1. Методика измерений

Методы определения фактических приэлектродных падений •напряжений по тепловому балансу дуги при некотором уточне­нии могут быть использованы для непосредственного экспери­ментального определения эффективных тепловых приэлектрод­ных падений напряжений. Предлагаемая методика определения эффективных значений катодного и анодного падений напряже­ний в сварочных дугах основана на определении их суммы с по­следующим ее разделением по тепловому балансу электродов.

Эта методика предполагает независимое действие трех ис­точников тепла в дуге. Как было показано выше, И3кЛ _а= Uк+и — Поэтому определение суммы эффективных значений приэлек­тродных падений напряжений можно заменить определением с ммы их фактических значений. Uк+а зависит от полярности при сварке. Если UaK п и U3a п—эффективные катодное и анодное падения напряжений при прямой полярности, a U3K 0 и U3a — соответствующие падения напряжений при обратной полярности, то можно написать

i’ln +иэа.

(1.2)

= с к. О + и а. о.

(2.2)

где U(K+a)n и I’и i-n)o — соответственно суммы фактических при­электродных падений напряжений на прямой и обратной по­лярностях.

Сумма фактических катодного и анодного падения может быть найдена двумя способами:

а) по отрезку оси ординат, отсекаемому прямой UdiM

= f(lg м) (см. рис. 4). Этот метод удобен для проволок и тон — кообмазанных электродов, когда дуга не углублена в основной металл (t = 8-bl6 а/мм2) и втулочка из покрытия не мешает наблюдению за концом капли. Метод требует проведения ско­ростной киносъемки дуги, совмещенной с осциллографирова — нием напряжения;

б) по значению падения напряжения на осциллограмме в момент сливания капли со сварочной ванной (рис. 17). Метод требует только оецпллографирования и пригоден в случаях, когда процесс происходит с короткими замыканиями.

Определение UK+a этими двумя способами дает достаточно удовлетворительное совпадение результатов (табл. II).

| ик + а в *

Электрод

I по первому

по второму

способу

способу*

Св-08А, обратная полярность…………………….

38,7

28

Св-08А, прямая полярность………………………………….

17,9

17

Св-08А с меловым покрытием, обратная поляр-

пость………………………………………………………………..

19,7

18,5

Св-08А с покрытием FeTi, обратная полярность

22,6

19,3

* Получено в среднем из 10 измерений,

Таблица 11

Недостатком первого способа является необходимость учи­тывать падение напряжения в сварочной цепи (в вылете элек­трода и других участках, включенных в цепь вольтметра).

Подпись:Удобство способа состоит в прямолинейности зависимости l-‘o. M=f(lo. *) при не очень большом удлинении дуги, что значительно облегчает экстра­поляцию. іГІрямолинегіпьій вид зависимости Vo. я ЩІЦо. м) для сварочной дуги, по-видимому, является общим правилом и отмечен Г М. Тпходеевым [120] также для дт С — — Fe+: Fe— —Fe и W— (Cr—Ni).

Преимущество второго спо­соба определения UK+a В НЄПО — средственном измерении. При этом не надо учитывать паде­ния напряжения в сварочной цепи. В процессе опыта это сопротив­ление выявляется как величина т (рис. 17) и при замере Ь’к+а не учитывается. Недостатком этого способа является то, что, как показывает киносъемка, перед коротким замыканием дуга может отклоняться в сторону и тогда капля жидкого металла шунтирует столб. В момент короткого замыкания фиксируется напряжение ик+а + ис ты — Для снижения погрешности, вноси­мой величиной Urmin, опыты по замыканию в каждом случае повторяли не менее 10 раз и выбирали наименьшее значение. Поскольку градиент столба примерно на порядок меньше, чем

падение напряжения в приэлектродных областях, искажения,
вносимые шунтированием столба при замыкании, невелики.

В последнее время в Институте электросварки им. Е. О. Па­това II. К. Походия разработал усовершенствованный метод скоростной рентгеновской киносъемки дуги (97]. Кинорентгено­съемка ранее же использовалась в работах [29, 187] для ис следования переноса металла у покрытых электродов. Приме­нение такого метода с целью определения L>K+a представляет несомненный интерес для покрытых электродов, особенно при больших токах, когда сварка происходит без коротких замы­каний.

Для определения эффективных приэлектродных падений напряжении, помимо уравнений (1.2) и (2.2) с четырьмя неиз­вестными, необходимы еще два дополнительных условия.

Первое такое условие может быть получено, если принять, что эффективное анодное падение напряжения не зависит от того, гте находится анодное пятно — на кайле пли на ван­не, т. е.

L’a± U а. п^П,, (3.2)

Это допущение с точки зрения физики явлений вполне ло­гично Отличия в температурах и состоянии поверхности ванны и капли в наименьшей степени должны сказаться на явлениях у анода дуги.

Второе дополнительное условие может быть получено, ис­ходя из различного теплового воздействия приэлектродных ис­точников па электрод при прямой и обратной полярностях па одинаковом токе.

Па прямой полярности мощность, вводимая в электрод, рав­на PK = /U3K п. Часть этой мощности цсР1эк „ тратится на рас­плавление стержня, а часть (1— т]’Д/(/’ на плавление по­крытия. Соответственно на плавление стержня и покрытия при тбратной полярности тратится i]VС’ и (1—щ’с)Шэа. Тепловая мощность, вводимая в электродный стержень, связана со ско­ростью его плавления следующими уравнениями [105]:

Подпись: (4.2)

сИ а — ( (S«. о *5т).

4

где vn и vn — скорости плавления соответственно па пря-
мой и обратной полярностях;
с! —Іди а метр электродного стержня;

SK. п и 5К, 0 —теплосодержания капель металла, отрываю­щихся с электрода, соответственно при пря­мой и обратной полярностях;

Sm-—теплосодержание металла стержня от нагре­ва током /.

ЭФФЕКТИВНЫЕ КАТОДНЫЕ И АНОДНЫЕ ПАДЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В СВАРОЧНЫХ ДУГАХ С ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ Подпись: vr п Sm) vo (5Л. о $т) Подпись: (5.2)
image27

Поделив правые и левые части двух уравнений (4.2). запи­шем второе дополнительное условие в виде

Подпись: ш Подпись: SK. О Подпись: (6.2)
image28

Если плавление электрода производить не более 20 сек, то подогрев стержня протекающим током будет мал (Sm=0). уравнение (5.2) можно упростить:

Подпись: Рис. 18. Зависимость к от тока по данным калори-метрических опытов: / — электрод 05 мм. Св-08Л [29]; 2 — электрод 04 мм. зачищенный до металлического блеска П79]; 3 — электрод 0 4 мм в состоянии поставки (1791; 4 — электрод 4 мм. тонкое меловое покрытие [179]

Из уравнения (6.2) следует, что отношение эффективных катодного и анодного падений напряжений пропорциональна

отношению скоростей плавления электрода на одинаковом токе при прямой п обратной полярностях, умноженному на попра­вочный коэффициент к, характеризующий различное теплосо­держание отрывающихся капель металла на разных поляр­ностях.

В литературе имеются некоторые сведения о теплосодержа­нии капель на прямой и обратной полярностях, полученные при калориметрировании. Результаты работы {179] для низкоугле­родистых проволок диаметром 4 мм н электродов с тонким ме­ловым покрытием того же диаметра, обработанные в виде K — f(/), приведены на рис. 18. На этом же рисунке нанесены коэффициенты к, рассчитанные по данным работы [29] для про­волоки Св-08А диаметром 5 мм.

Экспериментальные данные показывают, что для рассматри­вавшихся электродов к мало отличается от единицы и нахо­дится в пределах 0,84—1. Величина к может быть установлена на основе теоретической зависимости (14.3).

Используя эту зависимость, получим

Подпись:ш _ J4l_ («я + М0)

Vo {v0 + Ліс)

Сравнивая формулы (6.2) и (7.2), легко видеть, что

с„ М0

_ Уп + Л1(| _ Уд Уд

vo Л40 j ^ Л4р

Уд

М

Для низкоуглеродисгой проволоки Л10 = — =3,5-ь3,8 см/сек.

А

Уравнение (8.2) позволяет получить номограмму для опре- іеления к в зависимости от —и vQ (рис. 19). Из номограммы

А

Подпись:1,14

V2 1,08

vo

к> 1. В целом значение к мало отличается от единицы и при

изменении — от 0,7 до 1,5 и v0 от 0,3 до 1 см/сек изменяется

Уд

примерно от 0,93 до 1,13, что по порядку величин соответствует данным калориметрирования.

Используя экспериментальные величины скоростей плавле­ния на прямой и обратной полярностях и определяя к по номо­грамме на рис. 19, легко вычислить ю. Совместное решение

Наибольший интерес представляют значения U[4]K п п U3, так как с их помощью можно рассчитывать мощность, вводимую дугой в электрод.