Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Приняв для расчета схему бесконеч- В . ного стержня без теплоотдачи в воздух (Ь = 0), распределение температуры Рг по длине стержней можно рассчитать на основе соображений, изложенных в разд 74 д я случая на"рева эле р да приращений темпера„ры током. по длине свариваемых Равномерная составляющая ЛТ! мо- встык стержней в процессе жег быть рассчитана путем интегриро- нх нагРева током вания по времени дифференциального уравнения (7.45), описывающего нагрев проводника проходящим по нему током.
Принимая линейную зависимость отношения рг !ср от температуры, получаем решение уравнения (7.45) в виде Л Т2 = ехр — — + 13 оэ1 ср~/4яа/ ~ 4а1 (7.61) где х — расстояние от стыка до сечения, в котором определяется температура. Удельное количество теплоты, выделяющейся в сты- ке, равно 02 /~/1 (7.62) где /с — коэффициент, зависящий от свойств металла и давления в стыке (см, табл, 7.1). При большем давлении коэффициент /с меньше.
Таблица 7.1. Значения коэффициентов для расчета нагрева стержней при контактной стыковой сварке где оэ=(р„/ср)/ — начальная скорость нагрева (при комнатной .2 температуре). Значения отношения р„/ср и коэффициента 1) для разных материалов приведены в табл.
7.1. Неравномерную составляющую ЬТ2 рассчитывают по-разному в зависимости от способа контактной сварки. Контактная сварка сопротивлением. Предполагается, что на стадии нагрева контактное сопротивление Я существует непродолжительное время, поэтому можно использовать схему мгновенного плоского источника в бесконечном стержне. Тогда формула для расчета неравномерной составляющей /зТ2 имеет вид В период выравнивания температур после окончания нагрева при 1 > гн температуру определяют отдельно для /зТ~ и /5Т2 по схеме бесконечного стержня: 4а(1- 1„) 4а(/ - 1„) 2 /зТ2 = ехр + роэ1н 02 ср /4яа/ ~ 4а/ (7.64) Контактная сварка с прерывистым подогревом и последующим оплавлением.
Прерывистый подогрев рассматривают как непрерывный подогрев током меньшей плотности, равной (7.65) lэф /и где ЛТь — температура /зТ~ в момент окончания нагрева; Ф— функция интеграла вероятности; / — длина нагретой части стержня, Отсчет времени ~ ведется от момента начала нагрева. После окончания нагрева процесс распространения теплоты, описываемый выражением (7.61), продолжается, а процесс дополнительного тепловыделения, связанного с повышением удельного сопротивления и выражаемого членом 1)Ю в показателе экспоненты, прекращается прн 1= 1„, т. е. Температура сваривания металла (для стали она составляет 1520...1620 К) в стыке достигается при определенной продолжительности нагрева бе Значения произведения/ /„ также приведе- 2 ны в табл.
7.1. 282 где ~~1 — суммарная длительность периодов включения тока с.. в ~н 2 ЬТ2 — — — ) ехр + Рго/ г сР/4ка о 4а1 1 ~/ (7.66) 283 плотностью /. Значение ЛТ~ при сварке этим способом находят по формуле (7.60) с заменой / на/эф согласно выражению (7.65). Неравномерную составляющую ЬТ2 вычисляют как приращение температуры от непрерывно действующего в течение времени 1„неподвижного плоского источника теплоты в бесконечном стержне с дополнительным тепловьщелением от проходящего тока: ') херВ ез 0,8 0,6 0,4 з — 1 3 — 1п— (7.68) 0,2 ~г лз = 0,85 ~~ —. а (7.70) 285 284 где 92 = Ук2 ф — мощность плоского источника теплоты. Параметр Ук = 0,4 ... 0,6 В (более высокие значения параметра (4 соответствуют малым скоростям перемещения захватов сварочной машины и большим сечениям стержней). Численное определение ЬТ2 может быть проведено по номограмме (рис.
7,16) с использованием безразмерных параметров температуры, расстояния и времени. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 Овес Рнс. 7.16. Номограмма для определения значения ЬТз через безразмер,.„.р.„~у ~з.~к.э~7,, ь. р„.р...р. ь:, е.,р., мерное расстояние х,фа /а от границы контакта при нагреве стержня непрерывно действующим плоским источником дз и током плотностью / при сопротивлении, изменяющемся прямо пропорционально температуре Стадия оплавления после прерывистого подогрева обычно непродолжительна и происходит при меньших токах.
Подогрев от оплавления распространяется на небольшую длину, поэтому приближенно можно считать, что к концу оплавления сохраняется распределение температур, достигнутое к окончанию подогрева, но температура в стыке равна температуре плавления металла. Выравнивание температур может быть определено численно с использованием указаний, приведенных в разд. 6.8. Контактная сварка непрерывным оплавлением. При сварке непрерывным оплавлением подвижные зажимы сварочной машины перемешаются с возрастающей скоростью. Зона, прилегающая к оплавляемым торцам, прогревается в основном вследствие того, что металл проводит теплоту от источника в зоне контакта, и в меньшей степени — вследствие выделения теплоты при протекании тока.
Приращение температуры в околоконтактной области при оплавлении с непрерывно возрастающей скоростью вычисляют по эмпирической формуле ЬТ = (Тлл — Т„)ехР -0,92х 3— (7.67) 'з а где Т вЂ” температура плавления металла; х — расстояние от стыка; пл 2 з — ускорение движения захвата, см!с, Для осуществления сварки необходимо до осадки прогреть зону длиной 2(д выше температуры деформирования Тд (для стали она составляет 770...970 К). Максимально допустимое ускорение при этом определяется как Температуру стыка после выключения тока определяют по формуле Л Т = Тахе~' ег(с( ГтР), (7.
69) где г — время, отсчитываемое от момента выключения тока. Пара- метр и может быть рассчитан по эмпирической формуле 7.6.3. Точечная контактная сварка листов При точечной контактной сварке листов металла толщиной б теплота, выделяемая в зоне между электродами диаметром Нз (Рис. 7.17, а), расходуется на нагрев свариваемого металла и уча- 0 01» 02 (7.7!) , мм (7.75) Я 0 5пт1э бср(Тпл 7 н) (7.72) 287 286 стков электродов, прилегающих к зоне сварки.
Введенная в металл теплота условно разделяется на две составляющие: где Д! — теплота, затраченная на расплавление столбика металла свариваемых листов высотой 26 и диаметром основания сЦ Д2— теплота, затраченная на нагрев кольца металла шириной х = 4 /а1„, окружающего расплавленный металл. Условно принимают, что среднее приращение температуры металла в кольце составляет 0,25(Тп, — Тн). а б Рис.
7.17. Распределение приращений температуры прн точечной сварке: а — в момент выключения тока лля определения выравнивания температур; б — действительное и расчетное С учетом объемов металла указанных областей оценим составляющие Д! и Д2: 02 =0,5к!~тх(аэ+х)Ьср(Т1 л Тн) (7.73) где 7с! = 0,8 — коэффициент, введенный для учета неравномерности нагрева кольца. Если диаметр электрода в зоне контакта с!э неизвестен, можно принимать его равным диаметру литого ядра сварной точки бя (см. рис. 7.17, а). Температурное поле вокруг сварной точки в листах толщиной б после выключения тока и размыкання электродов сварочнои машины рассчитывают, используя схему мгновенного нормально- кругового источника в тонкой пластине с теплоотдачей (штриховая линия на рис. 7.17, б): 0 „, (7.74) Оугб (,' пу 1 4яХ(1+ 1о ) ~ 4а(1+ то )) срб) где Д вЂ” количество теплоты, введенное в металл; г — расстояние от центра сварной точки; ! — время, прошедшее с момента разведения электродов; 1о — фиктивное время, характеризующее распределение теплоты по радиусу в пластине в момент выключения тока (можно принять, что ус равно времени сварки).
Вследствие того, что начальное распределение температуры (сплошная линия на рис. 7.17, б) известно приблизительно, выражение (7.74) дает достоверные результаты лишь на стадии охлаждения при температурах центральной зоны сварной точки ниже 0,5(Т„л — Тн), когда роль фиктивного времени 1О невелика. На этой поздней стадии мгновенная скорость охлаждения центральной зоны сварной точки может быть определена как где Тн — начальная температура свариваемых листов. Скорость ох- лаждения возрастает при использовании жестких режимов сварки и внешнего водяного охлаждения.
7 б 4 Шовная контактная сварка Режим шовной контактной сварки обычно подбирают и проверяют экспериментально. Количество вводимой в металл на единицу длины шва теплоты (т. е. погонную энергию сварки) можно приближенно оценить по теплосодержанию расплавленного металла, (7. 76) ИстОчник Яз Дуга ток /г( Т вЂ” Т„) дТ=~у1 ехр -~х~ (7.78) 289 288 находящегося между сварочными роликами и имеющего объем 1'=/г 2/.2.6 1 (рис. 7.!8, а), где 1.
— определяемый экспериментально поправочный коэффициент, близкий к единице (его применяют для учета нагрева металла в околошовной зоне). Если нахлестка 22, велика по сравнению с шириной шва 2/, то процесс выравнивания температур можно рассчитывать по схеме бесконечного стержня с теплоотдачей, имеюшего равномерное начальное распределение температур на участке длиной 2/ (подробнее см.
разд. 6.4): ДТ(х, /) = "" " Ф ф ехр а/ Если нахлестка соизмерима с шириной шва, например составляет 2-3 ширины, то необходимо учитывать, что торцы А не пропускают теплоты. В этом случае при симметричном расположении шва относительно нахлестки можно использовать расчетную схему бесконечного стержня (с теплоотдачей) с начальным равномерным распределением температур по двум зонам (рис.
7.18, 6). Рис. 7.18. Контактная шовная сварка листов внахлестку: а — сварное соединение; б — расчетная схема и условное распределение температур в начале периода выравнивания температур Условное смыкание торцов А в сечении О в силу симметрии обес- печивает выполнение адиабатинеского граничного условия. Для представленной схемы процесс выравнивания температуры опи- сывается выражением: /г(Тпл — Ти)Г / х+/ч-Ь 1 Гх — /+Ь1 + Ф вЂ” ф — ехр( — Ь/), (7.77) 2а где Ь = †, Начало координат располагается в сечении О. срб 7.6.5. Дугоконтактная сварка труб Рассмотрим нагрев и охлаждение труб при дугоконтакгной сварке в случае нагрева дугой, перемешающейся в магнитном поле (рис. 7.19, а).
Вследствие большой скорости перемещения дуги по Рис. 7.19. Дугоконтактная сварка труб: о — схемя процесса; б — схема действия источника теплоты в период нагрева и фиктивных источника и стока теплоты в период вырявнивяния температур кромкам трубы можно с достаточной степенью точности считать, что в бесконечном стержне действует непрерывный плоский источник теплоты с удельным тепловым потоком 92 = 9/Р; где д— эффективная мощность дуги; à — площадь поперечного сечения трубы. Процесс нагрева трубы вплоть до окончания сварки, как правило, неустановившийся, и температурное поле следует вычислять по формулам для периода теплонасышения, например по формуле (6.23), полагая и = О н Ь= —.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
