Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

METHOD OF CALCULATION OF VOLUME OF THE DROP OF THE MELTED ELECTRODE MMA METAL

Ilyaschenko D.P. 1
1 Yurginskiy Technological Institute (branch) Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education «The National Research Tomsk Polytechnic University»
1920 KB
The article presents the results of theoretical studies of technological features kapleperenosssa for manual arc welding with coated electrodes (MMA) of power supply for the impact of different energy (power inverter, diode rectifier). The mathematical formula allows to determine the size of the portable electrode metal droplets from the droplet residence time at the end of the electrode, which allows to predict the transition coefficient of alloying elements with coated electrode in the weld metal.
arc welding power supply type
drop size
coated electrodes

Практически все мировые лидеры в области сварочного производства (Lincoln Electric, ESAB, KEMPPI и др.) ориентированы преимущественно на разработку и производства инверторных сварочных источников питания для ручной дуговой сварке [1].

Анализ осциллограмм процесса сварки от инвертора и диодного выпрямителя (рисунок) показывает [2] различие энергетических параметров процесса сварки во время образования и переноса капли электродного металла. При сварке от инвертора значения тока Iмах к.з. и Iмин изменяется 90…140 А, а при сварке диодным выпрямителем – 80…160 А, при Iраб 100 А. Следовательно, изменяется тепловложение в каплю электродного металла, а значит и размер переносимых капель электродного металла.

Расчет теплосодержания капель электродного металла при использовании источников питания с различными энергетическими характеристиками показал [3], что применение инверторных источников питания позволяет снизить перегрев капель электродного металла на 15-37 % по сравнению с диодным выпрямителем.

Теоретическое исследование

Расчетная формула объема переносимых капель электродного металла при сварке источниками питания с различной энергетической составляющей позволит спрогнозировать коэффициент перехода легирующих элементов с покрытого электрода в наплавленный металл, оценить процент перехода этих элементов в шлаковую и газовую составляющую, т.к. химические реакции при сварке почти полностью заканчиваются на стадии образования капли [4].

При изучении переноса электродного металла принимают следующие допущения [5]: столб дуги неподвижен и соостен с электродом, а капля металла имеет форму сегмента или шара. Приняв, что капля на торце электрода имеет форму шарового сегмента с основанием равным сечению электрода, массу капли можно определить по формуле [5]:

il01.wmf (1)

где m – масса капли, г;

γ – плотность жидкого металла, г/мм3;

R – радиус кривизны поверхности капли, мм

r0 – радиус электродного стержня, мм

С другой стороны, массу переходящих капель с короткими замыканиями [6] можно найти:

il02.wmf, (2)

где τк.з. – время пребывания капли на торце электрода, с.

а – коэффициент 0,33∙10–4 г/с3.

iljh1a.tif

а)

iljh1b.tif

б)

Рисунок Осциллограммы процесса сварки (электроды марки LB-52U диаметром 3,2 мм): а – ВД-306; б – Nebula-315

Из формул 1–2 и используя формулу Кардано [7], радиус кривизны поверхности электродной капли можно найти по формуле [8]:

il03a.wmf

il03b.wmf, (2.8)

Формулу 2.8 можно упростить

il04.wmf, (3)

где il05.wmf; il06.wmf.

Таким образом, формула 3 показывает, что чем больше короткое замыкание, тем больше радиус капли переносимого электродного металла.

Объем капли имеющей форму шарового сегмента с основанием равным сечению электрода можно определить по формуле [8]:

il07.wmf. (4)

Расчетные данные массы переносимых капель и удельной поверхности

Источник питания

Ср. значения

τк.з., 10-3 с

Масса капли

m,г

Радиус капли

R, мм

Объем капли V, мм3

Инвертор

I = 100А; U = 22В

10…14

il08.wmf

il09.wmf

il10.wmf

I = 125A; U = 24В

7…9

il11.wmf

il12.wmf

il13.wmf

Диодный выпрямитель

I = 100А; U = 22В

8…12

il14.wmf

il15.wmf

il16.wmf

I = 125A; U = 24В

6…8

il17.wmf

il18.wmf

il19.wmf

Выводы

В результате теоретического исследование, была выведена математическая формула, позволяющая определять объем переносимых капель электродного металла при использовании источников питания с различными энергетическими характеристиками.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке гранта РФФИ No. 15-38-50600.