Электрическая, тепловая и эффективная тепловая мощность процесса электрической сварки плавлением

Сварочная дуга является мощным концентри­рованным источником теплоты; большая часть электриче­ской энергии, потребляемой дугой, превращается в тепло­вую. Распределение теплоты вдоль дугового промежутка происходит в соответствии с падением напряжения в его

областях (с. м. рис. 16). При электрошлаковой сварке теп­лота получается за счет прохождения тока по шлаковой ванне.

Электрическая мощность (Вт) для обоих видов сварки может быть выражена уравнением

р = /св*/св. (10)

где /св —ток, протекающий по сварочной цепи, А; UCB — напряжение в дуге или шлаковой ванне, В.

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

Q = kICBUCD, (11)

где k — коэффициент, учитывающий влияние, оказывае­мое иесинусоидальностыо кривых напряжения н тока (см. рис. 18) на мощность дуги.

Поэтому при сварке на постоянном токе коэффициент k принимается равным единице, а при сварке на перемен­ном токе, в зависимости от состава атмосферы дуги, со­става шлака шлаковой ванны, теплофизических свойств электродов и соотношения между холостым ходом источ­ника питания дуги и напряжением дуги, значение k принимается 0,70—0,97. Не вся теплота, выделяемая ду­гой (или током, проходящим через шлаковую ванну при электрошлаковой сварке), используется полностью, часть ее расходуется непроизводительно.

Характер использования полной тепловой мощности процесса можно установить по тепловому балансу, на­глядно показывающему, как и па что расходуется полная тепловая мощность при дуговой или шлаковой сварке (рис. 29).

Из приведенных графиков теплового баланса видно, что только часть полной тепловой мощности процесса рас­ходуется на нагрев и плавление основного и электродного металла, т. е. собственно на сварку, что и характеризует эффективную тепловую мощность процесса.

Эффективная тепловая мощность процесса электриче­ской сварки плавлением есть количество теплоты, введен­ное источником нагрева в изделие в единицу времени.

Другая часть расходуется на теплоотдачу в окружа­ющую среду, нагрев ползунов и др.; эта часть составляет потери теплоты при сварке

Эффективная тепловая мощность (Вт) процесса элект­рической сварки плавлением меньше полной тепловой мощности н может быть определена но уравнению:

QM о = Qn = klC0UCBr\ (12)

*1 = Q^Q, (13)

где Т|—эффективный КПД нагрева изделия, который представляет отношение эффективной тепловой мощности дуги (или электрошлакового процесса) к полной тепловой мощности. Определяется калориметрическим методом. Приведем значения i| для некоторых способов сварки:

Для дуговой сварки:

голым или тонкопокрытым электродом. . . 0,50—0,65

неплавящимся электродом в защитном газе 0,50—0,60

толстопокрытыми электродами............................. 0,60—0,35

под флюсом................... ........................................ 0,80—0,95

Для электрошлаковой сварив.......................... 0,70—0,85

Эффективная тепловая мощность зависит от способа сварки, состава покрытия и флюса, материала электрода, а также типа шва. Так, например, при одной и той же электрической мощности і] дуги будет больше при сварке стыкового соединения с разделкой кромок, чем при на­плавке на плоскость. Теплота, выделяемая в дуге, наи­более рационально используется при автоматической сварке.