Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 65
Текст из файла (страница 65)
формулу (2.9)), а Ле =20 5,6 1О -5 — — 5 =1,1 10 м. Такое значение (Ле= !О м) часто принимают при расчете в прнэлектродных областях дуги наряду с Л, = 1О ' м. Вы- численный по Рамзауэру пробег электрона в плазме Л, может от- личаться от газокинетического Л, в десятки раз. 2.2.6. Упругие и иеупругие соудареиия Электрическое поле дуги напряженностью Е сообщает за 1 с 3 энергию 7Е электронам и ионам в 1 м столба. Электроны воспринимают наибольшую часть этой энергии и в результате соударений передают ее атомам н ионам. Возможны два вида соударений — упругие и неупругие: (2.25) Ф' = аупр + енеупр Электрон, который близко подходит к атому, отталкивается электронным облаком атома и нарушает, в свою очередь, расположение облака. Окончательный результат зависит от скорости электрона (его энергии и направления движения).
Медленный электрон легко отражается, а электронное облако атома претерпевает лишь незначительное возмущение; это так называемое упругое соударение. С позиций классической физики его можно представить как столкновение двух идеально упругих шаров, обменивающихся кинетической энергией. Изменения потенциальной энергии атома здесь не происходит. Прн неупругих соударениях частиц энергия передается в виде 1'' ргии диссоциации ад, возбуждения св или ионизации вь причем элер за о одно столкновение может быть передана энергия порядка не.я„ольких электронвольт. При этом электрон нейтрального атома Э8)реходит с низкого энергетического уровня на более высокий, ц тенциальная энергия атома увеличивается и атом возбуждается ябоионизируется.
ян. ЭиеРгил диссоциации ед молекУл Различных газов имеет спея Рюшие значения: Газ ........................................... Н О Х2 Гг СО7 ед, эВ .......................,.......,........ 4,48 5,08 7,37 1,6 9,7 Х:..: и Запасенная в возбужденных атомах энергия уходит из них в ' е излучения — столб дуги светится. 2.2.7. Потенциал ионизации Ионизацию можно рассматривать как крайний случай возбуждения, когда электрону сообщается энергия большая, чем энергия самого высокого возбужденного уровня атома. Чтобы вырвать электрон из атома (молекулы), нужно затратить ж4ергию, равную энергии его связи в атоме. Эту энергию называяят потенциалом ионизации Ц и часто выражают в вольтах (точРее, в электронвольтах).
Первый потенциал ионизацин — потенциал ионизацин, соответствующий удалению наиболее слабо связанЙдо электрона из нейтрального невозбужденного атома; удалеяшо из ионизованного атома следующих электронов соответству- 5()Ф второй, третий и т. д. потенциалы ионизации. 'Значения первого потенциала ионизации Ц атомов некоторых элементов приведены ниже: Атом...... Сз К Ха Са Ре Н О Х Аг Г 1Че Не 7!ьэВ..... 3,9 4,3 5,11 6,08 7,83 13,53 13,56 14,5 15,6 18,6 21,5 24,6 2.2.8. Термическая ионизация "-Иеупрутие соударения частиц между собой при высоких температуре и плотности газа приводят к так называемой термической яяяизации, которая возникает за счет кинетической энергии час~Р~ Наиболее вероятна следующая схема неупругого соударення быстрого электрона и атома: 54 55 540 н1 а1 = (Сн1 — Снв) — (Еп1 — Епв).
(11.3) скорость распространения ультразвуковых волн ц т. д.) изменяются не только прн появленнн остаточных цапряженнй, но также прн нзмененнл хнмнческого состава, размера зерна, структуры металла н других факторов. Для определения орелсенных сварочных налрялссеаий недостаточно знать значения деформацнй в данный момент времени. Необходнмо регнстрнровать температуру Т н компоненты наблюдаемой деформацнн сн непрерывно нлн перноднческн в теченце всего времени сварки. Кроме того, необходимо провестн дополннтельные экспернменты по определенню свойств материала в условиях сваркн. Прн сварке протекает целый ряд фнзнческнх явлений, влняющнх на распределение напряженнй.
Точность расчета напряжений зависит от полноты учета всех этнх явленнй. Повышенне точности расчета напряжений требует не только прнменення более сложных расчетных формул, но также увелнчення объема зкспернментов для определенна дополннтельных физических характеристик сварнваемых матерналов. В связн с этнм уровень точности нужно задавать обоснованно, нсходя нз назначення результатов расчета. Рассмотрим простейший случай сваркн пластнн встык прямолинейным швом (см. рнс.
11.3, а). Вдалн от концов шва преобладающей является компонента напряжения о „направленная вдоль шва. Во время сварки (в моменты времени $,1, $1, гз, ...) в одной яз точек на поверхности пласгнны проведена серна замеров температуры То, Т1, Т2, ... н наблюдаемой продольной деформации спсло, Ен,„1, Ессс„2, ..., ПрНЧЕМ Е„„„О = О. БудЕМ СЧНтатъ, Чта В НаЧаЛЬНЫй момент времени (прн 1.= го) оллс = О н вычислим о„л1 в конце первого шага (прн г = г1). Ддя этого нужно иметь завнснмостн ряда характеристик материала от температуры: ан(У), Е(Т) н от(Т).
1. Вначале необходимо получить днлатограмму — зависимость е,„(Т) свободной температурной деформации данного матерлала от температуры. По ней находнм значения епв, е 1, еп2, ... свободной температурной деформации прн температурах То, Т1, Тт, .... Далее определяем приращение собственной деформации за первый шаг, нспользуя формулу (112): 2. Для определенна напряжения о„,1 нужно получить завнснмостн от температуры модуля Юнга Е(Т) н предела текучести (Т) ля данного материала.
Примем, что приращение пластнческой деформацнн за первый шаг равно нулю, тогда по зисону у озис Г ка ~~ю~ бас1 с!се упр1 Е 1 (11.1О) Полученное значение о, 1 н необходнмо сопоставнть со значением сссс пред ела текучести прн температуре Т1. Еслн ст,„1 < о то значенне найдено верно. В противном случае следует прпнять о =о ж1 т1. ня нап яжеТеперь можно последовательно определять значен р ння в моменты времени ст, пь $4 н т. д. Получим ан нм аналогнчный показанному на рнс.
н нс. 11,2 цнкл изменения временного напряженка н а конце его — остаточное напряженне после полного остывання шва. Зная напряжение, можно для каждого момента временн 1$ рассчнтать упругую деформацию е я по фор у м ле (11.9), а за~ем прнращенне пластической деформацнн за )с-й шаг по формуле 1$сплй = 1$есл бстпрй ° (11.11) Проводить нзмерення во время сварки труди о нз-за высоких темпера атур прн прохождении сварочного источника н различных омех, влняющнх на работу аппаратуры.
Сложн стро ые н бы изме- помех, вл е" рмацнй н напряженнй няющнеся распределения температур, де~~рма щеб ют установкн большого числа датчнков. Поэтому экспернментальные нсследовання, связанные с большнм объе кро лнвого труда н крупн пнымн фннансовымн зат~стамн, целесообразно главным образом для разработки компьютерных расприменять главн м нве ьнымн„надежчетных методов, которые являются более универсаль ными н эффективными (см. разд.
11.4,4). Рекомендуется совместное нспользованне экспернментальных н расчетных ых методов, прн котором основной объем информации получают путем расчетов на компьютере, а экспер 541 меряют значеиля нескольких важнейшцх параметров. Экспери- мент позволяет проверить правильность работы компьютерной программы, а также вводимые прн расчете исходные 1шнные и прп необходимости скорректировать их. 11.42.
Модель идеальнвгв упругвалветичееиогп материала Расчет временных напряжений в разд. 11.4.1 был провелен с использованием широко применяемой в расчетах сварочных напряжений и леформаций модели идеального упругопластического материала со свойствами, зависящими от температуры. В этой модели деформационная характеристика о(а) описывается всего двумя параметрами: Е(Т) и пт(Т). Материал принимают изотропным, т. е. имеющим одинаковые свойства по всем направлениям. В этой модели не учитывают явления упрочнения (рис.
11.5) и релаксации напряжений (рис. 11.6). Существуют еще более простые моле- пх\ и хт Рнс, 11.5. Реальные (1, 2) и идеальные (1и, 2н) диаграммы упрочпеяня материала при разных температурах (соответственно Тч и Ть Т2 > Т! ) Рне.! 1.6. Диаграммы релаксации наприкений при температурах Т~ (кривая 1) н 7 з (кривая 2) (Тз > Т,) ли, построенные без учета пластических деформаций илн зависимости свойств от температуры, но они дают слишком грубые результаты. Упрочпеппаи называется рост предела текучести н напряжений по мере увеличения пластической деформации, а реажсппией— снижение напряжений с течением времени за счет попзучестн (перехода части упругой деформации в пластическую).
Эти два явления в некоторой степени (но не полностью) компенсируют друг друга. Упрочнение преобладает пр~ невысокой температуре и быстром росте пластической деформации. Прн высокой температуре и 542 замедлении развития деформаций доминирует релаксация напряжения, Она также резко усиливается в моменты фазовых преврмцений материала (при перестройке кристаллической решетки), Эти два явления в различной степени сказываются на разных этапах сварочного цикла и на разных расстояниях от границы сварного шва.
Учет одного из них без учета второго практически не повышает точности расчета и, как правило, не рекомендуется, Для учета упрочиенпя и иолзучести требуется резкое увеличение объема данных о свойствах материала, а сам расчет существенно усложняется. Подробнее зтн вопросы будут рассмотрены в разд. 11.4.3. В общем случае в сварных конструкциях присутствуют все компоненты деформаций с~ и напряжений пд (инДексы 1 и 1 могУт принимать значения х, у и г).
Процедура расчета временных напряжений по теории упругопластического течения аналогична процедуре, рассмотренной в разд. 11.4.1. Все время сварки и последующего остывания разбиваем на шаги. Чем мельче шаг„тем выше точность расчета. Исходными данными являются температуры в начале н конце шага То и Тп приращения за шаг компонент наблюдаемых деформаций Ьа„;1, а также компоненты напряжения про в начале шага, равные найденным ранее значениям в конце предыдущего шага. Поскольку материал изотропный, его расширение происходит равномерно по всем направлениям, т. е. Даалх ~ааи 11еахх аа(Т2) ка(Т! ) Л.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
