Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Сварка короткими участками К многослойной сварке короткими участками прибегают в тех случаях, когда стремятся продлить пребывание металла выше определенной температуры и не допустить его охлаждения ниже этой температуры. Выполнение коротких участков шва способами «каскад» и «горка» практикуется обычно при ручной дуговой сварке штучными электродами. Режим многослойной сварки включает помимо прочих три независимых параметра — погонную энергию с)!и, которая определяет сечение слоя, длину завариваемого участка 1, температуру подогрева Т„, поэтому он более гибок, чем режим однопроходной сварки.
Условия сварки короткими участками выбирают такими, чтобы температура охлаждения каждого слоя к моменту наложения следующего слоя не падала ниже определенной температуры Т,, в качестве которой, например, часто принимают температуру начала мартенситного превращения свариваемой стали (более подробно о назначении теплового режима сварки сталей см.
гл. 12). Температура Т„до которой охлаждается первый слой, зависит, в частности, от длины завариваемого участка 1, погонной энергии сварки д7тз и температуры подогрева Т„. Время сварки гс участка шва длиной ! складывается из времени чистого горения дуги гт = !7п и перерывов !п: (7.58) !с !г ~ !п 276 277 Рис. 7.12. Расчетная схема определения температуры остываиия первого слоя при сварке короткими участками (стрелками показаны тепловые Используя схему быстродвижущегося линейного источника в пластине без теплоотдачи с поверхности (рис. 7.12), запишем без вывода формулу для определения длины завариваемого участка 1, за время сварки которого температура в его начале не окажется ниже Т„: 'сз'гг9 (7.59) 4Ы.срб о(Тп Тп) где )сз — поправочный коэффициент, найденный экспериментально в зависимости от типа соединения; Йг — коэффициент времени чистого горения дуги, принимаемый при ручной сварке штучными электродами равным 0,6 ...
0,8. Для соединений встык )сз = 1,5; для соединений внахлестку и втавр 2сз = 0,9; для крестового соединения багз = 0,8. Следует отметить, что в выбранной схеме (см. рис, 7.12), строго говоря, не учтен ряд особенностей распространения теплоты при многослойной сварке. Однако она может быть принята для расчета, если к моменту достижения расчетной температуры Т„ (которая обычно для сталей не превышает 650 К) неравномерность распределения температур по толщине свариваемых деталей невелика. Для практически применяемых режимов многослойной сварки разность температур к моменту охлаждения первого слоя до Т, = 650 К, как показывают экспериментальные данные, не превышает 50...80 К.
7.6. Особенности протекания тепловых процессов при различных видах сварки 7.6.1. Тепловые процессы при электрошлаковой сварке Одна из наиболее характерных особенностей тепловых процессов при электрошлаковой сварке — значительные размеры области ввода теплоты. Основной металл подогревается шлаком на участке довольно значительной длины, составляющей около 30...70 мм. На заключительной стадии нагрева кромки основного металла разогреваются активной зоной шлаковой ванны и опускающимся расплавленным электродным металлом, в результате чего образуется металлическая ванна шириной, равной ширине шва 26п (рис. 7.13, а).
В простейших инженерных схемах расчета точно воспроизвести сложную пространственную форму выделения теплоты при электрошлаковой сварке не представляется возможным. В этой связи в литературе встречаются несколько расчетных схем процесса с различными моделями источников теплоты. По мнению В.А. Винокурова, хорошо отвечает фактическому распределению температур и форме проплавления при электрошлаковой сварке следующая расчетная схема источника теплоты (рис. 7.!3, 6). В сплошной пластине без сварочного зазорами движутся три равномерных по толщине металла источника теплоты, изображенные в виде линий АС, В13 (расстояние между которыми равно Т), и Рис. 7.13.
Схема нагрева металла при электрошлаковой сварке: а — схема процесса; б — схема движения шлаковых дм и металличсс- кого см источников теплоты 278 279 6„, Джуммз 1000 100 1О Рис. 1.8. Удельная энергия е„, необходимая для выполнения однотипных стыковых соединений с применением разных сварочных процессов — преобразуется в сварочном источнике питания для получения нужных параметров тока и напряжения дуги; — преобразуется в дуговом разряде в другие виды энергии: термическую Т, электромагнитную ЭМ, электрическую ЭЛ; — поступает в зону сварки в виде теплоты, изменяя внутреннюю энергию соединения, расходуясь иа образование новых атомных связей, новых структур материала, деформацию и нагрев изделия, и т. д. 1.4.2.
Термические процессы Для всех термических сварочных процессов, независимо от вида носителя энергии (инструмента), она вводится в стык в конечном итоге всегда через расплавленный материал. Энергия хаотически движущихся частиц расплавленного материала носит в термодинамике название термической, чем и обосновано наименование этих процессов. Теория термических процессов и их применение описаны в гл. 2 н 3 достаточно подробно.
Из рассмотрения исключены химические процессы газовой и термитной сварки, индукционная и электрошлаковая сварка, которые изучаются в соответствующих технологических курсах. 1.4.3. Термомеханические процессы К термомеханнческим сварочным процессам относятся процессы, и сы, идущие с введением теплоты и механической энергии сил давлени аления при осадке. Теплота может выделяться при протекании элен н ек —,„ического тока„газопламенном или индукционном нагреве, и введении в зону сварки горячего инструмента н т.
п. Сварка при в е может в ожет вестись как с плавлением металла (частичным нли по вс му соединению), так и без плавления. Эти процессы подробно описаны в технологических курсах. Сокращение затрат энергии (благодаря рациональному выбору источника энергии для сварки) даже на несколько процентов может дать в масштабах страны существенную экономию энергии, что в свете постоянно растущего дефицита энергии на Земле приобретает с каждым годом все большее значение. Эффективность использования способов сварки плавлением достигается при минимальной ширине шва, что, в свою очередь, определяется степенью концентрации источника теплоты (диаметром пятна нагрева) и теплофизическими особенностями проплавления.
Эти особенности учитываются при определении энергозатрат на сварку через термический КПД процесса, а полученные выше минимальные оценки полезной удельной энергии составляют лишь часть общей энергии сварки, т. е. е„= цд,асл. Учитывая эффективный и термический КПД сварочных процессов, можно изменить представление о целесообразности применения того или иного способа сварки при прочих равных условиях. Например, дуговая сварка с высокими значениями эффективного КПД (т1л = = 0,6...0,8) характеризуется низкими значениями термического КПД (11, = 0,15...0,25). Электронно-лучевая сварка, характеризуется более высокими значениями рл (0,8...0,9) и цр(0,3...0,5).
В термодинамическом аспекте она более предпочтительна. Сопоставим удельные энергозатраты на сварку листов низко- углеродистой стали толщиной 10 мм различными способами (табл. 1.5). Минимальное энергосодержание расплавленной стали составляет около 9000 Джейсм . Приведенные в табл. 1.5 оценки 3 являются приближенными, так как даже для одного и того же процесса на разных режимах сварки энергозатраты могут различаться в 1,5 — 2 раза, что определяется параметрами режима и свариваемого сплава. Кроме того, КПД источника теплоты не является постоянным, ввиду его зависимости от скорости сварки, состояния поверхности и др. 28 чм = п7-бр,5нм, цТ, К ЛТ= ЛТ! + ЛТ2, -4 О, 4 х,см у, см -4 ехр(!)шг) — 1 ЛТ, = Р (7.60) 280 281 линии А1В1.
Мощность источника на линии А1В! соответствует количеству теплоты, приносимому расплавленным электродным металлом за 1 с: где и — скорость сварки; Ти б — соответственно зазор в соединении и толщина металла; Лք— приращение энтальпии электродного металла при его нагреве от Т„до температуры шлаковой ванны в ее активной зоне. 6 -16 -12 -8 -4 0 4 х, см Рис. 7.14. Температурное поле предельного состояния при электрошлаковой сварке, рассчитанное по схеме двух шлаковых и одного металлического источников тепло~ы (8 = 10 см, Г= 2 см, Ь =6 ем,д =10 кВт) Мощность дш двух источников АС н Вг) равна разности между всей эффективной мошностью источника д и мощностью так называемого металлического источника дм: ЧШ=О Чм Теплота, выделяемая по линиям АС и ВП, соответствует подогреву кромок деталей шлаковой ванной и подогреву металла ванны со стороны шлака, который имеет более высокую температуру, чем металл в ванне.
Линейная интенсивность мощности равна Рм!(2Ь„Р) у металлического и дш/(2Ьш) у шлакового источников теплоты. Такой нагрев предопределяет характер распределения температур в свариваемых деталях. Изотермы подходят к сварио ваемым кромкам под некоторым углом, отличающимся от 90 (рис. 7.14). Нагрев кромок происходит задолго до их плавления. 7.6.2.
Контактная сварка стержней встык Нагрев стержней при контактной стыковой сварке осуществляется проходящим током плотностью /. Приращение температуры 7ЗТ можно представить (рис. 7.15) как сумму двух составляющих: где 2зТ! — равномерная составляющая, обусловленная работой тока при его прохождении по стержню с удельным сопротивлением металла р,; ЛТ2 — неравномерная со- д Тз лт, ставляющая, вызванная наличием в стыке контактного сопротивления А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
