Неровный В.М. - Теория сварочных процессов, страница 7

Две адиабатические границы на к„ а раях клиновидной пластины учитываем введением в расчет двух фиктивных источников д' и д", движущихся, как и реальный источник, в радиальном направлении (рис. 6.19, в). Распространение теплоты при сварке экваториальных однопроходных швов на тонкостенных сферах происходит при некотором стеснении теплового потока вследствие кривизны сферической оболочки в двух направлениях. Температура точек оказывается несколько выше, чем в бесконечной пластине той же толщины.

На сферах большого диаметра влиянием кривизны можно пренебречь, если выполняется соотношение 236 237 Рис. 6.19. Схемы движения источников при нагреве тонкостенных оболочек: а — сварка продольного стыка трубы; (слева — общий внл, справа — развертка); б — сварка кольцевого стыка; в — сварка по образующей конуса При сварке кольцевого стыка труб малого диаметра, когда время сварки невелико, температура точек, лежащих вблизи места начала сварки, к моменту замыкания кольцевого шва оказывается достаточно высокой (автоподогрев). Для учета этого явления при расчете температур можно использовать схему бесконечной пластины с двумя подвижными линейными источниками, движущимися синхронно в одном направлении вдоль оси шва (рис.

6.19, б). Источник 1 удаляется от точки Оо начала шва, а источник 2 приближается к ней; расстояние между источниками остается неизменным, равным периметру трубы Ы. Поскольку время сварки невелико, следует учитывать процесс теплонасьпцения для температурного поля каждого источника (см. разд. 6.8). Результирующее температурное поле во время сварки определяется наложением температурных полей двух источников. После выхода источника 2 где о — скорость сварки; б — толщина стенки сферьц )1с — радиус сферы. В ряде случаев сварка тонкостенных труб выполняется за несколько проходов без остановки процесса.

Приближенный расчет температур можно провести, используя схему бесконечной пластины с несколькими последовательно движущимися друг за другом источниками (как это было сделано для случая сварки кольцевого шва трубы малого диаметра). В зависимости от режима сварки можно использовать схемы подвижных или быстродвижущихся источников. 6.11. Распределенные источники теплоты В разд. 5.8 отмечалось, что для большинства сварочных источников теплоты характерно распределение теплового потока по нормальному закону (нормально-круговые источники). Если источник характеризуется высокой концентрацией теплоты, то его можно рассматривать как сосредоточенный. Однако для некоторых источников теплоты, таких, как газовое пламя, а иногда и дуга, оказывается необходимым учитывать распределенный характер создаваемого ими теплового потока. 6.11.1. М .. Мгновенныи нормально-круговой источник Определим приращение температуры в тонкой пластине в момент введения теплоты мгновенным нормально-круговым источником, который действовал в течение бесконечно малого ого промежутка времени й (рис.

6.20). Количество теплоты, введенной на участок ! поверхности площадью ~(хНу, составит 8 ЫД = 92ЫЫуМ. Так как пластина тонкая, те т плота мгновенно распространится равномерно по толщине б и температура элементарного объема Ыхф повысится на — (6.43) Ф 92й арЫкс0 срб ' Подставив в (6.43) значение 92 из вы- ражения (5.27), получим искомое вы- ражение: Рис. 6.20. Схема нагрева тонкой пластины нормально-круговым источником теплоты сО' = — ехр( — й" ), (6.44) Ч2т~~~ 2 срб где й — коэффициент сосредоточенности источника. Из выражения (6.44) следует, что мгновенный нормально- круговой источник теплоты вызывает в пластине приращения температур так же, как и тепловой поток, распределенные по нормальному закону.

Сравнивая выражение (6.44) с выражением (6.2) для схемы мгновенного линейного источника в п в пластине, нетрудно заметить, что они пос о троены однотипно и могут описывать одинаковые распределения температур по радиусу г. На основани р фиктивныи мгновенный линейный источник, теплота которого Ц, асп ос а Ц, р р тр няясь по пластине в течение некоторого промежутка в емени 1 р о, приводит к такому же распределению температур, какое вызвано рассматриваемым нормальна-круговым источником: Прежде всего приравняем показатели экспоненциальных функций в выражениях (6.44) и (6.45). Из полученного соотношения легко выразить длительность распространения теплоты фиктивного линейного источника: 1 'о = 4а1 (6.46) Таким образом, теплота от мгновенного линейного источника, 0 92т~й (6.47) срб(4казо) срб Используя выражения (5.29) для 92,„и (6.46) для зо, получаем„ что энергия мгновенного линейного источника равна энергии мгновенного нормально-кругового источника: (6.48) Таким образом, распределение температуры, вызванное в тонкой пластине мгновенным действием нормально-кругового источника, можно рассматривать как результат фиктивного процесса (продолжительностью ~О) распространения теплоты мгновенного линейного источника, обладающего такой же энергией.

Очевидно, что процесс выравнивания температуры прн таком распределении эквивалентен последующей стадии процесса распространения теплоты от мгновенного линейного источника, т. е распространяясь в течение промежутка времени зо, приводит к распределению температуры с таким же коэффициентом сосредоточенности источника й, как и у заданного нормально-кругового источника. Фиктивное время ~о, зависящее от коэффициента сосредоточенности распределенного источника и температуропроводности материала, называют постоянной времени при нагреве данного материала заданным нормально-круговым источником.

Приравняем теперь выражения, стоящие перед экспоненциальными функциями в формулах (6.44) и (6.45) для определения энергии фиктивного источника: (6.45) 238 239 дб 1' „2 о) ехр — , ср(4ка1О) ~ 4аГО ! 9й г 2 л(, )= ехр— (6.49) 4касрб('+ ~о) 1 4а(2+ го) Наименование признаков Ступени классификации и порядок расположения процессов Содержание признаков Методы сварки Класс сварки Световая' Индукционная Газовая Термитная Литейная Дуговая' Электрошлаковая' Электронно-лучевая Плазменно-лучевая Ионно-лучевая Тлеюшнм аз ядом Сварка плавлением (термический процесс) Наличие давления при сварке Класс Физические Вид энергии, вводимой при сварке Подкласс Сварка давлением: термомеханический процесс Вид нагрева или механи- ческого воздействия (вил инструмента) Метод Дугопрессовая Шлакопрессовая Термитно-прессовая Печная Контактная* Диффузионная"' Индукцнонно-прессовая Газопрессовая Термокомпрессионная Холодная Взрывом Ультразвуковая Технические Устанавливаются для каждого метода отдельно Группа Подгруппа Вил Разновидность Трением Магиитоимпульсная Вакуумным схватыва- нием" механический процесс То же Технологиче- ские Способ Прием Удельная энергия, необ- ходимая для получения соединения, удельные затраты и т.

и. Устанавливается порядок в расположении методов сварки от механических к термическим процессам по увеличению с Технико- экономиче- скис 25 24 В связи с изложенным целесообразно сравнивать по вводимой энергии все существующие сварочные процессы. Этот критерий поможет выявить общие физические закономерности, связывающие их между собой. 1.4. Классификации сварочных процессов 1.4.1. Признаки классификации сварочных процессов При классификации сварочных процессов целесообразно выделить три основных физических признака: наличие давления, вид вводимой энергии и вид инструмента — носителя энергии.

Остальные признаки можно условно отнести к техническим или технологическим (табл. 1.2). Такая классификация использована в ГОСТ 19521 — 74. Признак классификации по наличию давления применим только к сварке и пайке. По виду вводимой в изделие энергии все сварочные процессы, включая сварку, пайку, резку и др., могут быть разделены на термические, термомеханические и механические. Термические процессы идут без давления (сварка плавлением), остальные — обычно с давлением (сварка давлением). Таблица 1.2.

Признаки и ступени классификации сварочных процессов Термины «класш>, «метод», «вид», «способ» условны, но будут использованы в классификации, они позволяют в дальнейшем ввети четкую систему типизации сварочных процессов. Термин «процесс» используют как независимый от классификационных групп. Классификация методов сварки по физическим признакам приведена в табл. 1«К Физические признаки — общие для всех методов сварки.

Технические признаки могут быть определены только для отдельных методов сварки. Анализ энергетического баланса показывает, что все известные в настоящее время методы сварки металлов осуществляются введением энергии двух видов — термической и механической или их сочетания. Нейтронная сварка пластмасс и (условно) склеивание, которые практически происходят без введения энергии, могут быль включены в группу особых сварочных процессов.

Сварка вакуумным схватыванием (не в отдельных точках, а по всему стыку) возможна только при наличии сдавливания, поэтому она отнесена к механическим процессам, хотя в этом случае может происходить выделение энергии, а не ее ввод извне. Таблаца 1.3. Классификация методов сварки металлов па физическим признакам 'з у Ф технологическим признакам. "Промышленного применения метод не нашел. (6.50) (6. 55) 240 241 Ч вЂ” 24Ю где 1 — время процесса, прошедшее с момента введения теплоты нормально-кругового источника. С учетом теплоотдачи, которая происходит в течение времени б НТ(», 1) = Ф (» ехр — -Ь| = 4хасрб(1+»0) 1 4а(1+1 ) Если теплота нормально-кругового источника введена на поверхности полубесконечного тела, а затем распространяется по нему, то этот процесс формально можно представить как процесс распространения теплоты от мгновенного точечного источника на поверхности полубесконечного тела с тем, однако, условием, что теплота в течение промежутка времени, равного постоянной времени 10, распространяется только по поверхности тела, а затем распространяется и по поверхности, и в глубину (в направлении оси Ог).

Такой процесс выражается следующим уравнением: ~,,д 1 4а(1+ Го) / 1 4а1 ) с(Т(», я, г) — — . (6.51) ср 4яа(г + 10) ~/4каг 6.11.2. Подвижный нормально-круговой источник Процесс нагрева пластины движущимся равномерно и прямолинейно нормально-круговым источником постоянной мощности ц рассмотрим с использованием принципа наложения аналогично тому, как зто было сделано в разд. 6.6.2 для подвижного линейного источника теплоты. Допустим, что источник теплоты вышел из точки 00 и за время 1 продвинулся в точку О (рис.