Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Удобнее воспользоваться номосрб граммой (см. рнс. 6.15, в) для вычисления йг, и формулои АТх=с = — Ф(~/Ь1 ), 2,/ЬХср (7.79) 7.6.6. Сварка трением (7.81) Ат=д,~ )~ к).ср (7.82) Ч Ч/(/ 0,7 700 36 г к(Р-8)8 3,14 19,2 0,8 290 291 Приращение температуры точек кромок трубы в процессе нагрева может быть вычислено непосредственно по формуле (6.23) при и = 0 и х = О. В результате интегрирования получаем Процесс выравнивания температур определяем с использованием приема, описанного в разд. 6.8: АТ,./ =[йг1(х, 1) — цг1(х,1-1,„)~ ~ ехр — ~х~ ~ —, (7.80) 2/Йср ~ а~ ГДЕ 1„— ВРЕМЯ НаГРЕВа; 1в = 1 — 1„— ВРЕМЯ ВЫРаВНИВаНИЯ тЕМПЕРатУР (рис.
7.19, 6). Т емпература точек стыка трубы, для которых х = О, в процессе выравнивания может быть определена с использованием формулы (7.79) в предположении, что одновременно действуют фиктивные источник и сток теплоты: /ЗТ,=О = ' ~Ф~ /Ьг ~-Ф(,/Ь!в )~, Пример 7.10. Определить необходимую продолжительность нагрева на 135о К 50 К кромки трубы дугой, перемещающеися в магнитном поле, если диаметр трубы Р = 200 мм, толщина стенки 8 = 8 мм, ток / = 700 А, напряжение 1/ = 36 В, КПД и = 0,7. Материал трубы — сталь СтЗ.
Теплофизические коэффициенты: Х = 0,4 Вт/(см К); ср = 5 Дж/(см К); коэффициент теплоотдачи а = 6 10 Вт/(см К). Решение. Для определения необходимой продолжительности нагрева используем формулу (7.79). Вычислим сначала коэффициент температуроотдачи: Ь = 2а /(срб) = 2 6 . 1О / (5 . 0,8) = 3 10 з с '. Удельный тепловой поток источника Из формулы (7.79) находим значение функции Ф( /Ь1): Ф( %1= 2,$х р — -2 6 ~0 ' О,з 5 — -0.573. яз 365 По таблицам специальных функций для значения функции Ф(х/Ь1) = = 0,573 определяем ее аргумент; ,/Ь1 =0,562; следовательно,1= (0„562) /(3 10 ) = 106 с. Таким образом, время нагрева торцов трубы на 1350 К (1350 'С) при заданном режиме составляет 106 с (1 мин 46 с).
Для расчетов длительности нагрева и термического цикла при сварке трением можно считать источник теплоты равномерно распределенным и не изменяющимся во времени. При проведении расчетов для тонких стержней и труб с одинаковыми сечениями и теплофизическими свойствами, если необходимо учитывать теплоотдачу, можно использовать формулы, приведенные в разд. 7.6.5 для дугоконтактной сварки труб. При нагреве стержней диаметром более 20 мм и труб с толщиной стенки, превышающей 15 мм, можно пренебречь поверхностной теплоотдачей и применять зависимость (6.9), полученную в разд. 6.3 для схемы нагрева бесконечного стержня без теплоотдачи неподвижным плоским непрерывно действующим источником теплоты постоянной мощности.
Приращение температуры контактного сечения (х = 0) возрастает прямо пропорционально мощности источника теплоты и квадратному корню из времени: Приращение температуры в период выравнивания после окончания нагрева длительностью 1„определяем как разность приращений температур от источника и стока теплоты, найденных по уравнению (6.9): ЬТ Ч21х( х2 4а1~ — г„) н (7.83) Приращение температуры точек контактного сечения (х = О) в стадии выравнивания температур прн г > г„равно ЛТ = ~2 ~,/г —,/г — г„).
,/каср 17.84) Параметры термического цикла — длительность сд пребывания при температурах выше заданного приращения температуры ЬТл и мгновенную скорость охлаждения для любых сечений — можно Рис. 7.20. Приращения температур при нагреве н в период выравнивания температур в некотором сечении стержня прн сварке трением лТя <~Т 92 ш' 2,/я).ср /1 х/г — г„ (7.85) 292 определить численными методами или построением графика (рис. 7.20) по формулам (6.9) и (7.83) и последующим графическим дифференцированием. Мгновенную скорость охлаждения стыка можно получить дифференцированием выражения (7.84) по времени; 7.7.
Экспериментальное определение температуры при сварке Основой для расчетов нагрева и плавления металла при сварке служат уравнения и формулы, полученные в гл. 6 н разд. 7.1 — 7.6. Их используют для качественного описания температурных полей, а также для количественных оценок значений параметров термических циклов сварки, скоростей охлаждения, размеров зон термического влияния и т. д. Следует заметить, что в ряде случаев реальные процессы и явления протекают сложнее, чем это описывается формулами. Часто бывает, что характер теплового воздействия при сварке, условия распространения теплоты и теплоотдача от свариваемых деталей настолько сложны или неопределенны, что расчет температур становится либо затрудненным, либо настолько неточным, что его проведение оказывается неоправданным.
Экспериментальный способ определения температур при сварке имеет свои преимущества перед расчетным, хотя и уступает ему в возможности получения и анализа общих закономерностей. Правильным следует считать подход, при котором оба способа дополняют друг друга, а решение об использовании того или иного способа принимается с учетом конкретной обстановки и поставленных задач. Существует много методов экспериментального определения температур. Рассмотрим лишь те, которые используют при сварке.
Один из простейших методов состоит в использовании индикаторов температуры, например термокрасок или термокарандашей. Некоторые термокраскн меняют цвет непрерывно (в диапазоне 400...700 К) и позволяют наблюдать положение изотермических линий. Другие краски резко меняют свой цвет при определенной температуре и сохраняют его в дальнейшем. Существуют краски с одно-, двух-, трех- и четырехкратным изменением цвета при различных температурах в диапазоне 300...1800 К. Термокарандаши изготовляют для диапазона 340,950 К с градацией в 50...80 К. Нанося различными термокарандашами риски, как мелом, можно быстро определить распределение температур по изменению цвета риски, например: зеленая стала коричневой, голубая бежевой и т. д. С нх помощью можно определить размеры зоны, нагретой до определенной температуры, момент времени, при котором достигается заданная температура. Этот метод удобен также для оп- 293 ределения температуры подогрева перед сваркой.
Точность измерения составляет несколько кельвин. Подробные сведения о цветовых индикаторах температуры, основанных на различных химических и физических явлениях, можно найти в специальной литературе. Чаще всего для измерения температур при сварке используют термолары в виде двух тонких (О 0,1...0,4 мм) проводников из различных металлов, соединенных между собой на концах, например сваркой.
Один спай термопары помещают в точку измерения температуры, другой спай находится при известной постоянной температуре. Чем выше разность температур между спаями, тем больше термоЭДС. Диапазон измеряемых температур очень широк: от температур, близких к абсолютному нулю, до температур плавления наиболее тугоплавких металлов. В диапазонах температур до 1900 К термопары — одно из наиболее надежных средств измерения температуры твердых металлов. При температурах выше 1900 К термопары уступают оптическим пирометрам. Свойства сплавов, наиболее часто используемых в технике для изготовления термопар, приведены в табл.
7.2. Таблица 7.2. Свойства некоторых материалов, используемых для изготовления термопар ТермоЭДС относительно платины, мьВ/К Температура плавления материала, К Предельная темпе- ратура металла при измерениях, К Материал 1723 — (10,2...1 3,8) 1800 1500 + 18,0 — 35,0 1523 — 40,0 + 13,! + 6,4 3270 ь 127,!.„31,3) 1723 Первое число — при длительных, второе — при кратковременных измерениях. 294 Алюмель 195%)Ч1 ь 5% А1) Железо чистое Константаи (60% Со+40% %) Копель (56%Со+44%%) Молибден Платинородий (90 % Р! + ! О % КЬ) Хром ель (90 % М + 1 0 % СГ) !ЗООП 550 900/1100 900/!100 900/!!00 2300/2800 1600Л 900 1ЗООЛ 550 Большие значения ЭДС дают термопары хромель — алюмель, хромель — копель, железо — константан.
ТермоЭДС несколько изменяются при различных температурах, поэтому термопары тарируют, шкалы показывающих приборов делают неравномерными, а при использовании в качестве показывающих приборов гальванометров температуру вычисляют с помощью специальных таблиц. Точность измерений зависит от плотности контакта сная с металлом, обеспечивающей одинаковую температуру спая и металла. Спаи либо приваривают контактной сваркой к металлу, либо зачеканивают в небольшое отверстие диаметром 1,5...2,0 мм.
При быстром изменении температуры металла температура у спая может быть несколько иной, поэтому целесообразно применять тонкие проволоки. С помощью термопар можно измерять и температуру жидкого металла. Пирометры для определения температур при сварке используют значительно реже. Основное их достоинство состоит в отсутствии механического контакта с поверхностью, температуру которой измеряют. Они удобны как датчики обратной связи в случае непрерывного слежения за зоной сварки или ванной расплавленного металла. Пирометры различают по многим признакам: по области спектральной чувствительности, по методу измерения излучения, по конструкции приемника излучения (термоэлектрический, фотоэлектрический, исчезающая нить и др.).
В технике существуют также многие другие методы измерения температуры, например с помощью электронно-оптических преобразователей. Регистрацию измеренных температур обычно выполняют путем преобразования измеренного сигнала в электрический с последующей подачей его на показывающие или записывающие устройства. ТермоЭДС термопар могут быть непосредственно поданы на такие приборы. Контрольные вопросы 1. Что такое сварочный термический цикл? 2, Какие параметры термического цикла представляют интерес при сварке сталей и почему? 3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
