1.2. Перенос расплавленного металла в дуге

На каплю расплавленного металла электрода действуют следующие силы: тяжести, поверхностного натяжения, электромагнитного поля, реактивная и внутреннего давления, которые определяют характер переноса металла в дуге.

При прохождении электрического тока по электроду вокруг него образуется магнитное поле, которое оказывает на поверхность электрода сжимающее действие. Магнитные силы действуют нормально к поверхности расплавленного металла. Так как в месте образования шейки капли плотность тока больше, то и больше магнитные силы, которые выдавливают каплю в сторону меньшего поля, в направлении к жидкой ванне. Сечение шейки уменьшается, что приводит к увеличению плотности тока и температуры жидкого металла, и он мгновенно закипает, происходит взрыв шейки. Образовавшиеся пары металла оказывают реактивное действие на каплю, направляя ее в сторону, обратную электроду. Это позволяет вести сварку в любом пространственном положении.

При прохождении капли через дуговой промежуток происходит насыщение металла азотом и кислородом. Образовавшиеся окислы взаимодействуют с углеродом, образуя моно- или двуокись углерода. Наличие этих газов, а также паров металла создает в капле силы внутреннего давления, которые могут разорвать ее в процессе движения.

Величина капель влияет на производительность и качество сварки. Различают крупнокапельный перенос при малой плотности тока и мелкокапельный – при больших плотностях.

1.3. Основные показатели сварочной дуги

Для определения производительности, скорости и эффективности сварки используют уравнения, взаимосвязывающие параметры процесса.

Коэффициент расплавления металла определяется по уравнению

(1.4)

где: – масса расплавленного металла (г), t – время (ч), I – сила тока (А).

Коэффициент расплавления зависит от состава проволоки и покрытия электрода, веса покрытия, а также рода и полярности тока.

Однако не весь расплавленный металл идет на образование сварного шва. Часть его разбрызгивается, испаряется, окисляется и т.п. Величина, характеризующая потери расплавленного металла, называется коэффициентом потерь и определяется по формуле

, (1.5)

где: – масса наплавленного металла.

Этот коэффициент зависит от типа электрода, режимов сварки, типа сварного соединения и возрастает при увеличении плотности тока и длины дуги. Поэтому при ручной дуговой сварке на воздухе максимально допустимым считают ток 600 А. При больших токах потери металла неоправданно велики.

Производительность сварки определяется количеством наплавленного металла в единицу времени или скоростью образования шва:

(1.6)

где: – коэффициент наплавки,

(1.7)

где: – соответственно сечение и длина сварного шва;

– плотность наплавляемого металла, кг/м³. Тогда скорость сварки можно определить:

(1.8)

При дуговой сварке диаметр электрода зависит от толщины свариваемого металла. Для выбора электрода при ручной дуговой сварке можно руководствоваться следующей зависимостью:

толщина стали, мм	1...2	3...4	5…7	8...10	12...24	30...60
диаметр электрода, мм	1...2	3	4	5	6	8

Величина сварочного тока связана с диаметром электрода соотношением:

(1.9)

где: – постоянные коэффициенты, которые в случае сварки углеродистых сталей можно принять .

Для характеристики процесса сварки часто используют понятие эффективной мощности , которая идет на нагрев металла.

КПД процесса - есть отношение эффективной мощности к общему количеству теплоты, выделяемому при горении дуги.

, (1.10)

Для ручной дуговой сварки для сварки под флюсом при сварке неплавящимся электродом в среде защитных газов .