Quintel Blogger theme

A free Premium Blogger theme from newbloggerthemes.com

вторник, 20 ноября 2012 г.

Распределение температур и тепла в зонах дуги

Благодаря бом­бардировке положительными ионами поверхности катода их кинети­ческая энергия превращается в тепловую и температура достигает 2400—3000°С. С увеличением плотности тока температура катодной области повышается. Область катодного падения напряжения явля­ется источником электронов, которые поддерживают газы в возбуж­денном ионизированном состоянии. Вследствие малой толщины ка­тодной области (~10~5cm) электроны и ионы движутся в ней без столкновений, и она примерно равна свободному пробегу электрона.

В столбе дуги имеются электроны, положительные и отрицатель­ные ионы, однако его можно считать нейтральным, так как сумма зарядов положительных частиц равна сумме зарядов отрицательных частиц. Наряду с процессом ионизации, идущим с поглощением энер­гии источника питания, в столбе происходит процесс образования ней­тральных атомов (рекомбинация) с выделением большого количества тепла, благодаря чему температура в столбе дуги достигает 5500—

( 7800°С. Температура столба дуги зависит от величины сварочного ' тока, состава газов, типа электродных покрытий и полярности (при обратной полярности выше).

Анодная область имеет большую протяженность (10_3—10~4 см), в ней наблюдается преимущественно электронный ток. Поверхность анода бомбардируется электронами и отрицательными ионами и тем- I пература в анодном пятне достигает 2500—4000°С. Электрон, попав­ший на анод, отдает металлу не только кинетическую энергию, но и энергию работы выхода, поэтому анод получает энергию от столба дуги не только в виде потока электронов, но и в виде теплового из­лучения.

При питании дуги постоянным током тепло распределяется по об­ластям следующим образом: в катодной области выделяется 36—38% тепла, в столбе дуги — 20—21, в анодной области — 42—43%. В свя- зи с этим при сварке деталей, требующих большого тепла для про­грева кромок, применяют прямую полярность, при которой катод ис­точника тока (минусовая клемма) присоединяется к электроду, а \ анод — к детали. При сварке тонкостенных изделий и сталей, не до­пускающих перегрева (нержавеющие, высокоуглеродистые и др.), применяют обратную полярность, что обеспечивает меньший нагрев детали и более быстрое расплавление электрода.





Потери тепла при ручной сварке составляют примерно 25%, из которых 20% уходят в окружающую среду через излучение и кон­векцию паров и газов, а 5% — на угар и разбрызгивание свариваемо­го металла. Количество тепла, используемое на нагрев и плавку сва­риваемого металла в единицу времени, называется эффективной теп­ловой мощностью дуги Яэ. Она равна полной тепловой мощности дуги, умноженной на коэффициент нагрева металла дугой г):

q3—0,24и1т)(Дж/с) или q3=Ul/l(BT).

При ручной сварке электродом с тонким покрытием rj = 0,5—0,6, с толстым покрытием г] =0,7—0,85.

Для характеристики теплового режима процесса сварки опреде­ляют погонную энергию дуги, т. е. количество тепла, вводимого в металл на единицу длины однопроходного шва. Погонная энергия (qn) равна отношению эффективной тепловой мощности дуги к ско­рости сварки (V):

qh—: °-24иь1 = °'24UTfE =150 Р(ДЖ/М).

V V a.i

где F—сечение сварного шва, м2; у=7,8 г/см3 — плотность; ан—ко­эффициент наплавки, г/(А-ч).

Длина дуги и напряжение на ней. Напряженность электрического поля по длине дуги неравномерна (рис. 36). На границе катодной области LK положительные ионы образуют объемный заряд, созда­ющий разность потенциалов UK, называемую катодным падением напряжения. В столбе дуга объемные заряды отсутствуют, т. е. элек­троны и иоиы распределены равномерно вдоль его длины. Поэтому напряженность электрического поля Ес и градиент потенциала в столбе дуги могут быть приняты примерно постоянными, а падение напряжения UCT — пропорциональным длине столба Ьд. На грани­це анодной La области образуется отрицательный объемный заряд, создающий разность потенциалов Ua, называемую анодным паде­нием напряжения. Таким образом, напряжение дуги складывается из трех составляющих:

Ua=UK + UCT + Ua=(UK + Ua) + EcLs=a + ЬЬД.

Из статической (вольтамперной) характеристики дуги (см. рис. 2) видно, что в начальный момент для ее возбуждения необходимо большее напряжение, чем при горении, так как оно влияет на сте­пень ионизации. Дуга зажигается при напряжении 40—50 В и горит устойчиво при напряжении 18—28 В на постоянном токе. Напряже­ние зажигания зависит от рода тока, величины дугового промежут­ка, материалов электрода и основного металла, обмазки электро­дов и ряда других факторов.

Напряжение устойчиво горящей дуги определяют по формуле:

ид=а + ЬЬд=10+2х4=18 В. «Короткой» называют дугу длиной 2—3 мм, «нормальной»— 3— 5 мм, «длинной» — более 5 мм. Наилучший режим сварки обеспе­чивается «короткой» дугой.





0 коммент.:

Отправить комментарий