Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Например, аргонодуговая сварка (Ч-электродом (АДВ) обеспечивает сварку стыкового соединения листов толщиной 15 мм Прн ОбщИХ Затратак На ВСЕ ПрОХОдЫ дО еедм/нме 1000 Дж/мм'. Электронно-лучевой процесс (ЭЛС) благодаря кинжальному проплавле. лдв нию и однопроходной сварке позволяет сварить встык металл толщиной 10 — 50 мм практически при одной и той же удельной энергии 30 — 60 Дж/мм'. Использование плазмен- опо де ной дуги (ПД) и дуги в вакууме (ВД) при узкой разделке также позволяет потреблять при сварке меньше энергии (е, = спп = 150 —: 300 Дж/мм'), чем для дуги под флю- вд сом (ДФ), которая в зависимости от разделки кромок требует е,в = 400 —: 800 Дж/ммз. гоп Сравнение критериев ен и е показывает, что е с уменьшением интенсивности источника возрастает примерно от единиц (3 — 5Дж/мм') для лазерной сварки до со~си Рис 7 С ние значе ия е ь(рис.
8). Плазменн'ЯдУГЯПРиДО""очн""мощно- 5 40мм разными методами стях разрезает коррознонно-стойкую сталь при удельной энергии резки ер — — 100 Дж/мм'. Однако при толщинах свыше 100 — 120 мм мощности источника не хватает для интенсивного ведения процесса, и е возрастает до 300 — 350 Дж/мм'. Критерий е вычисляется так же, как и всв, а удельная энергия выплавления вв зрт)„где т)в — энеРгетический коэффициент выплавлениЯ, составлЯющий Рис. 8. Порядок величин удельной энергии ви и а,бп„Дж/ммз, необходимой для однопроходной сварки стали различными методами. з„„ для ЭЛС подсчитано с учетом вакуумировання камеры и сварки соединения сечением около 1000 мм'.
Обозначения см. подпись под рнс. 6; ЛЛ вЂ” лазерныл луч при оптимальных режимах резки металла толщиной 10 — 100 мм: для стали 18-8 55%, а для сплава АМг6 25%, 21 Список литературы 40 Чтд = вст/всв = — — — 0,8; 50 »», Д~к/мм гзее 19 »» з 1ЗВ СП ИСО К Л ИТ ЕРАТУРЫ Основы, источники энергии и классификация процессов сварки Оценка энергоемкости сварочных процессов не всегда встречает на практике нужное понимание. Иногда указывают на низкую стоимость электроэнергии и на сравнительно малую ее долю в общих затратах на сварку. Однако такой взгляд неверен.
Необходимо иметь в виду, что только на плавлен~е электродного металла по всей стране расходуется в год более 2. 10з кВт ч электроэнергии, а если учесть затраты энергии на контактную, диффузионную, электронно-лучевую и другие способы сварки и резки, то общий расход электроэнергии на сварку составит по стране более 10' кВт ч в год.
Сокращение этих расходов только на 10% даст экономию 1 1Оз кВт ч в год. Сравнение эффективности Т-, ТП- и ПМ-процесс о в с в а р к и показывает, что для многих видов соединений и материалов механические и термомеханические процессы сварки требуют значительно меньше энергии, чем сварка плавлением. Например, для сварки встык стальных стержней диаметром 20 мм при дуговом ванном способе необходимо ес =- 1800 Дж/мм'-, Рис. 9. Удельная энергия е„, требуемая для выполнения однотипных стыковых соединений с применением разных процессов при контактной стыковой сварке оплавлением 400 Джlммз, при сварке трением 130 Дж/мм'. Для сварки встык пластин нз алюминиевого сплава толщиной 5 мм требуется: при аргонодуговой сварке всв = 300 Дж/ммз, при контактной сварке 200 Дж/ммз, при холодной сварке 30 Дж/ммз.
Анализ эффективности по различным классам сварочных процессов позволяет построить условную диаграмму удельной энергии, необходимой для сварки соединений определенного типа с применением разных процессов или источников энергии. На диаграмме (рис. 9) по вертикальной оси в логарифмическом масштабе отложены приблизительные значения ен, а по горизонтальной оси указаны возможные процессы применительно к сварке встык стальных листов толщиной до 20 мм или стержней диаметром до 20 мм. Судить об эффективности процесса сварки следует с учетом используемого оборудования. Например, контактную точечную сварку пересекающихся стержней можно вести на машине МТП-75.
При этом для стержней (/) 6+ 6 мм затраты вс, 500 Дж/мм', что в 10 Раз больше, чем е„длЯ соединениЯ стеРжней (71 3+ 3. Такой рост в„связан с высокими потерями из-за индуктивного сопротивления во вторичном контуре машины. Сварка тех же стержней выпрямленным током позволила ограничить затраты е„= 50 —: 100 Дж/мм'. На этом примере целесообразно показать также изменение термодинамического КПД. Минимально необходимую энергию 6„, требуемую для соединения стержней, определим исходя из энергосодержания ЬН зоны сварки. Принимаем объем У нагретого металла равным объему двух цилиндров длиной каждый по одному диаметру. Средняя температура нагрева Т = 1000' С, удельная объемная теплоемкость для стали ти1з су = 1,2 кал/(см ° 'С).
Тогда ЬН = Чсу/АТ = 2 — 0,5г(су1000= 0,1 ° 1000 = 500 =120 кал = 500 Дж; е„=ЛН/з = — =40 Дж/мм'. Из опыта значение в„= = 50 Дж/мв!з. Тогда в то же время для сварки стержней (/) 6+ 6 на МТП-75 получаем Ч,д — 0,1. Следует отметить, что величины удельных энергий е, Джlмз показывают не только удельную энергоемкость процесса сварки единицы площади стыка. Например, ви характеризует также количество переплавленного или разогретого материала на единицу площади шва, а следовательно, величину активной зоны сварного соединения, в которой произошли существенные изменения в состоянии материала, деформацию соединения и т, д.
Такие сведения весьма важны, поэтому целесообразно в ряде случаев применять показатель удельной энергии 6= — (Дж/мз 05 как более информативный, чем показатель погонной энергии д/о, измеряемый Дж/м). Использование при анализе разных методов сварки показателей удельной энергии ь Дж/мз стимулирует выбор перспективных в отношении энергоемкости процессов и источников энергии. 1. Бвр Г.
Д. Техническая термодинамика. Пер. с нем. М., „Мир", !977. 360 с. 2. Волченко В. Н. О классификации процессов сварки.— „Автоматическая сварка". 1970, № 1О. 3. Волченко В. Н. Источники энергии сварочных процессов. М., „Машиностроение", 1971. 76 с. 4. Китайгородский А. И. Введение в физику. М., „Физматгиз", 1959. 560 с. 5. Теоретические основы сварки. Под ред. В. В. Фролова. Учебное пособие.для вузов.
М., „Высшая школа, 1970. 592 с. Авт.: В. В. Фролов, В. А. Винокуров, В. Н. Волченко. 23 Оперев металла сварочной дугой вследствие электронной и ионной бомбардировки. В области, прилегающей к электрически активному пятну нагрева, металл нагревается преимущественно за счет лучистого теплообмена Со столбом дуги и конвективпого теплообмена с горячими газами факела дуги. По мере удаления от центра пятна дг, кап/(риге) и,в зв дмм16 В 0 В 16 сии Рис.
2. Влияние тока и напряжения открытой угольной дуги на распределение удельного теплового потока да |кал/(см' с)| по пятну нагрева Рис. 1. Схема сварочной дуги как источника теплоты: а — столб и пламя дуги; б— схема распределения теплового потока дуги (нормально-круго- иой источник) интенсивность теплового потока убывает. Распределение удельного теплового потока да (кал/сма с) по РадиУсУ пЯтна нагРева пРиближенно описывают ноР- мальным законом распределения вероятности Гаусса (рис.
1): Металлическая д га под отсом дг (г) = да тахе ~ (2) дг, кал/рм с' 600 где д,х — наибольшни удельныи тепловой поток в центре пятна нагрева; а — коэффициент сосредоточенности удельного потока дуги, см а; г — расстояние от оси источника, см. 00 Металлическая Угольная д = 0,24т)н(//; открытая дуга дг, кал/~сиге) 2РРО открытая дога дг, ка,?(сиг а~ 16ва 200 !760 1000 1пап 0 о 16 В О Руми)6 В а ВоммВ П Вумм С повышением тока при по- 1 УРРА П а7В 6) 1=11ОПА и 6766 6) 1-аоРА П-авд а) Глава 2 РАСЧЕТЫ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СВАРКЕ Сварочные процессы в металле в большинстве случаев протекают при быстром изменении температуры в пределах от температуры окружающего воздуха до темпера- гуры испарения металла. В этом весьма широком температурном промежутке развиваются разнообразные физические и химические процессы — плавление основного и присадочного металлов, металлургические реакции в жидкой ванне, кристаллизация расплавленного металла, структурные и объемные изменения в металле шва и основном металле, процессы местного пластического деформирования.
Для управления сварочными процессами необходимо знать, как влияют на них все определяющие параметры, в том числе изменение температуры металла во времени. Процессы нагревания н охлаждения металла при сварке и местной термической обработке определяются воздействием высококонцентрированных источников теплоты и условиями отвода теплоты от областей действия источников. Электрическая дуга, плазменная струя, газовое пламя, электронный луч, сфокусированное световое излучение„луч лазера, электрический ток, вводимый через контактный участок поверхности изделия, и трение на контактном участке являются местными источниками; выделяемая ими теплота весьма неравномерно распределена по поверхности или объему металла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
