Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В дуге, обжатой водоохлаждаемым соплом и потоком газа, так называемой плазменной дуге, температура выше, чем свободно горящей при одинаковом токе. Скорость газового потока при наличии в сво обжимающих дугу стенок и одинаковом расходе газа также возрастает по сравн- ению со свободно горящей дугой. Дуга в этих условиях стабилизируется, т. е. затрудняются случайные колебания дуги.
Энергия плазменной дуги передается нагреваемому телу электронами и тяжелыми частицами, а также вынужденными конвективными потоками и излучением столба дуги. Эффективный КПД плазменно-дугового нагрева Чи может достигать высоких значений (табл. 1). 1. Эффективный КПД плазменно-дугового нагрева Эффективный КПД плазменно-дугового нагрева ниже, чем КПД дуги, что объясняется большей теплоотдачей мощности стенкам сопла и окружающему пространству. Эффективная мощность а для плазменной дуги длиной 100 мм почти линейно увеличивается с повышением тока и зависит от состава н расхода газа, а также от длины дуги.
Изменение удельного теплового потока аз (г) по радиусу пятна нагрева для плазменной дуги приближенно описывается законом Гаусса (2). Тепловые характеристики плазменной струи. При обработке плазменной струей материал подвергается действию высокотемпературного газового потока, оставаясь электрически нейтральным. Энергия плазменной струи передается нагреваемому телу в результате процессов теплообмена — вынужденной конвекции и излучения струи. Эффективный КПД нагрева плазменной струей несколько ниже, чем при нагреве плазменной дугой (табл., 2). Эффективная мощность плазменной струи с повышением скорости плазмообразующего газа сначала увеличивается, а затем несколько снижается (рис. 8) из-за снижения температуры газа. Увеличение расстояния от среза сопла до нагреваемого тела приводит к снижению эффективной мощности а, но характер снижения д зависит от расхода газа (рис.
9). Как и в случае плазменной дуги, повышение тока приводит к почти линейному увеличению а. Зо Нагрев металла газовым пламенем (г,«ал»»с /гсс а, «ал,»в юсд юс 0 г 4 С ул му7в 4гг, кафа с) ЛЮ А г00 мг.с) (гг,/г а(17' ХРР 700 700 сг,/г(г.тамг.с) 400 -70 Р 70 г,мм а) Рг,/агл/(~мг с) ОР -70 Р 70/;мм 0) сг, «афмт с) ХРР гРР З 6)/с,н, 70 Р 70/гММ -70 Р 70~;ММ -70 0 70 /» мм,г Р) г) Р) Рис. 10. Распределение теплового потока г/а [кал/(смз с)) по пятну нагрева плазменной струи в зависимости от: а — така дуги (расход аргана 0,5 м'/ч; углубление дуги в канал 25 мм; диаметр канала сопла 8 ммг расстояние сопла от изделия 1О мм1; б — углубления дуги в канал (/ = 200 А1; в — диаметра канала (/ = 100 А); в — расхода аргона (/ = 100 А); д — расстоянив между соплом и изделием (! ° 200 А) Рис.
8. Зависимость эффективной мощности плазменной струи от скорости плазмообразующего газа (аргон; 1 = 200 А; углубление дуги в канал ! = 30 мм; диаметр канала сопла 8 мм; расстояние от сопла до изделия 6 мм) Расчеты тепловых ггрог(ессов при сварке д 4чу СС /г, мм Рис. 9. Изменение эффективной тепловой мощности плазменной струи от расстояния между соплом н нагреваемым током для различных скоростей потока аргона: !! о»(» = 4,3 м /ч; 2/ о»( = 1,2 мв/ч; г! од» = 0,25 м'/ч; (/ = 200 А; / = 30 мм; диаметр канала 8 мм] 2.
ЭфФективный КПД нагрева плазменной струей Распределение удельного теплового потока (/з ',г) по пятну нагрева плазменной струи описывается законом нормального распределения (2). На рнс. 10 представлены данные по распределению (!а (г) по пятну нагрева в зависимости от ряда параметров. Схемы нагрева металлов плазменной струей аналогичны рассматриваемым ниже схемам нагрева газовым пламенем. НАГРЕВ МЕТАЛЛА ГАЗОВЫМ ПЛАМЕНЕМ Тепловые характеристики газового пламени (температура; эффективная тепловая мощность д, кал/с; распределение теплового потока пламени дз, кал/(смз с), по пятну нагрева) зависят от теплотворной способности горючего газа, чистоты кислорода и их соотношения в газовой смеси. Температура газового пламени ('С) неодинакова в различных его частях и достигает наибольшего значения на оси пламени вблизи конца ядра: Ацетилен 3100 — 3150 Метан 2100 — 2200 Пропана-бутановая см сь ...........
2400 — 2500 Коксовый газ ° 2000 — 2100 Водород . 2000 — 2100 Гачовое пламя нагревает поверхность металла вследствие процессов теплообмена — вынужденной конвекции и излучения, интенсивность которых возрастает с увеличением перепада температур пламени и поверхности нагреваемого металла. Поэтому эффективная мощность пламени возрастает с повышением его температуры и падает с повышением температуры поверхности металла. Эффективная мощность пламени (/ (ее пределыюе значение, соответствующее установившемуся состоянию процесса при нагреве металла перемещающимся пламенем) возрастает с увеличением расхода (/с н л/ч газа (рис. 11). Эффективный КПД т)и процесса нагрева металла газовым пламенем представляет отношение эффективной мощности пламени г! к полной тепловой мощности пламени дн, соответствующей низшей теплотворной способности ацетилена 14 600 кал/ч (при 20'С в 760 мм рт.
ст.) Параметры режима нагрева, размеры изделия и теплофизические свойства металла также влияют на эффективную мощность, хотя и в меньшей степени, чем расход газа. При правом нагреве эффективная мощность пламени выше, чем при левом (рис. 12). С увеличением скорости перемещения пламени его эффективная мощность несколько возрастает. С увеличением толщины нагреваемого металла, а также его температуропроводности эффективная мощность пламени возрастает.
Наибольшая эффективная мощность пламени соответствует определенным соотношениям кислорода и горючего газа, несколько меньшим, чем теоретические Нагрев металла газовым пламенем Номера наконечников горелки Тепловые характеристики 3,5 2600 17 2,5 1000 14 3,0 1700 16 2,0 600 12 1,6 400 1! 1,3 250 1О 1,0 150 9 2250 1750 920 !270 720 380 «г,ка 2400 0,25 0,30 0,36 0,44 71и ь 100 0,5! 0,72 0,68 О,!7 0,20 2аоп 0,23 0,28 0,31 0,35 0,39 Во 122 93 67 1600 15 1О 1200 воо 20 400 1200 1600 2000%~ нг,л(ч П а) Распределение релки по радиусу г (рис.
13). Для расчетов постоянной времени удобно хар 10 '4а>г' гтеаый нагреб ПраВый нагреб «7, кал(с 1600 -4 -5 -2 -1 П 1 2 бэсм 1200 600 Рис. 12. Эффективная мощность пламени простой горелки в зависимости от угла наклона «р осн пламени к поверхности металла для наконечников №1и 5 120 160 "«р о 40 ва Расчеты тепловых проПессов при сварке соотношения по реакции полного сгорания: 2,3 — для ацетилена; 2,0 — для метана; 0,8 — для коксового газа; 0,4 — для водорода; 3,5 — для пропано-бутановой смеси. С увеличением средней скорости истечения горючей смеси интенсивность теплообмена и эффективная мощность пламени увеличиваются.
1>1'наконечника 1 2 5 4 5 6 7 Раскаа Сгйг 140 250400 6151010 17002630лгч а«селла П,аб 1,51 1,63 2,0 2,45 2,06 5,5 мм 400 Вао 1200 1600 2000'тегнг И И Рис. 11, Эффективная мощность пламени, длина ядра (а) и эффективный КПД (б) процесса нагрева металла в завй«симости от расхода ацетилена (номера нако. печника простой горелки) Удельного теплового потока «)в пламени пРостой гопятна нагрева приблизительно описывают соотношением (2) актеризовать распределение генлового потока Коэффициенты сосредоточенности (г пламени простых горелок убывают, а постоянные времени 1о возрастают с увеличением номера наконечника и расхода ацетилена (табл.
3). Газовое пламя нагревает металл значительно медленнее и плавнее, чем — сварочная дуга, так как наибольший тепловой поток на оси ацетилено-кислородного пламени простой горелки в 8 — 12 раз меньше открытой сварочной дуги примерно одинаковой эффективной мощности. 3. Тепловые характеристики сварочного ацетилено-кислородного пламени простой горелки Диаметр сопла мундштука, мм РасхоД аЦетилена 1>Л, л(ч Длина ядра пламени К, мм Эффективная мощность пламени >Г, калгс Эффективный КПД при нагревании стали П„. Коэфф>щиепт сосредоточенности удельного теплового потока l«, см Наибольший удельный тепловой поток >Г «пах кал/(ем~ с) Постоянная времени при нагревании стали 1, с Сложные горелки, многопламенные и щелевые, позволяют регулировать форму и размеры пламени и распределять тепловой ноток заданным образом по участкам поверхности металла.
Рис. 13. Распределение удельного теплового потока «7в пламени простой го- релки по радиусу т пятна нагрева металла при утле наклона 90'1 и — схема; б — распределение при различных номерах наконечников (разный расход ацетилена) Нагрев тонких металлических листов (с полным выравниванием температуры по толщине) плазменной струей и пламенем простой горелки (с осью, перпендикулярной к поверхности листа), неподвижным или перемещающимся прямолинейно с постоянной скоростью с, смlс, описывается схемой подвижного 2 п1р.
Ольшанского> т„! 34 Нагрев металла газовым пламенем Рис. 15. Схема нагрева полу- бесконечного тела поверхностным нормально-круговым источником теплоты (13) Расчеты тепловых процессов при сварке нормально-кругового источника теплоты в тонкой пластине с теплоотдачей. Температурное поле в процессе теплонасыщения, отнесенное к подвижной схеме координат ХОУ с центром в фиктивном сосредоточенном источнике О, движущемся на расстоянии н/е впереди центра С истинного источника (рис. 14), выражается соотношением 2 2тб ехр ~ 2 +~~о Ко (ра) Щ (ре, т+т ) — ф (р т )) (12) Г оь Ь /Ф ! /ов где ра=г 1/ — + ' т=~ — +5)/ те=[ — +" /а — безразмерные критерии 4ае а ' [,4а ) ';4а расстояния н времени; коэффициент теплонасыщення определяется из графика Рис. 14. Схема нагрева тонкой пластины: а — поверхностным нормально-круговым источником теплоты; б — быстродвнжущнмсв поверхностным нормально-полосовым источником теплоты 2сс 2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
