Алешин_Справочник_Сварка. Резка. Контроль_2004_1 том (Н.П. Алешин, Сварка. Резка. Контроль. Справочник, 2004), страница 5

Диаметр условного пятна нагрева, за пределами которого плотность теплового потока ие превышаег 0,059гп определяется вырюке- иием Ряс. 1.4. Схема нормальна-кругового ясгвчинка теплоты Максимальная плотность теплового потока может быть определена из соотношения где д — эффективная тепловая мощность сва- рочной дуги, определяемая выражением гле /м — сварочный ток. А„с/я — напряжение на дуге, В; т1 — эффективный КТЩ нагрева иэделия дугой. Эффекпявиссть ввода теплоты в изделие сварочной дугой определяется видом и режимом сварки, а также условиями ее вмиолнения.

Прн сварке открытыми дугами потери возрастают за счет излучения в окружающую срелу, разбрызгивания и испарения металла. Позюму эффективный КПД при сварке под флюсом, как правило, выше, чем при сварке открытой дугой, в среде защитных газов и покрытыми электродами, что будет показано ниже. Увеличение напряжения иа дуге однозначно ведет к снижению эффективного КПД. При сварке втавр или в глубокую разделку эффективный КПД на 5...10 54 выше, чем при наплавке на плоскую поверхность, что объясняется лучшим исшжьзоваиием излучения столба дуги и теплоты газов, омывающих поверхность излелия. Значения аффективного КПД н изделий при сварке и ияпла Электрическая дуговая сварка и наплавка: графитовым электродом ... покрытым электродом на постоянном токе .............

то же, иа переменном токе в углекислом газе ............ в аргоне вольфрамовым электродом .................., в аргоне плавящимся электродом .......................... порошковой проволокой (открытая дуга) ............... под слоем флюса лентой цод флюсом ......... лентой открытой дугой и в газе ..............,............... Вибродуговая нагшавка . Нагрев: плазменно-дуговой ...,...... 18 Глава 1. ТЕОРЕГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СВАРКИ плазменной струей .......... газовым пламенем ........... Электрошлаковая сварка листов толщиной, мм: 50 ..................,............. 100 ...............,..............

200 ..................,.„„...„, Электрошлаковая сварка с гранулированной присадкой листов толщиной, мм; 50 ................,............... 100 ..........,.........,......,., Электрошлаковая наплавка ....... Электронно-лучевой нагрев ...... Нагрев лучом лазера 0,10...0,50 0,30...0,80 0,55 0,8 0,9 0,75...0,80 0,9 0,75...0,95 0,70...0,90 0,02...0,20 При близких значениях тока и напряжения коэффипиенты сосредоточенности открытых дуг близки по значению и находятся в пределах 1,0...1,3, однако максимальная плотность теплового потока при сварке плавящимся электродом на 60...70 % больше, чем неплавяшимся. При сварке под слоем флюса вследсшие уменьшения потерь теплоты и ограничения газошлаковым пузырем пятив нагрева коэффициент сосредоточенности гг = 6...7, а максимальная плопюсть теплового пстока в центре пятна нагрева в 2 — 3 раза выше, чем при аналогичных условиях нагрева открытой дугой.

С увеличением сварочного тока максимальная плотность теплового потока возрасгаег, а коэффициент сосредоточенности несколько уменьшается. Увеличение напряжению на дуге влечет за собой снижение как 9з„так и коэффициента сосредоточенности. Сжатые сварочные дуги. При обработке материалов плазменно-дуговыми методами эффективность нагрева во многом определяется особенностями формирования плазменной струи. При испольювании плазменной луги прямого действия, когда анодом является изделие, эффективность нагрева последнего, как правило, оказывается выше, чем в случае испольювания плазменной дуги косвенного действия (плазменной струи), когда анодом является сопло плазмотрона.

Это различие определяется тем, что в первом случае мощность, вьшеляемая в анодном пятне и прианодиой области, идет на нагрев иэделия, тогда как во втором бесполезно теряется на нагрев сопла плазмотрона. Эффективный КПД плазменно-лугового нагрева изделия включает КПД плазмотрона з1„ и КПД струи з)„: Ч =Чпчс. КПД плазмотрона зависит от его конструкции и режима рабаты и особенно сильно влияет на 11 при обработке плазменной дугой косвенного действия. КПД плазменной струн снижается с увеличением расстояния от среза сопла плазмотрона до изделия вследствие увеличения потерь на теплообмен струи с окружающей срелой. Эти потери резко возрастают при переходе от ламинарного рюкима течения струи к турбулентному.

Потери увеличивжотся также с увеличением расхода плазмообразующего газа, так как возрастают потери в окружающую среду и снижается температура струи. Газоиислородное пламя. При гаюпламеииой обработке изделие нагревается за счет коивективиого и лучистого теплообмеиа между продуктами сгорания и нагреваемой поверхностью.

При этом вклад лучистого теплоабмена невелик и составляет 10...15 % общего тепло- ного потока. Эффекгнвная мощность газокислородиого пламени определяется выражением где т1 — эффективный КПД нагрева изделия газовым пламенем; 1'.) — низшая тецлотаорная способность горючего, кДж/м (табл.

1.3); )г— объемный расход горючего, и lч. Эффективность нагрева изделия газовым пламенем зависит ат разности температур пламени и металла, а также от скорости перемещения газового потока относительно поверхности нагрева. Чем больше разница температур и относительная скорость перемещения потока, тем выше эффективная мощность. С увеличением мощности пламени его эффективная тепловая мощность возрастает при некотором снижении КПД, связанном с уменьшением полноты сгорания горючего. С повышением скорости перемещения горелки, увеличением толщины нагреааемого материала и его коэффициента температуропроводности снижается температура нагреваемой поверхности„в связи с чем эффективность ввола теплоты в изделие возрастает.

Угол наклона горелки также существенно влияет на эффективную тепловую мощность. ТЕПЛОВЪ|Е ПРОЦЕССЫ ПРН СВАРКЕ 1З. Характеристики гврючмх длн газвпламенной обработки металлов там паратура пламени в смеси с кислородом, 'С Коэффициент Регулировки пламени Нюшая теплотворная способность, кДж/и' Горючее 1...1,3 3050...3150 52 800 Ацетилен Водород 10 100 2100 0,25...0,4 2000...2200 1„5...1„6 35 600 Природный газ 1,5...1,6 2000...2300 Городской газ ! 7 200...21 000 3,0...3,5 87 200 2700...3000 2600...2900 Технический пропан Пропан-бугановая смесь 3,0...3,5 93 000 14 700...17 600 0,75...0,8 Коксовый газ Нефтяной газ 41 000...

56 000 1,5...1,6 2300 Пиролизный газ Керосин 1,2...1,5 21 400...23 500 42 000...42 700 2300 2400...2500 г ч)0 ~аз)'ш д = з)(77, Шлаковая ванна. При элекгрошлаковой сварке теплота выделяется во время прохождения тока через расплавленный шлак. Полная мощность, выделяемая в шлаковой ванне, может быть определена как где Я„, — сопротивление шлаковой ванны, Ом. Тепловые потери при электрошлаковом процессе прежде всего сшпаны с отбором теплоты формирующими устройствами н излучением с открытой поверхности сварочной ванны.

Эффекгивносп нагрева изделия возрастает с увеличением толщины свариваемого металла, его температуропроводности и скорости сварки, так как теплоотвод в изделие при этом увеличивается. Электронно-лучевой нагрев. Электронно-лучевая обработка материалов основывается на превращении в тепловую энергию кинетической энергии электронов прн их торможении в поверхностных слоях твердого тела Эффективная тепловая мощность при электроннолучевой обработке определяется как где 7 — ток луча, мА; (l — ускоряющее напряжение, кВ; з) — эффективный КПД нагрева изделия лучом. Потери энергии при электронно-лучевой обработке в основном связаны с отражением электронов от поверхности изделия и зависят главным образом от свойств обрабатываемого металла (его атомного номера и атомной мжхы). Потери ориентировочно составляют 8...10 % мощности луча для алюминия и 30...40 % для вольфрама Кроме того, часть мощности луча расходуется на термоэлектронную н вторичную эмиссии, тормозное рентгеновское излучение и испарение из ванны.

Вместе эти потери составляют несколько процентов. Эффективный КПД увеличивается с повышением тока луча, что связано с уменьшением потерь с отраженными электронами. Электронно-лучевой нагрев отличается очень высокими значениями максимальной плотности теплового потока (фг, = 1Оь...10ь Вт/см ) н локальностью (коэффициент сосредоточенности может достигап 8. 1О 1/смг). Фотонно-лучевые источники. При лазерной обработке материалов изделие нагревается когерентным излучением. Лазерное излучение при попадании на поверхность твердого тела частично отражается. Интенсивность отражения энергии определяется значением коэффициента отршкения, который зависит от рода материала и длины волны излучения.

В современной лазерной технологии используют плотности мощности 10~...10ь Вт/ем~. Эффективность передачи энергии лазерного излучения обрабатываемому материалу определяется значением эффективного коэффициента поглощении, который фактически характеризует КПД процесса лазерной сварки и зависит от многих факторов: состояния и формы поверхности, температуры изделия, удельной Глава К ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СВАРКИ 20 г)„= г)! ч, '7«мгам 1.4. Значения Д„дли различных способов сварки электропроводностн материала, скорости сварки, вила защитной среды н т.п. Схематизация источников теплоты. Разнообразие применяемых источников теплоты также обусловило неабходимасп, нх схематизапни. Учет реального пространственного распределения тепловой мощности источника позволяет с достаточной точносп ю описывать процессы, происходящие в непосредственной близости от места действия источника, однако существенно усложняет расчеты.