Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Расчеты показывают, что постоянный состав капель устанавливается весьма быстро [1). Анализ выражения (5) при сО = 0 показывает, что отношение с„/с, характеризующее степень приближения системы к равновесию, уменьшается с увели. д, гтг б 2 4 б б О,г/с 2 4 б б а) б) Рис. 5. Влияние скорости плавления электрода дО и параметра А на величину отношения с /с при )г = 0,3 (а) и )г 0,8 (б) чением йО и с уменьшением потока вещества А (рис.
5). Влияние )г при этом проявляется слабее, как это можно видеть из сравнения рис. 5, а и 5, б. Значения )г могут колебаться в широких пределах. Так, при сварке электродами без покрытия )г = 0,6 —: 08, а для покрытых электродов (АНО-4, ЦМ7 и др.) были получены значения )г = 0,2 —: 0,5, При сварке под флюсом доля остающегося на электроде жидкого металла, по некоторым данным, еще меньше. Время перехода т зависит от режима сварки и вида процесса н составляет от нескольких миллисекунд при сварке в аргоне и в углекислом газе тонкой проволокой до нескольких десятых секунд при сварке покрытыми электродами.
Меньше сведений об удельной поверхности (РЮ) металла капель. По данным кинограмм сварки голой пвховолокой без защиты удельная поверхность колеблется в пределах 15 — 30 см . для покрытых электродов, по данным работы [2) о массе переносимых капель, принимая каплю за сферу, получим, что Р/!'= 9 —: 12 см1. В действительности форма висящей капли отлична от ф~рмы шара; учитывая, кроме того, остающуюся на электроде часть капли, найдем, что удельная поверхность металла должна быть больше 9 — 12 см 1. Реакции в неподвижной (стационарной) ванне, Для неподвижной ванны, образованной в медной изложнице, имеющей постоянный объем и стационарной е ность (отношение РФ); т — время перехода (т — 1/й/, где Л/ — частота перехода капель).
Время перехода можно выразить через массовую скорость плавления элект. рода дг. После преобразований выражение (4) получает вид 71 Металлургия сварки 70 расчетные оценки состава металла шва интегрирование которого при начальном условии /= 0; х = со дает х=ср — (ср — с,) е-ы, (7) где /с — константа скорости реакции. Выражение (7) используют для экспериментального определения с, ь и и; образец расплавляют в медной изложнице в нейтральной среде (в аргоне), при этом реакция происходит в результате подачи реагента (с газом или шлаком) после установления теплового равновесия в ванне.
Реакции в движущейся ванне. Процесс описывается уравнением (2) или (3) для односторонней реакции, В случае обменной реакции, например для реакции обмена между металлом и шлаком, уравнения должны быть написаны отдельно для металлической и шлаковой фаз и решены совместно. Решение, полученное с помощью некоторых упрощаюших предположений о кинетике образования металлической и шлаковой ванн и с учетом влияния относительной массы шлака на равновесные концентрации, дает следующие выражения для текущих концентраций элемента в металле: х'= — [[о — Ь +Ь 1 +6'О'1, 1 — е "т (8) где [1' (с'+Ксй+и4 (1+Х/) 1 о (1+)(1,) (к+ р'з) со + Хсо, 1+Х/.
' осХ (сос со) Ьо ( 1 + ц ( + с Якр ос = —. , ~1тг 1 Š— коэффициент распределения элемента между шлаком и металлом (1. = с'/с'). Остальные обозначения те же, что и в уравнении (2). При этом величийы, относящиеся к металлу, обозначены одним штрихом, а к шлаку— двумя. Текущая концентрация элемента в шлаке будет, очевидно, равна х' = с,'+ — (с,' — х'). (О) Определение значений параметров, входящих в кинетические уравнения, встречает значительные трудности. Объем ванны 1/ может быть найден при известной ее массе по формуле [1) 6 рж Сложнее обстоиг дело с выбором значений поверхности ванны, так как в уравнения надо вводить величину не всей поверхности ванны, а лишь части ее участвующей во взаимодействии.
Так, при взаимодействии металла со шлаком тепловом отношении (д=дпр — — 0 и о'= сопз1), полУчаем из УРавнениЯ (2) простое выражение с(х г" — (ср х) = й (ср х), (6) РАСЧЕТНЫЕ ОЦЕНКИ СОСТАВА МЕТАЛЛА ШВА Исходные данные. При металлургических расчетах сварки используют следуюшне основные величины, характеризующие состав металла на разных участках и стадиях его обработки и определяемые химическим анализом или расчетом: содержание элемента в основном металле с,; в каплях, отделяющихся от электрода, с„; на электроде с„в наплавленном металле (наплавка в медную форму или верхние слои многослойной наплавки) с„и в металле шва с„. Величина с, при сварке голой проволокой в зашитных газах, под плавленым флюсом и при электрошлаковой сварке совпадает с содержанием элемента в проволоке спр. Однако при сварке покрытыми электродами, под керамическим флюсом и порошковой проволокой в величину с, входит также содержание вводимых в эти материалы металлических присадок: со — спр+/спсп~ (10) где' йп — относительная масса покрытия (сердечника, расплавленного флюса); вп — содержание элемента в покрытии (сердечнике или флюсе).
При введении металлических материалов (в виде порошка или дополнительной присадочной проволоки) непосредственно в зону сварки (в ванну) количество присадки также должно относиться к электродной проволоке, В этом случае Кприс со сор+во —, й'пров (10') где сп — содержание элемента в присадке; дпр и япрпп — массовые скорости плавления присадки и проволоки. Сравнивая исходное содержание элемента с содержанием его в наплавленном металле (или в металле шва), следует помнить, что концентрация с, отнесена Ф Массе проволоки, а концентрации с„ — к массе наплавленного металла и они могут различаться в результате потерь металла или перехода в наплавку присадок из электрода илн флюса.
Если разницей в массе исходного и полученного при сварке металла пренебречь нельзя, следует сравниваемые концентрации привести к одной массе, например к массе наплавленного металла. Соотношение между ними эквивалентно соотношению между скоростями наплавления металла йп и расплавления электродной проволоки и металлических прнсрдок яо: ~" =(1 — ф), (11) в'о где а = д„~пп (1+ ьпР,); Р— металлические пРисадки, ~4; еп — масса шихты покрытия, сердечника или расплавленного флюса, куда введены присадки, отнес~нные к массе проволоки; ф — отношение полных потерь металла (разность между расплавленным металлом проволоки плюс присадки и паплавленным металлом) ко всему расплавленному металлу.
Относительная масса покрытия или флюса (обозначаемая часто /ьэ) опредуляется как отношение массы покрытия к массе проволоки на каком-либо отрезке в расчет следует брать только покрытую шлаком часть поверхности ванны. Кроме того, нужно учитывать, что з хвостовой части ванны протекание реакций замедляется охлаждением металла. Поэтому в ряде случаев поверхность хвостовой части следует исключать нз расчета. Весьма мало данных о коэффициентах массопереноса. Значения )) зависят от температурной обстановки в ванне, условий перемешивания металла, диффузионной подвижности элемента и других факторов. В опытах были получены значения ~ = О,ОЗ вЂ”: 0,26 см/с.
Трудности в выборе значений равновесной концентрации были отмечены ранее (см. с. 66). 72 Металлургия сварки Расчетные оценки состава металла шва покрытого электрода или массы расплавленного флюса, приходящегося на еди- ницу длины расплавленной проволоки и отнесенной к ее массе. В случае порош- ковой проволоки отношение массы сердечника к массе оболочки яп связано с часто применяемым коэффициентом заполнения яз (отношением массы сер- дечника к массе порошковой проволоки) следующим выражением: лп = йз/(1 йз) . (12) Коэффициент перехода (коэффициент усвоения) какого-либо элемента, пред- ставляющий собой отношение конечной его концентрации к исходной, следует, учитывая сказанное, подсчитывать по выражению (13) сэяэ сэ " с„р+я„с„' В зависимости от величины рг, ф, сп выражение (13) может быть упрощено (11. Расчеты при отсутствии химических реакций.
Металл шва в общем случае при сварке плавящимся электродом или при применении металлических присадок (проволоки„порошка и т. п.) образуется в результате перемешивания в ванне основного и электродного (присадочного) металла. При отсутствии химических реакций или других причин (например, изби- рательного испарения) для изменения состава металла в процессе сварки со- держание с любого элемента в металле шва может быть найдено по правилу смешения по известной доле 6 основного металла в шве: с, =со6+с,(1 — 6), (! 4) где с, и с, — исходное содержание элемента в основном и электродном металле.
Доля основного металла в шве зависит от конструкции соединения, режима сварки и других причин (табл. 4) н может быть определена по отношению площад з пятой основным металлом в поперечном сечении шва, ко всей его площади: а о ' — Р,+Р, (15) где Р и Р, — площади, занятые основным и электродным (присадочным) метал- лом соответственно. Величину 6 можно регулировать, изменяя соотношение скоростей плав- ления электродного и основного металла.
Так, для уменьшения 6 можно при- менять электроды и режимы, обеспечивающие высокий коэффициент наплавки н тем самым увеличивающие долю электродного металла, или повышать скорость сварки, применять колебательные движения электродом, с тем чтобы умень- шить проплавление основного металла. Расчеты, основанные на данных о кинетике и термодинамике реакций. В боль- шинстве случаев состав переплавляемого металла при сварке изменяется, что может быть определено с помощью кинетических уравнений (2) — (9).
Наибольшее практическое значение имеет квазистационарное состояние сварочной ванны. Расчетные уравнения для квазистационарного состояния могут быть получены из кинетических уравнений при г -«. оо или при — (рУх) =() г!г' и К=й'кр Содержание какого-либо элемента в ванне при этом будет сон«+ ррРср = а+ЬР (16) а с учетом коэффициента распределения элемента между твердой и жидкой фа- зами (коэффициента ликвации Й' = с/с ), сод+ !)РРс я й+ррР (16') 4. Доля основного металла в шве Вид сварки Покры- тыми электро- дами Наплавка ленточным электро- дом Вид соединекия Сталь«« ктро- ковая П ~ 025 — 0,40 ! 0,25 — 0,50 0,08 — 0,20 Наплавка валиков А 0,25 — 0,50 ) 0,35 — 0,50 03 5 — 0,25 ОД вЂ” 0,4 ! 0,30 — 0,50 ~ 0,35 — 0,55 П Стык без разделки кромок 0,3-0,5 ! П ) 0,20 — 0,40 ( 0,25 — 0,50 Стык с разделкой кромок !однослойный шов! А ~ 0,30 — 0,50 ~ 0,40 — 0,60 П ~ 0,25 — 0,50 ~ 0,35 — 0,60 Корневые швы стыковых многослойных соединений А ~ 0 35 — 0 50 ~ 0 40 — 0 70 ««П — перлитная; А — аустеннтная, Влияние относительной массы шлака )( на с„учитывается здесь тем, что равновесная концентрация с согласно выражению (!) зависит от )(.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
