Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 88
Текст из файла (страница 88)
Недостатком этих расчетных методов является невозможность учета влияния всех примесей, не входящих в параметрические урав- где НСЬ' (Ыя)з-гешрегашге сгасЫпк зепя!Нч!у) — параметр, оценивающий (в баллах) склонность сварных швов к образованию кристаллизацнонных горячих трещин; С, 8 и др. — содержание химических элементов (в процентах) в металле шва. Если НСЯ > 4, то сварные швы потенциально склонны к образованию горячих трещин, Это означает, что в условиях высокого темпа сварочной деформации в ТИХ! возможно образование горячих трещин.
Параметр НСЯ позволяет качественно оценивать влияние легнрующих элементов и примесей на сопротивляемость металла щва образованию горячих трещин. Применительно к хромоникелевым аустенитным сварным швам используют параметр, оценивающий степень их аустенитностн: б59 Плотность плазмы при этом в каждом месте «автоматическн подстраивается» к температуре. Наибольший интерес представляют дуговые разряды, существующие прн атмосферном давлении, в частности сварочные дуги. В случае равновесной плазмы нет необходимости вникать в сложную кинетику ионизации газа и гибели электронов; температура и давление однозначно определяют степень ионизации и электрические или электромагнитные характеристики плазмы.
И сам процесс ионизации отличен от того, что происходит в слабононизованной неравновесной плазме, в которой молекулы ионизуются электронами, непосредственно ускоренными внешним полем до потенциала нонизации. В случае равновесной плазмы действие поля как бы «обезличивается», поле является поставщиком энергии для электронного газа в целом. Термическая ионизация происходит совершенно независимо от того, каким путем в газ поступает энергия. Рассмотрим кратко границы применения термодинамнческих характеристик в плазме сварочной дуги. Покажем, например, что в дуге существует локальное термическое равновесие, которое устанавливается достаточно быстро. Электроны при плотности тока / 3 от электрического поля Е получают в 1 м за 1 с энергию Е =7Е = ЕиесеЕ = Еневел = Е Неп т/Еле.
2 2 2 (2.43) где Ье = ие/Š— подвижность электрона; о = еЕт/т — дрейфовая скорость электрона (см. (2.30)). Для определения полного числа условных столкновений, испытываемых электроном за 1 с, надо сложить частоты ч всех видов столкновений: с ионами (м„= 1/те/), с атомами (уеа 1/теа) и электронами (кее = 1 тее) е не Е теа /ше — /г(Те — Та) — иекеа 3 2»1е 'и« (2.47) (2.45) ее пене0е оеЕе Положим и, = 1О м и ге = 10 м/с. Сечение Рамзауэра для 24 — 3 8 — 20 2 столкновений электронов с тяжелыми частицами Д = 10 м 24 -20 4 -1 (см.рис.2.9),аЕе=нЩ=10 10 =10 м Тогда для плазмы дуги в аргоне получим время пробега ! т„=1/(1О . 10 )=10 с, (2.46) т.
е. время установления равновесия мало. При каждом столкновении электрон отдает свою избыточную (но не полную) энергию, полученную от поля напряженностью Е, прямо пропорционально отношению 2т ~яш Таким образом, для выравнивания температуры газа и электронов необходимо число и /(2ел ) = 1О ...10 соударений (здесь 1О примерно соответству- 3 5 3 а е 5 ет отношению масс в водородной плазме, где ньх = 1840 ш, а 10 относится к аргоновой или ртутной плазме).
В то же время электроны непрерывно получают энергию от поля. Поэтому устанавливается электронная температура Т„которая превышает температуру дуги Тл на величину ЬТ. Энергия 7Е, полученная электронами от поля (см. (2.43)), должна быть равна энергии, отдаваемой 3' электронами частицам газа при столкновениях в 1 см за 1 с вследствие разности температур ЬТ =Т, — Т, т. е.
уе ме/ + кеа + мее, (2.44) Однако для плотной плазмы важно наличие тяжелых частиц (ионов, атомов), при столкновении с которыми вектор скорости электронов претерпевает хаотическое (в среднем равномерное) рассеяние. При этом становится возможным превращение кинетической энергии электронов в энергию беспорядочного теплового движения других частиц. Полная нерегулярность направлений скорости электронов достигается уже после небольшого числа столкновений.
Формула для времени пробега т имеет вид 66 3 2.1), получим, разделив обе части (2.47) на -/еТе: 2 ЬТ (Те Тд) ен«( Ле«Е Т Т, 4те ( (3/2)/1Те ~ (2.48) 67 С учетом того, что частота соударений в секунду ч = 1/т (т = Л/и), а при максвелловском распределении электронов по скоростям в '13/Т, плазме их средняя квадратичная скорость и = — ' (см. разд. ~ те пения, а также аномальных значений технологнческпх параметров сварки, выходящих за исследованные пределы. Поэтому зти расчетные методы рекомендуется применять для нрибяиженных оценок потенциальной склонности сварных швов к образованию трещин.
Эксперимеитальнаи оценив склонности к образованию горячих трещин выполняется испытаниями с помощью сварочных технологических проб нли испытательных мшиин, При ис~ыгнаниях с номонгыо проб на металл сварного шва воздействуют деформации от усадки шва н формоизменения сварнваемых образцов. Специальная конструкция и технология сварки образцов обусловливают повышенные темпы высокотемпературной деформации нлн малые значения минимальной пластичности.
Некоторыс схемы технологических проб согласно ГОСТ 26389-84 приведены на рис. 12.54. По принципу действия пробы можно разделить на несколько видов. в г Рнс. 12.54. Конструкции образцов сварочных технологических проб на образование юрвчнх трещин: а — с круговым швом; б — тавровый образец; а — с нсрсмсннсй шнрнной нвастнн; г — сс швом в канавку 1.
Рассмотрим пробы повышенной жесткости закрепления свариваемых элементов прн сварке. Зависимость темпа деформации от жесткости аналогична приведенной на схеме рис. 12,50 (кривая П). Образец с круговым швом (рнс. ! 2.54, а) изготовляют из листового металла в виде квадратной пластины с отверстием. При толщине листов Ь > 25 мм применяют составную пластину из че- тырех пластик, соединенных монтажным швом, с проточкой под круговой шов. Испытуемым является круговой шов нли наплавка в круговую канавку. Тавровый образец (рис. 12.54, 6) изготовляют из двух пластин размерами 150 н 300 и 75 н 300 толщиной от 15 до 30 мм, соединяемых под прямым углом с помощью двух косынок и монтажных швов.
Испытуемый шов сварнвают в положении <пг тавр» или нв лодочку». Критерием склонности металла сварною соединения к образованию горячих трещин является факт образованна трещин в пробах. Относительную степень склонности к образованию горячих трещин оценивают суммарной длиной трещин по длине шаа нли в трех его сечениях, 2. В пробах малой переменной жесткости зависимость темпа деформации от жесткости аналогична приведенной на рис. 12.50 (кривая 1). Образцы переменной ширины Ь (рис.
12.54, н) применяют в виде комплекта пластин разной ширины, составляющей 40...200 мм для дуговой сварки н 10...40 мм для лучевой (электронно-лучевой и лазерной) сварки„независимо от толщины пластины, Особенность сварки образцов заключается в том, чтобы закрепление входных и выходных планок ие препятствовало раскрытию зазора.
Сварка начинается с образцов болыпей ширины н заканчивается на образцах, в швах которых образуются горячие трещины. Особенность такого типа проб заключается в том, что юрячие трещины начинают образовываться на начальном участке шва. При испытании образцов переменной ширины склонность к образованию горячих трещин оценивают максимальной шириной * Ьнм„образцов, в которых начинают образовываться трещины. 3.
Испытание пробы с канавками основаны на изменении схемы кристаллизации шва (по существу, минимальной пластичности) путем изменения параметров режима сварки. Образец (рнс. 12.54, е) изготовляют из пластин толщиной б >40 мм. Прн толщине образца Ь < 60 мм его приваривают к жесткой плите по флангам швом с катетом 20 мм. Канавки изготовляют с шагом 100 мм. При толщине образца Ь > 60 мм канавки выполняют с двух сторон„они могут иметь Ъ'- н (1-образные формы пазов. Сварку первоначально выполняют иа типовом режиме. При переходе к сварке на других канавках ступенчато увеличивают скорость сварки.
При этом соответственно увеличивают сварочный ток для обеспечения постоянства площади поперечного сечения (или высоты) сварного валика. Прн испьггании пробы с канавками за критерий склонности к асар Л/ декр ЛТ бТ б/ б/ / б/ ' кр ц м.кр Н1 (12.71) образованию горячих трещин принимают максимальную скорость сварки, прн которой в швах начинают образовываться трещины. Машинные методы предусматривают испытание образцов в процессе сааркн путем растяжения и изгиба (рис. 12,55), а также испытание образцов с нмипщией сварочного цикла путем растяжения.
Испытания проводят по ГОСТ 26339-84 с помощью специализированных испытательных машин. з д Рмс. 12.55. Схема машинных испытаний сварных образцов иа образова- ние горячих трещин по методу ЛТП!; и - испьпатсаьиах машина (/ образец; 2 и 3 — иепопаижный и подагокиый мхааты; 4 источник сеарочного нагрева: г~,, — скорость деформации); 6 н е — схемы испытаний изгибом н расткжеиием; г — образец с зпектрошпакоаым шаом; д— образец с нмигапией сварочного термического цикла Процедура машинных испытаний предусматривает поочередно сварку серии образцов н деформнрованне швов в процессе их кристаллизации с дискретной варьируемой скоростью растяжения. Скорость деформации н соответственно относительного перемещения сварнваемых кромок повышают до появления горячих трещин. Сварку стыковых образцов без разделки кромок выполняют в режимах, которые определяют исходя из условия получения полного провара и обратного валика заданной ширины, а сварку стыковых образцов с разделкой кромок — исходя нз условия получения заданной ширины и высоты шва.
Идентификация трещин в образцах после испытания производится по виду излома, а прн невозможности излома — другими неразрушающими методамн испытаний. В результате испытаний !0-)5 образцов с дискретным изменением скорости растяжения шва находят критическую скорость растяжения (среднее арифметическое трех минимальных скоростей, при которых образовались трещины) и принимакп ее за сравнительный показатель сопротивляемости металла образованию горячих трещин (пкр, мм/мин) при заданном режиме (термическом цикле) сварки. Чтобы сравнить сопротивляемость образованию горячих трещин при различных термических циклах сварки, применяют показатель — машинный критический темп деформации (ам „р, мм/'С).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
