Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 13
Текст из файла (страница 13)
С увеличением вылета производительность расплавления при прочих равных условиях возрастает, так как повышается ЛНп. Значения ар при механизированных способах дуговой сварки сталей обычно находятся в диапазоне 13...25 г/(А. ч). ПРоизводительность наплавки Ки зависит от пРоизводительности расплавления электродной проволоки др. Ки = Кр(1 Кп) (7.53) где Кп — коэффициент потерь металла на угар и разбрызгивание (при сварке открытой дугой Кп = 0,05...0,2; при сварке под флюсом Кп = 0,01...0,02). Пример 7.7.
Определить температуру огарка электрода диаметром Ы = = 4 мм из низкоуглеродистой стали при сварочном токе 1 = 120 А. Длина рабочей части электрода ц/ = 400 мм, коэффициент расплавления ар = = 10 г/(А ч). Удельное сопротивление низкоуглеродистой стали г = = 14 10 Ом см, объемная теплоемкость ср = 5 Дж/(см К), Репгепие. Сначала находим массу рабочей части стержня электрода: Лтп = рРЛ/= р(пЖ4)Л/= 7,8 (3,14 0,4 /4)40 = 39,2 г.
Определяем время протекания тока Лк используя формулу (7.52): и = — =э А/ = — = ' = 0,0327 ч = 117,б с. Ьт Атп 39,2 1Ь/ ар1 10 120 2 273 272 10 — 2418 Время расплавления рабочей части электрода составляет приблизительно 2 мин. В течение этого времени огарок электрода нагревался проходящим током. Без учета теплоотдачи с поверхности и нагрева дугой приращение температуры огарка согласно (7.45) равно йТ= — ~ — ! Лг= ~ ) 117,6=300 К. г ( 1 ~ 14 10 1 120 ср1г ! 5 ( 0,1256) Таким образом, с учетом начальной температуры стержня 293 К температура огарка составит 593 К (320 'С). Пример 7.8. Для электрода из примера 7.7 оценить допустимый сварочный ток, если покрытие начинает терять свои защитные свойства при температуре 773 К (500 'С).
Решение. При допустимом сварочном .токе 1„, температура огарка достигнет своего предельного значения Т„„ = 773 К за время бй которое можно найти из формулы (7.52). Используя (7.45) и пренебрегая теплоотдачей с поверхности, получаем выражение для приращения температуры: Отсюда выражаем допустимый сварочный ток и, подставляя исходные числовые значения, получаем арф ср(Тма-Т„) 1О О,!256 5,0 (773 — 293) 3600гЛттт 3600 14.10 39,2 Следовательно, для электрода диаметром 41 = 4 мм из низкоуглеродистой стали допустимый сварочный ток составляет 192 А. Пример 7.9.
Определить изменение температуры иизкоуглеродистой сварочной проволоки диаметром 4( = 4 мм иа расстоянии 30 мм от токо- подвода при механизированной сварке током 1 = 800 А. Коэффициент расплавления принять равным ар = 20 г1(А.ч). Удельное сопротивление иизкоуглеродистой стали г = 14 . 1О Ом . см, объемная теплоемкость -4 ср = 5 Дяь'(см К).
Решение. Сначала определяем массу участка проволоки длиной 30 мм и время его расплавления: Ьт = ргЛ! = р(Ы !4)Л! = 7,8(3,14 0,4!4)30 = 2,94 г; Лттт 2,94 тзр = — = ' = 0,000184 ч = 0,66 с. а 1 20 800 В течение этого промежутка времени рассматриваемое сечение электрода нагревалось проходящим током. Без учета теплоотдачи с поверхности и нагрева дугой приращение температуры в рассматриваемом сечении составит т, е.
на расстоянии 30 мм от токоподвода изменение температуры прово- локи равно 75 К (75 'С). 7.5. Термический цикл нри многослойной сварке При многослойной сварке сечение шва заполняют за несколько сварочных проходов, поэтому металл испытывает многократное тепловое воздействие (рис. 7.10). Сложный термический цикл складывается из термических циклов отдельных сварочных проходов, которые могут отличаться друг от друга параметрами режима сварки и положением источника теплоты в сечении шва. Наличие разделки кромок, форма которой изменяется в процессе ее заполнения, значительно усложняет выбор расчетной схемы.
Вследствие сложности описания процесса распространения теплоты при многослойной сварке анализ термических циклов целесообразно выполнять с применением современных методов компьютерного моделирования (см. гл. 13). Аналитические зависимости в рамках классической теории распространения теплоты при сварке позволяют дать лишь качественное описание процесса.
Количественные оценки, получаемые для простейших схем многослойной сварки, имеют ориентировочный характер и служат для приближенного определения параметров процесса. При инженерных расчетах используют значения параметров, которые представлены в справочной литературе и основаны преимущественно на экспериментальных данных. Для описания тепловых процессов при многослойной сварке обычно применяют расчетную схему бесконечного тела с двумя адиабатическими границами (рис. 7.10, г). Учитывая значительную длительность процесса многослойной сварки, рассматривают температурные поля предельного состояния от каждого прохода источника теплоты.
Суперпозиция таких температурных полей в одном поперечном сечении отражает характерную для всего изделия тепловую обстановку. Особенности, связанные с началом и прекращением действия источника теплоты, не учитываются. т т 1-и слой 2-и слой 3-и слой 4-й слой Т т, (7.55) т=т„+™~ 75т,, (7.56) х; =-ц, ! —,Г, ~ +А|1 (7.57) 275 274 нп ° 2,2 г г Рис. 7.10. Термические циклы при многослойной сварке: а — при сварке длинными участками; 6 — поперечное сечение многослойного сварного соединения; а — при сварке короткими участками; г — расчетная схема Основной моделью источника теплоты при многослойной сварке является подвижный точечный источник постоянной мотцности, действующий внутри массивного тела. Выбор указанной модели обусловлен необходимостью учитывать объемный характер распространения теплоты в массивном объекте, каким обычно является сварное соединение, выполняемое многослойной сваркой.
Адиабатические границы учитывают введением в расчетную схему двух фиктивных источников теплоты (см. разд. 6.5.2). Таким образом, приращение температур точек изделия от каждого прохода источника может быть вычислено как 3 ьт =т '~' «р( — '!а„*о)], (7. 54) 4пЫ,- !, 2а /=1 где Й, — поправочный коэффициент для учета разделки кромок и положения источника в сечении шва; ЯЛ вЂ” длины радиус- векторов, соединяющих исследуемую точку с каждым источником (включая фиктивные источники, введенные для учета отражения от границ плоского слоя); хз — текущая координата рассматриваемого поперечного сечения в подвижной системе координат, связанной с источником; г — номер сварочного прохода. Длины радиус-векторов йр, входящих в выражение (7.54), применительно к точке с координатами (у, г) в поперечном сечении детали определяются для каждого источника (включая фиктивные) с координатами (у(т лй) по формуле В каждый момент времени температурное поле при многослойной сварке является суперпозицией полей приращений температур от каждого прохода сварочного источника, наложенной на однородное температурное поле подогрева изделия: Где и — число проходов при многослойной сварке.
Приращения температур ЬТ; от прохода каждого источника рассчитывают согласно (7.54), при этом удаление х; каждого источника !7! от рассматриваемого поперечного сечения рассчитывают с учетом скорости его движения пь длины сварного шва 11 и времени перерывов !5!1 между укладкой отдельных валиков: Тепловое воздействие на металл при многослойной сварке зависит от того, как осуществляют сварку — длинными или короткими участками.
7.5.1. Сварка длинными участками Под сваркой длинными участками обычно понимают укладку валика на всю длину свариваемого соединения, составляющую обычно более 0,5...1 м. При сварке склонных к закалке сталей скорость охлаждения в интервале температур наименьшей устойчивости аустенита — один из параметров, определяющих возможность появления закалочных структур. Наибольшая скорость охлаждения обычно бывает у первого слоя, так как последующие слои, как правило, остывают медленнее вследствие автоподогрева (см.
разд. 6.10). Однако, если промежуток времени между укладкой слоев достаточно велик (вследствие длительных перерывов в сварке или большой протяженности сварного шва), массивное изделие полностью остынет и скорость охлаждения очередного слоя может оказаться выше, чем первого слоя. 3 Для оценки скорости охлаждения первого слоя в стыковых (рис. 7.11, 6), нахлесточных (рис.
7.11, в), тавровых (рис. 7.11, г) и крестовых (рис. 7.11, д) соединениях используют расчетную схему и б в г Рис. 7.11. Виды соединений, выполняемых многослойной сваркой: а — наплавка валика на поверхность; б — стыковое соединение с разделкой кромок; в — нахлесточное соединение; г — тавровое соединение; д — крестовое соединение Схема на рис. 7.11 а б в Ь вЂ” 6 б 3 2 3 2 д/и — о/и -~7!и 2 3 г д б б 2 ! — д!т: — д! и 3 2 (и ~ тбрасч наплавки валика на плоский слой (рис. 7.11, а) с поправочными коэффициентами для определения расчетной погонной энергии (д!п)рас„ и расчетной толщины плоского слоя бреси, значения кото- рых для разного вида соединений приведены ниже: Поправочный коэффициент к погонной энергии вводят для учета условий распространения теплоты в области, непосредст- венно прилегающей к месту введения теплоты, а поправочный коэффициент к толщине в стыковом сварном соединении с односторонней У-образной разделкой (см.
рис. 7.11, б) — для учета условий распространения теплоты вдали от шва (приведенное выше числовое значение соответствует углу раскрытия кромок 60').Методика расчета скоростей охлаждения в плоском слое изложена в разд. 7.1.2. Вместо фтз и б в формулы (7.! 1) н (7.12) при расчете подставлЯют значениЯ (7!п)рас„и брас„, Указанные выше. Скорость охлаждения первого слоя уменьшается с увеличением его сечения, т. е. с увеличением погонной энергии, с увеличением температуры подогрева Т„и с уменьшением толщины свариваемых деталей б. Наиболее сильно на скорость охлаждения влияет температура подогрева Тн. 7.5.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
