В соответствии со схемой трех источников тепла производи­тельность расплавления электрода определяется мощностью приэлектродного источника, действующего на каплю. Законо­мерности плавления проволок рассмотрены в п. 1. При нали­чии покрытия часть мощности приэлектродного источника рас­ходуется на испарение, диссоциацию и плавление электродного покрытия. Поэтому закономерности, полученные для проволок,
могут быть применены для покрытых электродов лишь в случае, если вместо всей мощности приэлектродного источника учиты­вать только ее часть, расходуемую на плавление электродного стержня ц’сР [см. уравнение (4.2)].

Регулировать мощность приэлектродного источника можно двумя путями: изменяя ток или катодное падение напряже­ния.

Регулирование производительности расплавления электрода за счет изменения тока широко известно и не нуждается в ка­ком-либо специальном рассмотрении. Следует лишь отметить, что возможность повышения производительности расплавления прутковых электродов за счет увеличения тока ограничена в связи с перегревом электродного стержня. При автоматических и полуавтоматических способах сварки это ограничение менее существенно из-за малых вылетов проволоки.

Поэтому для прутковых электродов особый интерес пред­ставляет регулирование производительности за счет изменения катодного падения напряжения. Такое регулирование связано с изменением состояния поверхности катода в результате обра­ботки поверхности проволоки или нанесения электродных по­крытий разного типа. Регулирование состояния катода изменяет скорость плавления не только самого катода, но и анода в связи с передачей ему части тепловой энергии с катода электронами проводимости.

В литературе по сварке имеется большое количество иссле­дований расплавления различных электродов. Критическое рас­смотрение результатов этих исследований и их систематизация с точки зрения развитых выше представлений должны помочь вскрыть пути рационального регулирования катодного падения напряжения и оценить сто влияние на производительность, а также внести ясность в ряд наблюдаемых явлений, до сих пор не имевших удовлетворительного объяснения.

Рассмотрим известные из литературы основные эксперимен­тальные данные по плавлению электродов. В ряде работ указы­вается па существенное влияние состояния поверхности элек­тродной проволоки и ее химического состава. Так, И. Р. Пацке вич [83], сравнивая низкоуглсродистые электродные проволоки, изготовленные по различной технологии, нашел, что при прямой полярности коэффициент расплавления неизвееткованной про­волоки на 45% выше, чем у проволоки обычного производства, а у проволоки, волоченой с мылом, выше на 13,4%. Наиболь­ший коэффициент расплавления наблюдался у проволоки нор­мального производства, зачищенной до металлического блеска. Зачистка увеличивала производительность расплавления на 70%- Такие же данные по влиянию зачистки проволоки были получены затем в работах [16, 48]. Влияние на скорость плавле­ния различной поверхностной обработки проволоки диаметром
4 мм при токе 150 а прямой полярности установлено также в работе [136] (рис. 31).

А. Лесневич при сварке в газах, активируя поверхность тон­кой низкоуглеродистой проволоки малыми количествами хло­рида кальция, установил, что при прямой полярности по мере нанесения активатора скорость плавления сначала несколько увеличивается, а затем интенсивно уменьшается [165]. Влияние активаторов на скорость расплавления при прямой полярности

газах нанесение на проволоку 0,003% активаторов (ВаО; RbC03; CsRbCR; CsN03; KC03; SrC03; Th02; LiC03) при одинаковом токе значительно снижало скорость плавления.

В работе [169] было установлено, что при прямой полярно­сти скорость плавления зависит от химического состава, связан­ного со способом изготовления проволоки (кипящая, полуспо — койная, спокойная). Проволока из спокойной стали плавится быстрее. После зачистки и травления проволоки из кипящей стали плавятся на прямой полярности быстрее, чем в состоянии поставки. Проволоки из спокойной стали не меняют при этом скорости плавления.

Авторы работ не делают попыток объяснить причины раз­личного плавления проволок. В данном случае проявляется действие различных тонких пленок на катоде. Пленки изменяют работу выхода электронов и, следовательно, мощность катод­ного источника тепла.

Состояние поверхности и химический состав проволоки влияют на скорость ее плавления только при прямой полярности сварочного тока. При обратной полярности скорость плавления при данном токе практически мало зависит от состояния по­верхности проволоки и химического состава [83, 169]. Следова­
тельно, распределение тепла в дуге между электродом и основ­ным металлом зависит и от полярности тока при сварке.

Влияние состояния поверхности проволоки, ее химического состава и полярности при сварке на скорость плавления прово­локи установлено и в настоящей работе. Как легко видеть, на­пример, из табл. 12, скорости плавления у разных типов прово­лок, особенно на прямой полярности, значительно отличаются. Производительность расплавления в большинстве случаев не одинакова на прямой и обратной полярностях.

Скорость расплавления электрода зависит и от типа основ­ного металла. Например, при прямой полярности проволоки из

Подпись:кипящей стали плавятся бы­стрее при сварке спокойной стали, чем три сварке кипя­щей (169]. Нельзя ожидать су­щественного теплового воз­действия одного электрода на другой. Влияние основного металла на скорость расплав­ления электрода может быть объяснено тем, что в процессе коротких замыканий (при сварке проволокой без покры­тия при плотности тока до 15 и! мм2 всегда наблюдаются короткие замыкания) происходит перемешивание капли па кон­це электрода с металлом ванны. После разрыва перемычки и нового возбуждения дуги часть основного металла может ос­таться на конце электрода-катода, изменяя его эмиссионные характеристики.

То, что такой процесс перемешивания действительно проис­ходит, видно из следующих опытов. На хромоникелевую сталь 18-8 производилась наплавка электродами УОНИ13/45 и ЦМ7 при токе 150 а на обратной полярности. В процессе наплавки сварочный ток обрывался быстродействующим реле. Капли на конце электрода подвергали спектральному анализу на хром и никель. Результаты анализа приведены в табл. 19.

Из табл. 19 видно, что хром и никель могут переходить из основного металла в каплю на конце электрода. Содержание хрома и никеля в капле изменялось от 0 до 24% содержания этих элементов в шве.

Влияние основного металла на химический состав капли следует в целом считать несущественным. В то же время даже малые примеси могут значительно влиять на работу выхода электронов, изменяя мощность прнэлектродного источника теп­ла и производительность расплавления. Были проведены
•ледующие опыты. На прямой полярности производилась наплавка одной и той же проволокой Св-08А на одну и ту же їластину из стали УСт. З при одинаковом токе 180 а. В одном случае поверхность пластины была покрыта тонким слоем окислов (окалина, ржавчина), в другом — пластина была про­травлена п зачищена металлическими щетками до блеска.

Скорость расплавления проволоки при наплавке оказалась разной. Попадание окислов на поверхность капли в моменты коротких замыканий повышало скорость плавления проволоки -~на 20%. Например, для поверхности без обработки v~ 0, И 0.52 .

ния электрода могут в определенных случаях изменяться в за­висимости от состава и состояния поверхности основного ме­тала в результате взаимодействия между каплей на электрод.- и сварочной ванной.

Основной металл попадает и кайлю на конце электрода в незначительном количестве. Поэтому его действие на расплав­ление электрода легко может быть подавлено нанесением по­крытий. Опыты показали, что нанесение тонкого мелового покрытия полностью выравнивает скорость расплавления элек­тродной проволоки при сварке различного металла.

Большое число исследователей отмечают значительное влия­ние на скорость расплавления при одном и том же токе типа электродного покрытия и его толщины. Данные по влиянию типа покрытия были получены еще в 1938 г. И. Д. Давыденко [20J, который наносил на низкоуглеродистую проволоку диамет­ром 5 мм различные однокомпонентные покрытия слоем тол­щиной 0,3 мм и установил следующую зависимость при сварке на прямой полярности. Компоненты, имеющие основной харак­тер, снижают напряжение дуги и уменьшают скорость плавле­ния электрода. Компоненты кислого характера увеличивали напряжение дуги и повышали скорость плавления электрода. Раскислнтели также увеличивали скорость плавления электро­дов, что, по мнению И. Д. Давиденко, было связано с увели­чением выделения теплоты за счет реакций в сварочной дуге. Органические вещества повышают напряжение дуги и увели­чивают скорость плавления электродов.

В работе [20] не дается анализа причин различной скоро­сти плавления электродов. В определении существенной роли термического эффекта химических реакций в дуге, как это бы­ло показано выше, мнение И. В. Давиденко ошибочно. Наи­больший интерес в работе [20] представляет впервые установ­ленная зависимость между номинальным напряжением дуги и скоростью расплавления электрода.

II. А. Липецкий [56J, рассматривая результаты работы [20], установил связь между внутренней энергией кристаллической решетки компонентов покрытия и скоростью плавления элек­тродов. Причины этой связи вскрыты не были. Вероятно, наи­большее значение имеет то, что увеличение внутренней энергии решетки должно сопровождаться увеличением работы выхода электронов с катода в дуговом разряде. Работы [20] и [56] являются одними из первых оценок влияния типа покрытия на пронзводнтелность расплавления. Большое количество анало­гичных результатов было получено и в последующих работах советских и зарубежных авторов.

Производительность расплавления различных электродов
Влияние типа покрытия на производительность расплавле­ния электрода установлено и в настоящей работе для одно­компонентных, двухкомпоненгных и промышленных покрытий. На проволоку Св-08А диаметром 4 мм одной плавки наносили окунанием слоем толщиной около 0,3 мм на сторону мрамор, плавиковый шпат, рутил, ферромарганец, ферросилиций, фер­ротитан. кварцевый песок, гранит, доломит, марганцевую руду, титановый концентрат, гематит, замешанные на жидком стекле. Наплавку выполняли на токе 180—190 а прямой полярности на один и тот же основной металл. При сварке определяли сред­нюю скорость расплавления электрода в течение первых 25 сек, что исключало заметное влияние разогрева стержня током Скорости расплавления в среднем из трех измерений приведе ни в табл. 20.

C rTOHorw одн«ко^",;Н«ітнь. м покрытием, приведенными в табл. 20 (рис. 32.0). Из рис. 32, о следует, что скорость рас­плавления увеличивается с ростом номинального напряжения Аналогичная зависимость между Ц> и скоростью распл авле — ния выявляется и при рассмотрении двухкомпонентных покры­

Подпись:

Подпись: покрытия с переменным соотношением Рис. 32 Зависимость скорости плавления от поминальної о напряжения туги при прямой полярности: а- проволока Св-08А с однокомпонентними ПОКРЫТИЯМИ: й приволоки е ратлнчно обработанной поверхностью и разного состава

входящих компонентов наносили слоем 0,5 мм на проволоке Св-ОйА. Исследовали системы СаСОэ—SiOa, марганцевая руда CaF2 и CaF2—SiCV Сварку производили на прямой полярности (катод на электроде). Во всех случаях увеличение Ug сопро­вождалось увеличением скорости плавления электродов при­мерно по аналогичному закону (рис. 33).

Как н для тонкопокрытых электродов была получена пря­мая зависимость между скоростью расплавления и IJ0 при сварке в тех же условиях проволокой Св-08А без покрытия, но с различным состоянием поверхности (без обработки, никели­рование, воронение, цементирование, омеднение, травление) и для низкоуглеродистых и низколегированных проволок различ­ных типов (рис. 32,6).

Зависимость скорости плавления от номинального напряже­ния при обратной полярности отличается от наблюдаемой при прямой полярности. В случае сварки на обратной полярности электродами с тонкими однокомпонентними покрытиями номи­нальное напряжение дуги почти такое же, как и на прямой по­лярности. Близкие напряжения на обоих полярностях объяс­няются тем, что катод, расположенный на сварочной ванночке, покрывается шлаком, изменяющим его эмиссионные характе­ристики.

Как видно из рис. 34, при обратной полярности скорость расплавления электродов практически не зависит от номиналь-
ного напряжения душ. Эго справедливо при неизмен­ной внешней вольт-ампер — ной характеристике свароч­ной машины (неизменном положении регулятора то­ка). Если сварк разными электродами выполнять при строго одинаковом токе, не­сколько изменяя положение регулятора машины при из­менении номинального на­пряжения горения дуги, то скорость плавления будет незначительно возрастать с увеличением номинального напряжения.

Таким образом, в связи с (передачей на анод элект­ронами сравнительно не-

image48"Проволока

Подпись: Рис 35 Зависимость коэффициента расплавления от толщины покрытия для электродов диаметром 4 мм:
Производительность расплавления различных электродов

ботьшой ноли энергии ка-юда скорость расплавления на оорат — ой полярности в меньшей степени, чем а. ри^ прямой, зависит от состояния поверхности, состава электродной проволок,, и ве­тчины номинального напряжения дуги, определяемой соста­вом покрытия.

Наблюдаемые на практике разные производительности рас­плавления промышленных электродов на обратной полярности в наибольшей степени связаны с различным количеством по- крытия на электроде (рис. 35). Большой разброс точек на рис. 35 объясняется некоторыми отличиями в мощностях анодно­го источника тепла, а также связан с различными теплофнзнче — скими свойствами покрытий у электродов разных марок.

При прямой полярности увеличение количества покрытия на электроде благодаря сложным и малоизученным процессам в

Производительность расплавления различных электродов

катодной области может не только снижать, но и увеличивать работу выхода электронов с катода. В случае увеличения ра­боты выхода должно наблюдаться повышение катодного паде­ния напряжения. Оно может быть таким, что скорость плав­ления будет возрастать, несмотря на увеличение количества покрытия и повышенные затраты тепла на его плавление.

Влияние различных однокомио — ~^сёк иеитных ‘покрытий разной толщины

Подпись: ^ 7Подпись:Подпись: Толщина пдкрытияПодпись: Рис. 36. Влияние одноком- пснентых покрытий разной толщины на произво-дительность расплавления электрода при прямой (а) и обратной (б) полярности [136]па производительность расплавле­ния электродов может быть проил­люстрировано данными работы JI36], По мере увеличения толщи­ны шокрытия Si02 и Ре203 при пря — мой полярности способствуют ро-

СаС03, Са(ОН)г и BaS04 снижают производительность расплавления При обратной полярности все ком­поненты с увеличением толщины покрытия уменьшают производи­тельность расплавления (рис. 36) О сложном характере изменения производительности расплавления при прямой полярности в зависимо­сти от толщины мелового покрытия и покрытия электродов ОММ5 со­общено в работе [26].

Для оценки влияния количест­ва. покрытия на производитель­ность расплавления электродов ав­тором были нанесены покрытия из плавикового шпата, мрамора и кварцевого песка различной толщины на проволоку Св-08А од­ной плавки диаметром 4 мм. Результаты опытов приведены в табл. 22.

Таблица 22

Покрытие

Толщина по крытия на сторону в мм

/вс

“0" в

V в CMjceK

ар в ’/<И

Плавиковый шпат….

0,3

175

30—35

0,77

17,3

1,2

152

35 -38

0,65

14,5

Кварцевый песок….

0,3

180

24—28

0,678

13,2

1,2

170

30 -35

0,5

10,2

Мрамор…………………………

0,2

195

17-20

0,4

7,3

0,85

185

20-24

0,42

7,9

Примечание. Продолжительность сварки 30 сек, прямая

полярность

Производительность расплавления различных электродов

Табл. 22 показывает несколько другие результаты по срав­нению с рис. 36. В нашем случае SiCX не повысил производи­тельность расплавления с увеличением толщины покрытия. В го же время СаСОз повысил производительность расплавления (на рис. 36 SiCX повышает, а СаСОз понижает производитель­ность расплавления). Результаты исследований покрытий из 0аСО3 в табл. 22 совпали с данными работы [26].

Наблюдаемое несовпадение экспериментальных данных воз­можно связано с месторождениями исследуемых компонентов и наличием в них примесей, существенно влияющих на работу выхода электронов и. следовательно, на катодное падение на­пряжения.

Возможность повышения производительности при прямой полярности за счет утолщения некоторых сложных электрод­ных покрытий имеет большое практическое значение. Харак­терны в этом отношении электроды ЦМ7. Если у этих электро­дов коэффициент веса покрытия увеличить с 40—50 до 50- 60%, то производительность расплавления повысится. В связи с этим электродам ЦМ7 с увеличенным коэффициентом веса покрытия была присвоена новая марка ЦЛ17С. Автор не наблю­дал уменьшения производительности расплавления опытных электродов с пластмассовым покрытием ВСП по мере его утол­щения, что также свидетельствует о некотором повышении мощ­ности приэлектродного источника с увеличением количества шлака (рис. 37).

Выше было показано, что уже небольшие изменения в со­стоянии поверхности проволоки-катода могут приводить к зна­чительному изменению характеристик расплавления (рис. 32,6). Однако нанесение на проволоки с разным состоя­нием поверхности тонкого слоя покрытия, например мрамора на жидком стекле, практически полностью выравнивает
производительность плавления на прямой полярности и подав­ляет действие разной обработки проволоки (табл. 23).

Подпись: см/сек Рис. 38. Скорость плавления промышленных электродов на прямой н обратной полярности при разных токах (по данным габл. 14)

Исключение составляют некоторые редкие случаи. Напри­мер, покрытие AII1 не подавляет действия поверхностной обра­ботки проволоки [83].

Так как плавление электрода при разных полярностях осу­ществляется либо катодным, либо анодным источниками, мощ­ность которых обычно различна, наблюдается тепловая асим­метрия сварочной дуги.

Эксперименты показывают, что тепловая асимметрия может быть весьма значительной не только у проволок и однокомпо­нентних электродов, но и у промышленных электродов (рис. 38).

Из рис. 38 видно, что электроды, имеющие высокое номи­нальное напряжение (Флитвелд 5, Шилдарк 85. ВЦС1, ЦМ7), плавятся быстрее на прямой полярности. Объясняется это тем, что при одинаковом токе мощность катодного источ­ника у них выше, чем мощность анодного источника (У* п> (см. табл. 17).

Электроды УОНИ13/15 и MP3 с меньшими значениями но­минального напряжения и U3a^U п при одинаковом токе ли­бо имеют близкую скорость плавления на обеих полярностях, либо быстрее расплавляются на обратной полярности.

У промышленных электродов, как у проволок и однокомпо — нентных электродов, наблюдается повышение скорости плавле­ния с ростом номинального напряжения дуги (рис. 38). Во всех случаях кривые, соответствующие электродам с большим номинальным напряжением, расположены выше кривых для электродов с малым номинальным напряжением. Зависимость скорости плавления от номинального напряжения выражена более резко при прямой полярности, когда на электрод дейст­вует катодный источник тепла. Таким образом, при разработке высокопроизводительных электродов следует выбирать такие композиции покрытия, которые обеспечивают наиболее высокие номинальные напряжения горения дуги.

Зависимость характеристик плавлення электродов от боль­шого числа иногда трудно учитываемых факторов (месторож­дение компонентов, технология производства электродов и т. в.) приводит к тому, что электроды одной и той же марки, полученные с разных заводов-изготовителей, могут иметь раз­ные коэффициенты расплавления (табл. 24) [26].

Таблица 24

Марка

электрода

Завод-изго­товитель

Диаметр электро­да в мм

Коэффициент веса покры­тия в %

Род тока

Коэффи­циент рас­плавления в г, о-ч

ОММ5

мзз

5

29 32

Постоянный, пря-

9

ОММ5

осз

5

30 31

мая полярность

11

У ОНИ 13

мзз

4

Постоянный, об-

8,7

УОНИ13

мэз

л

37,5 -38,5

ратная полярность

9,7

УОНИ13

лзмз

4

48,8

10,17

ЦМ7С

ЦНИИТМАШ

5

56- -61

Постоянный, пря-

12,6

ЦМ7С

осз

5

59 -65

мая полярность

9,8

Достаточно полное суждение о производительности плавле­ния электрода той или иной марки может быть получено толь­ко в результате статистической обработки результатов иссле­дований большого числа партий. Приведенные данные о рас­плавлении электродов касались сварки на постоянном токе. По данным работ [26, 136], производительность расплавления на переменном токе является промежуточной между производи —

тельностыо на прямой и обратной полярности. Это же наблю­далось и в опытах автора.

При рассмотрении влияния различных технологических факторов на плавление электрода во всех случаях выявляется качественная зависимость между мощностью приэлектродного источника и производительностью расплавления. Однако наи­больший интерес представляет нахождение количественных за­висимостей. Такая количественная зависимость между вводи­мой мощностью и скоростью плавления для проволоки Св-08Л диаметром 4 мм с различной обработкой поверхности при то­ке 140—195 а прямой и обратной полярности уже была пока­зана на рис. 30.

По данным табл. 13, 14 и 16, 17, аналогичные завися мости можно построить для электродов с разными однокомпо­нентными и промышленными покрытиями, нанесенными на проволоку Св-08А диаметром 4 мм (рис. 39,а и б). Из рис. 39 видно, что для обеспечения одинаковой скорости плавления электродов и проволоки электродам требуется большая мощ­ность приэлектродного источника, чем проволоке.

Разница между мощностями приэлектродного источника, необходимыми для расплавления с одинаковой скоростью элек­трода с покрытием и голой проволоки, на которой он пзготов лен, соответствует мощности, затрачиваемой только па щссо — ииацию, плавление, испарение покрытия и протекание химиче­ских реакции (графически эту мощность находят как — Р

а

— тп Р на рис. 39, б)

Часть мощности приэлектродного источника, затрачиваемая на диссоциацию, испарение и плавление электродного покры­тия, включая тепло химических реакций, зависит от многих факторов (рис. 39). Имеет значение тип покрытия, его количе­ство на электроде и ток. Увеличение тока удлиняет втулочку из покрытия и повышает затраты тепла на его плавление. Зна­чения т]п в процентах для каждой марки электрода приведены на рис 39,6. В среднем они изменяются примерно от 20 до 40% общей мощности, вводимой в каплю.

Затраты тепла при плавлении покрытий, определяющие ве­личину у]’г, складываются из затрат на плавление и перегрев шлаков, плавление железной части покрытия, диссоциацию не­которых компонентов (например, карбонатов) и испарение вла­ги. В скрытом виде учитывается также тепло химических реакций.

Теплосодержание шлаков промышленных электродов было определено экспериментально. Шлаки расплавлялись в графи­товом тигле угольной дугой и доводились до постоянной тем­пературы 1673° К, измеряемой оптическим пирометром. Затем чо

image50

image52

 

 

CL>

 

image51

шлаки сливали на медную тарелочку, плавающую на поверх­ности водяного калориметра, и быстро погружали в калори­метр. Теплосодержание (в кдж/кг) различных шлаков при 1С73Г С, включая теплоту плавления, приведено ниже:

УОШ 113/55 ЦМ 7 ВСЦ 2 Флитвелд 5 MP3 ВСЦ 1 1500 1420 1510 1210 1420 1560

Подпись:Теплосодержание шлаков мало отличается и в среднем со­ставляет 1440 кдж/кг. В процессе сварки температура расплав­ленного шлака в разных точках на конце электрода различна. Можно принять, что средняя температура нагрева шлака рав­на 2073° К. Тогда его теплосо­держание составит около 1840 кжд/кг.

Расход тепла на плавление железной части покрытия, пере­ходящей в наплавленный ме­талл, диссоциацию химически нестойких компонентов и испа­рение абсорбированной кон­ституционной влаги, а также теплоту реакций дифференциро­вано учесть весьма сложно. Можно лишь указать, что сумма этих затрат в электродах некоторых типов имеет основное значе­ние. Например, электроды газозащитного типа СВСЦ1, Флит­велд 5, Шилдарк 85) образуют в 3—5 раз меньшее количество шлака, чем УОНИ13, ЦМ7 и MP3, а значение т’п у этих элек­тродов весьма высокое. Это объясняется сохранением значи­тельного количества влаги в жидком стекле целлюлозных элек­тродов из-за низкой температуры их прокалки — до 400е К (рис. 40) н большими количествами жидкого стекла, необхо­димыми для изготовления таких электродов. Кроме того, де­струкция целлюлозы внутри покрытия при его разогреве и плавлении, по-видимому, также требует значительных затрат тепла. Имеет значение и интенсивное разложение при высоких температурах асбеста, талька, слюды и других материалов, входящих в эти покрытия.

Рассматривая общую мощность дуги при сварке, мощность приэлектродного источника и затраты тепла на плавление по­крытия, можно определить коэффициент использования всего тепла дуги электродом г)а, коэффициент использования тепла дуги электродным стержнем 1], И покрытием У]п- Между эти­ми коэффициентами существует следующая зависимость:

ъМг- = Ъэ — (21.3)

Электрод

Т‘-.

Св-08А

33-47

33—47

40

40

MP3

32—38

6,4 -7.6

25,0—30,4

34

0,8

27,2

УОНИ13/55

.37 42,5

12,2-14

24,8—28,5

40

13,2

26,8

ИМ 7

.34—52

12,3—18,3

21,7-32,7

40

16,5

29,5

ВСЦ1

37—52

11,1 -15,0

25,9- -36,4

45

13,5

31,5

Флитвелд 5

45 -51

18 —23,1

27—31,9

50

20

Шилдирк 85

42 —50

10,8—20

25,2 30

47,5

19

28,5

В табл. 25 приведены значения rjc; гр, и ip в процентах для шести промышленных электродов и проволоки Св-08А диаметром 4 мм. рассчитанные по данным табл. 12, 14, 15, 17 и средним значениям тр, для каждого электрода на рис. 39, б.

Коэффициент использования тепла дуги электродом изме­няется от 34 до 50%, повышаясь по мере увеличения номи­нального напряжения.

Проведенные исследования позволяют проанализировать, в каких пределах коэффициент расплавления, широко приме­няемый на практике для оценки производительности расплав­ления электродов, можно считать постоянной величиной и ка­ким образом этот коэффициент связан с характеристиками приэлектродной области у капли.

Как известно, коэффициент расплавления является отноше­нием веса расплавленного в единицу времени электродного стержня к величине сварочного тока.

Впервые оценка производительности с помощью коэффици­ента расплавления предложена В. П. Вологдиным [15] и Н. Ф. Наймушиным [73]. Н. Ф. Наймушин пишет: «Очевидно, что один ампер при одних и тех же условиях создает одпнако вый тепловой эффект, следовательно, при прохождении его че­рез дугу весовое количество наплавляемого или же расплав­ляемого вещества электрода будет величиной постоянной».

В действительности применение этого коэффициента не имеет физического смысла, вкладываемого II. Ф. Наймушиным, так как электрод плавится не током, а за счет тепловой энер­гии дуги.

Предложенная оценка производительности расплавления по коэффициент) расплавления проста и практически удобна. Оказалось, что электроды большинства марок в пределах оп­тимальных токов сохраняют примерно одинаковое значение этого коэффициента.

мг мг

Подпись: а-сек а-сек Рис. 41. Зависимость коэффициента расплавления от тока для некоторых опытных электродов и различных проволок [179]: а — коэффициент расплавления двухкомноненгных покрытий целлюлоза — FeMn на прямой полярности; б — коэффициент расплавления голых проволок диаметрами 1.6—5 мм при обратной полярности

Однако это не является общим правилом. Возможны такие композиции покрытий, при которых коэффициент расплавления существенно зависит от тока. Например, в работе [179] деталь­но исследовались двухкомпонентные покрытия целлюлоза — FeMn, нанесенные на низкоуглеродистую проволоку диамет­ром 4 мм. Оказалось, что нанесение одного FeMn приводит к резкому снижению коэффициента расплавления с увеличением тока. Нанесение покрытий из целлюлозы и целлюлозы в смесч с 10—50% FeMn. наоборот, увеличивает коэффициент расплав­ления. В этой же работе были отмечены значительные измене­ния коэффициента расплавления для некоторых зачищенных проволок. При обратной полярности для проволок было отме­чено увеличение коэффициента расплавления с уменьшением тока ниже 50 а. Наиболее характерные результаты работы 1179] приведены на рис. 41.

Коэффициент расплавления ар может быть представлен следующим образом. В соответствии с уравнением (14 3) теп-

( 1 — "к (а) = V (Аи г М) F ‘.

Подпись: лова я мощность, вводимая дугой в электродный равна
Подпись: стержень,

Vfy.

Легко заметить, что ar,= —j — г/а-сек, откуда

Если пР, как это принято, выразить в г/а-ч, то получим

Подпись:, (1 ті’) 3600

/ ■ 1 _У_____________ / ■ • о

М") Аи і — М

Таким образом, коэффициент расплавления равен эффектив­ному приэлектродному падению напряжения, умноженному на поправочный коэффициент Q. Для промышленных электродов, рассматриваемых в настоящей работе, диапазон изменения ско­ростей плавления составлял примерно 0,4—1,0 см/сек-, % ~0,3. Полагая для низкоуглероднетой стали Л =490 дж • сск/см — г и М=1900 дж/г, получаем, что 0 = 1,2ч — 1,05 г/а-ч-в, т. е. имеет величину, близкую к единице. Поэтому для промышленных электродов коэффициент расплавления приблизительно равен

а„~1 ,Ш’(0). (23.3)

Для проволок без покрытия, когда =0, в том же диапа­зоне скоростей плавления 0,4—1 см/сек Q =1,74-1,5 г/а-ч-в. Поэтому для проволок коэффициент расплавления связан с эффективным приэлектродным падением напряжения следую­щим соотношением:

1,661 (а). (24.3)

Из соотношения (22.3) следует, что коэффициент расплав­ления, строго говоря, не. может рассматриваться как постоян­ная величина. Он зависит от эмиссионных характеристик ка­тода дуги (Е’^(о)), скорости плавления электрода, количества тепла, затрачиваемого на диссоциацию, испарение и плавле­ние покрытия, и от подогрева электрода током, влияющим на величину коэффициентов А и М. Такая сложная природа ко­эффициента расплавления объясняет аномалии, установленные в работе [179], и отмеченное рядом исследователей изменение коэффициента расплавления при большом увеличении тока [38].

Характеризуя производительность расплавления электрода какой-либо марки коэффициентом расплавления, следует иметь

п виду, что в связи с отличиями прнэлектродного падения на­пряжения на разных полярностях этот коэффннпент можно использовать лишь для определенного рода тока.