Глава третья

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ НАГРЕВЕ ЭЛЕКТРОДОВ

1. Распространение тепла

Тепловое состояние металла, шлака и других компонентов, взаимодействующих в процессе образования сварного соединения, в значительной мере обусловливает характер, направление и скорость протекания всех физико-химических и металлургических процессов.

С тепловыми процессами непосредственно связаны такие важнейшие характеристики дуговой сварки, как скорость нагрева металла, скорость расплавления, производительность и др., поэтому исследование тепловых процессов при дуговой сварке плавлением имеет большое значение для изыскания путей увеличения эффективности сварочных процессов.

Тепловые процессы, происходящие при сварке покрытыми электродами, изучали Н. Н. Рыкалин, А. Г. Мазель, Г. И. Лесков, А. А. Ерохин, Г. X. Вашинк и другие советские и зарубежные ученые [183, 104, 97, 50, 316].

Тепловая энергия, затрачиваемая на плавление электрода, в основном обеспечивается процессами, происходящими в дуге, а также выделением тепла при прохождении тока через электродный стержень.

Мощность, выделяющаяся в дуговом разряде, передается окружающим его телам излучением, теплопроводностью и конвективными потоками газа,

Рд = /С^л-(З.П

Поскольку общее напряжение дуги

ил = ик + и„ + иа,(3.2)

где UK, Ua и UCT — падения напряжения в катодной и анодной области и столбе дуги, то

Рд = 'св^к + 'с^ст + 'с^- '3.3)

Каждое из слагаемых этого уравнения определяет электрическую мощность, выделяющуюся в одной из частей дуги.

Столб дуги теряет энергию в основном лучеиспусканием, потери тепла теплопроводностью при этом невелики [97, 50J.

В практике сварки используется лишь та часть мощности дуги, которая передается электродам и используется для их нагрева и плавления. В основном это энергия, выделяемая в приэлектродных областях и передаваемая активным пятнам дуги, главным образом теплопроводностью [97, 50]. Роль излучения столба дуги в нагреве электродов мала [104, 97, 50].

Передача теплоты от цуги к электродной капле и стержню. Часть энергии, выделяемой дугой у расплавленного торца электрода, теряется на излучение и испарение металла. Оставшаяся ее часть поглощается жидким металлом капли. Последний, в свою очередь, передает тепловую энергию твердому металлу, вызывая нагрев и последующее расплавление электродного стержня.

Уравнение баланса энергии для расплавляемого торца электрода от мощности дуги без учета некоторых малозначительных составляющих (опущенных для упрощения рассматриваемой модели тепловых процессов, о которых будет сказано ниже) выглядит следующим обра-