Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Отдельные элементы в схеме передачи г Еч энергии в зависимости от вида процесса существенно изменяются и могут даже отсутствовать Пд и совсем. Например, носителем энергии — инструментом — в термических процессах является луч, а) и дуга нли пламя, а при контактной сварке — носитель †э сам металл в зоне контакта. $-- и Каждая ступень передачи энергии от источника до стыка может иметь свой КПД. В теории распространения теплоты при сварке широко Лд Ес НЗ использУют эффективный Чн и теРмический т!е КПД процесса, которые в обозначениях данной Пе схемы выражаются б) ан .
Ест Ч«= — ' Че= — ° есв ен Кроме того, целесообразно использовать термодинамический КПД процесса ест Чтд = — = ЧнЧЬ есв » е[ 3', )и ио ао Ф а о и жа Ф к ФФ ОХ Фй а и ОЗ Ь О О о» к л аа ох и ок О Ь „а Ф МО о О Х и Ы а Ф Ф О о Ж и О Н аоо ~с оыа ООИ О и и О л 3 О и о О О 2 ! х х о. Ф х 01 1х о х а 63 о м о о Ф О. о" ь„о „х к»$ 62 И О и Мз а. наа л и бъ чхю » % Г- — Ч Ф «-Е ТЭ Е-» Есз=Е Рис. 4.
Обобщенная схема баланса энергии сварочного процесса: »х х о х о х о о .и О" и и Ф »1 и ХО О о — внешний источник; б— внутренний источник. Горизонтальной штриховкой условно показан процесс расплавления х ! Ы х о х х х м х о который показывает отношение минимальной удельной энергии з„, необходимой в зоне сварки для выполнения данного соединения, к требуемой энергии источника на выходе трансформатора ТЭ. Удельная энергия е,, Джlмз соответствует в данном случае изменению энергосодержания зоны стыка, отнесенному к площади получаемого за счет этой энергии соединения. В частном случае, например при дуговой сварке листов, Ч,д по форме аналогичен КПД проплавления.
Анализ значений е„и Ч,д позволяет выявить энергетические особенности образования сварных соединений при использовании разных источников и форм энергии, Схема баланса энергии ТП- и ПМ-процессов. Обобщенный баланс справедлив для всех источников энергии, как внешних, так и внутренних. Большинство Т.
и ТП-процессов осуществляется с внешними источниками, Примеры балансов для них приведены в соответствующих главах справочника. Использование давления при сварке теми же Т-нсточниками вносит в баланс небольшие коррективы (1 — 5% от введенной термической энергии). В н у т р е н н и и не то ч н и к э н е р г и и рассматриваем как некоторый активный объем в общем случае с одинаковой глубиной в обе стороны от стыка.
х х О ь о ы О и ИО О х Фх ~~о - О. Основы, источники энергии и классификация процессов сварки Оценка эффективности сварочных процсссов Считаем, что в активном объеме происходит преобразование вводимой энергии из одной формы в другую (как правило, тепловую).В этом случае энергия е„, Дж/мм', требуемая для сварки (или резки) единицы контактной площади, может быть приближенно определена как произведение среднего единичного активного объема У, ммд/мм' на его среднее энергосодержание ЛН, Дж/ммз. Принимая микро- термическую гипотезу образования сварного соединения как результат местного повышения температуры в активном объеме, определяем ЛН как произведение удельного теплосодержания су, Дж/ммз.'С на среднюю температуру /»Т' активного объема. Тогда е,т = УЛН = Усу/»Т'.
Например, для холодной сварки алюминия имеем глубину активной зоны до 1 мм от стыка. Тогда У = 2 ммд/ммд; ЬТ 0,8Т„, 500 'С; су = = 5 10 з Дж/ммд 'С, Имеем е„= УсуЬТ' = 2 5 10» 500 = 5 Дж/мм». Такой же порядок величин е„получим при оценке требуемой энергии для сварки взрывом: для алюминия 1О Дж/ммд, для молибдена 50 Дж/мм». Некоторое увеличение е«т получаем для сварки ультразвуком и особенно трением, где глубина и активный объем могут быть значительными. Ю Сравнивая е,т с энергией е„, затрачиваемой на выполнение сварки, получаем термодинамический КПД процесса т),д = е„/е„. Например, для сварки взрывом 1 ммд соединения пластин толщиной — 1 мм требуется количество взрывчатого вещества (ВВ): для алюминия О 0,01 г/ммд; для молибдена б 0,1 г/ммд.
Учитывая удельную энергию ВВ, равную примерно ЛН = 6000 Дж/г, получаем: е„= «».ЛН = 0,01.6000 = 60 Дж/ммд для алюминия и е„=600 Дж/ммд для молибдена. Таким образом, т),д для сварки взрывом оказывается равным примерно 0,1. Для холодной сварки е„ = 10 †: 30 Джlммд, а т),д соответственно равно 0,5— 0,15. Приведенные оценки величин энергий е„, е„и ~), весьма приближенные. Практическая полезность подобных расчетов связана с тем, что получаемые значения КПД т),д весьма хорошо отражают сравнительную энергоемкость разных процессов и ориентируют на использование менее энергоемких методов.
Оценка эффективности источников энергии. Для правильного выбора того или иного сварочного процесса применительно к конкретному изделию следует учитывать по крайней мере три основных фактора: техническую возможность применения процесса; качество и надежность получаемого соединения; энергетическую и экономическую эффективность сварочного процесса. Первый фактор должен быть выполнен безусловно. Вторые два фактора следует учитывать так, чтобы найти оптимальное решение в каждом конкретном случае. Для правильного и обоснованного учета факторов качества и надежности соединений одновременно со степенью эффективности применяемого процесса сварки нужна единая методика их количественной оценки. Эффективность процессов сварки плавлением оценивают обычно такими показателями, как эффективный и термический КПД, коэффициенты расплавления и наплавки и т, и. Источники сварочного нагрева характеризуют обычно удельным тепловым потоком в пятне нагрева в „Вт/см' и коэффициентом сосредоточенности й.
Оценивают также удельные затраты на 1 м длины шва или на 1 кг наплавленного металла. Сравнение термических источников энергии для сварки (рис. 6) показывает, что наибольшую удельную мощность в пятне нагрева имеют лучевые источники, для которых д „„„примерно 1 ° 10'д Вт/смд. Однако их применение для сварки ограничено верхним пределом 1 ° 10' Вт/см' для электронного и фотонного луча (табл. 3). При более высоких плотностях энергии в пятне нагрева сварка невозможна — происходит испарение материала; возможна резка и размерная обработка (лучевое фрезерование) изделий.
Однако приведенные показатели не позволяют сравнивать между собой процессы разных классов — термические, термомеханические и механические. В то чг д«дд, кван/с»« д И Рис. 6. Удельная мощность различных источников энергии сварочных процессов в пятне нагрева. Вертикальная штриховка соответствует сварке, наклонная— резке (Р). Обозначения: ГП вЂ” газовое пламя; Свд — свободная дуга; СжД вЂ” сжатая дуга; ЭЛ вЂ” электронный луч; ФЛ вЂ” фотонный луч 10 /а 3. Энсргетические характеристики о«но»ных термических источников эиергие для сварки и резки Наименьшая площадь пагрева, см' Темпе рту р и, Источники»нергии Газовое пламя Топливно-плазменное пламя Дуга в парах: щелочных металлов железа Дуга в газах: водород, азот . аргон, гелий 3 ооа — 3 ьаа 4 ООΠ— ь 000 л ьоо — з 000 3 000 — 6 ООО 3 000 — 8 000 10 000 — 20 000 з ° 1О' з ° ю« 1 .
!0-4 ! ° !ед Микроплазма . Электронный луч Фотонный луч ! ° ю!. ш! ° 1О ! . 107 1. ю» ! ° ш» П р н м е ч а н и е. Понятие температуры для луча не характерно, так как движение частиц в основном направленное, » не хаотичное. же время часто имеется возможность выполнить одно и то же соединение разными методами сварки, а также пайкой или склеиванием. Основная задача любого из этих трех процессов — получение определенной площади качественно соединенных материалов. Поэтому целесообразно применять удельные показатели эффективности, отнесенные к единице площади соединения [1, 2].
Подсчет удельных затрат энергии, труда илн средств на единицу площади получаемого соединения дает возможность получить универсальные количественные критерии эффективности любого способа соединения (табл. 4). Основой применения этих показате. '/г еад Вш/сн лей служит приведенная выше классифи. "'Р кация сварочных процессов (см. табл.
2) и обобщенная схема баланса для источника сварочной энергии (см, рис. 2). 10 1О Основные показатели эффективности сварочных процессов (табл. 4) условно разделены на три группы: энергетические, экономические и показатели полной эффективности процесса с учетом качества 1д 1а' или надежности получаемых соединений. Практически полезно также сравнение з величин, обратных С,.
Они могут быть выражены как «наработка» в ммд получаемого соединения на единицу затрат. 1й 10 Расчет значений е«„для разных способов сварки коррозионно-стойкой стали 10 !8 Формула Наименование 1. Энергетические показатели о 5 Общая удельная энергия Е, Дж/мме 5 — площадь стыка, мм' Удельная энергия, Дж/мм'! е — сварочная; св е — введенная в изделие; и е — в стыке; ст е =е — не входе ТЭ 'вх пит Есв О е св Π— мощность, Дж/с; о — скорость сварки, мм/с; б — толщина металла, мм; ест = еич/ Удельные потери, Дж/ммч П = П вЂ” в трансформаторе; 1 тр П = П вЂ” при энергопередаче: з пер П + П = П вЂ” в изделии 3 4 и П =е — е — е П =е — е пер= св и П =е — е н и ст Удельная энергия, Дж/мм', е — резки; Р е — выплавлення в е, соответствует е св ев соответствует е ст с, Ям/нн /йпооп П, Эконома!еские показатели Удельное время процесса, ч/мм' !оооо нормозатрат р 5 Удельная трудоемкость, нормо-час/мм' !ппп затрат Х и 5 материалов Х в 5 !оп Удельная стоимость, руб/мме и расход материалов, кг,'мм' Эффективность с учетом качества, Дж/мм', где Π— относительный показатель качества Эк = е/О Э = е/Р (1) или Э н т ср Эффективность с учетом надежности, Дж/(мме ч) Р (0 Тор сНаработкаэ на джоуль, мм'/Дж е ' е ' е Основы, источники энергии и классификация процессов сварки 4.
Основные удельные показатели эффективности сварочных процессов П1, Полная зффектиеность процесса (с учетом качества или надежности получаемых соединений) Оценка эффективности сварочных процессов типа 18-8 показал (рис. 7), что с увеличением толщины изделия удельная сварочная энергия резко возрастает при использовании многопроходной сварки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
