменьшается, и наоборот.

Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом алюминия и его сплавов. Технологический процесс сварки, его особенности, подготовка к сварке основного и сварочного материалов. Параметры режима сварки.

Для алюминия и его сплавов используют все виды сварки плавлением. Наибольшее применение нашли автоматическая и полуавтоматическая дуговая сварка неплавящимся и плавящимся электродом в среде инертных защитных газов, автоматическая дуговая сварка с использованием флюса (открытой и закрытой дугой), электрошлаковая сварка, ручная дуговая сварка плавящимся электродом, электронно-лучевая сварка. Дуговую сварку в среде инертных газов осуществляют неплавящимися (вольфрамовыми чистыми, лантанированными и иттрированными) и плавящимися электродами. Используемые инертные газы: аргон высшего и первого сорта по ГОСТ 10157-79, гелий повышенной чистоты, смесь аргона с гелием. Выбор конкретного способа сварки определяется конструкцией изделия и условиями производства. Сварка неплавящимся электродом диаметром 2 ... 6 мм используется для узлов с толщиной стенки до 12 мм. Толщины 3 мм сваривают за один проход на стальной подкладке, толщины 4 ... 6 мм - за два прохода (по проходу с каждой стороны), более 6 мм - за несколько проходов с предварительной разделкой кромок (V- или Х-образной). Присадочный металл выбирают в зависимости от марки сплава: для технического алю­миния - проволоку марок АО, АД или АК, для сплавов типа АМг - проволоки той же марки, но с увеличенным (на 1 ... 1,5 %) содержанием магния для компенсации его угара. Диаметр проволок 2 ... 5 мм.

Ручную дуговую сварку вольфрамовым электродом ведут на специально для этого разработанных установках типа УДГ. При других условиях питание дуги при сварке неплавящимся электродом может осуществляться от других источников переменного тока. Использование источ­ников переменного тока связано с тем, что при сварке постоянным током обратной полярности допустим сварочный ток небольшой величины из-за возможного расплавления электрода, а при сварке постоянным током прямой полярности не происходит удаления окисной пленки с поверхно­сти алюминия. Расход аргона составляет 6 ... 15 л/мин. При переходе на гелий расход газа увеличивается примерно в 2 раза. Напряжение дуги при сварке в аргоне 15 ... 20 В, а в гелии 25 ... 30 В. Рекомендуемые режимы сварки приведены в табл. 1. При выполнении швов на алюминии вручную особое внимание уделяется технике сварки. Угол между присадочной проволокой и электро­дом должен быть примерно 90°. Присадка подается короткими возвратно-поступательными движениями. Недопустимы поперечные колебания вольфрамового электрода. Длина дуги 1,5 ... 2,5 мм. Вылет электрода от торца наконечника горелки 1 ... 1,5 мм. Сварку ведут обычно справа на­лево ("левый" способ), чтобы снизить перегрев свариваемого металла. При автоматической сварке вольфрамовым электродом качество и свойства шва по его длине более стабильны, чем при ручной сварке. Производительность сварки вольфрамовым электродом можно повысить в 3 ... 5 раз, если использовать трехфазную дугу (рис. 1). Благодаря более интенсивному прогреву за один проход на подкладке сваривают листы толщиной до 30 мм. Сварку осуществляют как ручным, так и механизированным способом.