Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 8
Текст из файла (страница 8)
С родвижущегося источника можно использовать соотношен е (15). помощью электронного луча можно получать глубинные проплавления с большим отношением глубины к ширине проплавления. в спект аль Нагрев материалов потоками излучения (101. Потоки радиации л й , лежаще ч аются р ных диапазонах — от инфракрасного до ультрафиолетов ого, излумана. Инте я нагретыми поверхностями в соответствии с законом С ф — Б тефана — ольцтемперат ы изл нтенсивность потоков излучения пропорциональна чет р вертои степени яяют только Р уР ~ излучающеи поверхности. Поэтому практический интерес пре о наиболее горячие источники солнце с поверхностной темпе представ- 2 ратурои металла потоками частиц " излуче"ия Нагре около б 10в К, вольфрамовые нити накаливания в газонаполненных лампах 4 10а К) дуговая или ВЧ-плазма инертного газа (7 — Я 10' К) мзлучение высокотемпературных источников.
В лабораторных условиях для фотон фотонной сварки используют сфокусированное излучение от высокотемпеРатурных ных источников. Ксеноновые лампы или электрическую дугу помешают ~, А/'слг Рис 21. Распределение плотности тока по сечению электронного луча в зави- симости от тока луча для различных расстояний от центра фокусирующей си- стемы в одном из фокусов эллипсоидного концентратора энергии, в другом фокусе которого энергия концентрируется в пятне нагрева на изделии.
Плотность потока энергии в пятне нагрева достигает 1,5 1Ов Вт/сма, КПд установок составляет 20% (без учета отражения части излучения от поверхности нагрева). Источники излучения с мощностью в десятки киловатт в непрерывном режиме используются для сварки прерывистых швов и для точечной сварки, Нагрев материалов лучом лазера.
С технологической точки зрения излучение лазера характеризуется высокой плотностью мощности в пятне нагрева, прецизиоиностью. относительной простотой управления лучом. для сварки применяют лазеры с импульсной генерацией излучения н лазеры непрерывного действия. Расчеты тепловых проиессов при сварке гене т Характеристики импульсных лазеров. Импульсное излучение для с рнрую лазерные установки на рубине, стекле, легированном неодимом, и варки некоторые типы лазеров на смеси газов. Мощность лазеров за время импульса длительностью несколько миллисекунд достигает десятков и сотен киловатт. Энергия в импульсе лазерной сварочной установки изменяется от единиц до десятков джоулей.
Поток излучения, выходящий из лазера, обладает весьма незначительной расходимостью, что позволяет с помощью оптическ к си овать его в п т ических систем сфоу р о в пятно малых размеров, равное десятым долям миллиметра и даже меньше. С помощью оптической системы, а также систем фильтров, частично поглощающих излучение, легко регулировать плотность мощности лазерного излучения, достигающей в пятне нагрева 10' — 10' Вт/см' и выше. За время импульса в несколько миллисекунд плотность потока а, ~ 1О' Вт/см' позволяет достичь на поверхности практически любого непрозрачного материала температуры, превышающей точку плавления.
Распределение плотности потока на поверхности материала при действии импульсного и непрерывного лазерного излучения обычно описывают с помощью закона вероятности Гаусса, учитывая отражение части лучистой энергии с помощью коэффициента отражения Я, т. е. а, (г)=(1 — Я) а,,„е (20) С корость повторения отдельных импульсов лазера., зависящая от интенсивности охлаждения кристалла, может составлять десятки герц, что позволяет сваривать непрерывные швы. КПД лазеров импульсного действия на рубине составляет 1%, для лазеров на стекле с неодимом 2%. Характеристики лазеров непрерывного действия. В лазерах непрерывного действия поток фотонов большой мощности генерируется в возбужденных молекулярных газах, в газовых смесях или в смесях газа с парами металла, Лазеры иа нейтральных атомах позволяют генерировать излучение с длинной волны преимущественно в инфракрасной части спектра и некоторые — в красной области видимого спектра.
Ионные газовые лазеры дают излучение в основном видимого и ультрафиолетового диапазона. Мощность лазеров на углекислом газе (СОз-лазеры) составляет несколько киловатт при т)„= 0,20. Плотность потока в пяхне фокусировки, определяемая углом расходимости и параметрами оптической системы, достигает 10ь Вт/см' и выше. СО -лазеры ге ер ние в инфракрасном спектральном диапазоне (длина волны 10,6 мкм). Особенностью спектрального диапазона излучения на волне 10 мкм является значительное поглощение диэлектрическими материалами, такими, как стекло, кварц, кожа, нейлон, дерево н др.
Металлы на этой волне отличаются значительным оэражением, поэтому приходится принимать меры для повышения поглощательной опособностя посредством нанесения тонких пленок поверхностного окисления и т. д. М вщность газодинамических лазеров, принцип работы которых основан на быстрой прокачке смеси углекислого газа, азота и гелия через зону поперечного потоку газа разряда, достигает десятков киловатт, что позволяет сваривать швы в металле толщиной до 50 мм и приблизить лазерную сварку по своим предельным возможностям к электронно-лучевой в вакууме.
Сф вол фокусированное излучение лазеров аналогично электронному лу яет получить в металле глубинные проплавления с большим отношением глубины зоны пронлавления к ее диаметру. формирование глубоких проплавлений обусловливается развитием поверхностного испарения, которое создает давление отдачи на ванну расплава, неравномерно распределенное по ее поверхности. Деформация поверхности расплава приводит к заглубленню источников эне гии в объем материала.
Схемы расчета тепловых процессов при сварке лазером в большинстве случаев аналогичны схемам„используемым для электронного луча. боте 19]. Особенности расчетных схем, методы решений и примеры приведе Нагрев основного л~еталла при элсктрошлаковой сварке НАГРЕВ ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА ВРИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКЕ ,Распределение теплового потока по толщине металла при электрошлаковой аварке ке определяется величиной тока и напряжения на электродах, расстоянием м между жду электродами характером движения электродов в разделке, теплоотводо в ползуны и параметрами ванны (рис.
22). Тепловыделение по толщине металла с учетом теплоотвода в ползуны в зоне соцрико икосновения со шлаковой ванной может быть практически равномерным. гс ' валек чнет ф Рис 22. Схема нагрева металла 'ири электрошлаковой сварке: а — схема процесса; б — схема движения шлаковых дш ьк и металлического а„„ хеплоты Термические циклы основного металла можно рассматривать, предполагая, что тепловыделеиие по толщине металла равномерно. Ф д 4 Укьн При электрошлаковой сварке рассматривают действие ис- Рис. 23.
Температурное поле предельного точников теплоты, приносимой состояния при электрошлаковой сварке, ирисадочным металлом на гра- рассчитанное по схаме двух шлаковых и вице металл — шлак (рис. 22, одного металлического источников теплоты: линия А1Аа), и теплоты, вводи- к ш, . / з,и. и в ц мой в металл шлаковой ванной ш4 нт, р = за ~о~ в,; с в,озз си% по линиям А,В, и А,В,.
Мощность источников теплоты предполагается неизменной по линиям. Мощность теплового источника, действую. щего по линии А,Аа («металлический источник»), д„= Яу)/„, (21) где 3 — теплосодержание единицы массы расплавленного присадочного металла при температуре шлака в активной зоне, кал/г; у„ — объем присадочного ме- талла, подаваемого в ванну в единицу времени, смз/с.
Мощность тепловых источников вш, действующих по линиям АтВ1 и АяВм определяется как разность между полной эффективной мощностью Чьф и чи. Нагрев металла при электрошлаковой сварке можно представить как сум- мирование температур в данной точке от действия движущихся распределенных источников теплоты а„и д . В области температур ниже 700 — 800' С РаспРела- меиие температуры в зоне охлаждения можно определить исходя из схемы ли®ейного источника теплоты в пластине, считая, что интенсивность истечника б -и -а -в Расчеты тепловых процессов при сварке по ~~~ш~не пластины б рав~ом~рна.
Скор ь юмому роль теплоотдачи довольно значительна. Критерии влияния теы~~ дачи Т' 1+4Ьа/ов при электрошлаковой сварке велик. На рис. 23 показан пример температурного поля предельного состояния, рассчитанного по схеме трех источников теплоты при электрошлаковой сварке стальных пластин. Нагрев осноеного металла пра дуговой сварке и наплавке НАГРЕВ ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА ПРИ ДУГОВОЙ СВАРКЕ И НАПЛАВКЕ ай (Т вЂ” Т )в О/о а при сварке листов встык в один проход или при наплавке валика на лист малой толщины (см. Рис. 5 и 25, в) 2лХсу (Т вЂ” То)в (в/о6)т (23) подогрева.
где Т, — начальная температура изделия, нлн температур с ура опутствующего ла При наплавке валика на лист произвольной толщины (р . 25 Щ ох ждения рассчитывают по номограммам (рнс. 26, а и б). При расчете скорости (22) Термический цикл, т. е. изменение температуры в данной точке шва или околошовной зоны во время сварки, является основой для оценки влияния параметров режима сварки на изменения структуры в основном металле или металле шва. Термический цикл околошовной зоны определяется принятым режимом сварки, соответетвующим заданной производительности процессов плавления основного и присадочного металлов. Часто оказывается возможным так выбирать параметры режима сварки, чтобы, удовлетворив требованиям производитель. ности сварки и формирования шва, обеспечить термический цикл, вызывающий благоприятные изменения структуры и свойств.
и е я К структуре зоны термического влияния и к свойствам сварного соеди е н р дъ вляют разнообразные требования, зависяшне от вида металла, технологии изготовления и типа конструкции и ее служебного назначения. Так, например, при сварке легированной конструкционной стали значительная длительность нагрева выше 1» 900' С может привести к нежелательному н росту зерна аустенита, а большая скорость й„ охлаждения в субкритическом интервале ь распада аустенита может вызвать повышение твердости вследствие закалки. Расчет термического цикла может установить те г пределы технологического Режима сварки, Ри 24 С„ма Рмич к го прн котоРых не происходит местного изме- цикла ок ошовной зоны при пения пластических свойств, могуших по- однопроходной сварке нлн н. Низить несущую сп обно' сварного смдиплавке пения, особенно при ударной нагрузке, при наличии концентраторов напряжения и при низких температурах эксплуатации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
