Неровный В.М. Теория сварочных процессов (841334), страница 46
Текст из файла (страница 46)
На поверхность массивного тела наплавляют валик. Определить ширину зоны, нагревающейся выше температуры Т = 900 К, при которой углеродистая сталь в значительной степени теряет упругие свойства. Эффективная мощность источника д = 6 кВт; скорость сварки и = 9 м/ч = = 0,25 см/с; начальная температура изделия Т„= 20 'С (293 К). Теплофизические коэффициенты; А = 0,39 Вт/(см. К); ср = 4,9 Дж/(см К).
Решеиие. Полагаем источник теплоты быстродвижущимся и используем выражение (7.27) для схемы массивного тела. Сначала определяем погонную энергию: 9/с = 6000/0,25 = 24 кДж/см, а затем ширину зоны на- грева 8д/с г~= хеср(Т- Т„) =2,75см, Пример 7.6. Листы из низколегированной закаленной стали толщиной 8 = 8 мм сваривают встык за один проход дуговой сваркой при токе 7 = = 300 А; напряжении дуги У = 34 В; скорости и = 18 м/ч = 0,5 см/с; эффективном КПД дуги т1 = 0,8. Определить ширину зоны отпуска, которая 258 Таким образом, ширина зоны, нагревающейся выше 900 К, составляет 2,75 см. Находим ширину зоны отпуска с одной стороны шаа: а = (2/зю — 211 вю)/2 = (3 28 — 2,52)/2 = 0,38 см.
Следовательно, ширина зоны отпуска с каждой стороны шва составляет 3,8 мм. 7.3. Плавленне основного металла Плавление основного металла при сварке осуществляется с целью соединения между собой свариваемых деталей. Идеальным в отношении затрат теплоты представляется такое тепловыделение в источнике, при котором обеспечивается минимальная глубина проплаапения сопрягаемых поверхностей, а присадочный металл не используется вовсе или входит в соединение в минимальном объеме. Если не рассматривать диффузионную сварку и пайку, при которых детали нагреваются полностью, и сварку трением, при которой полного плавления металла не достигается, наиболее точно этому идеальному представлению соответствуют высокочастотная сварка и некоторые виды контактной сварки (точечная, шовная, рельефная). В перечисленных способах сварки существенная роль в образовании соединения принадлежит давлению, что позволяет плавить основной металл незначительно.
Ограничимся рассмотрением случаев плавления основного металла в способах сварки без применения давления. 259 7.3.1. Формы сварочной ванны при различных способах сварки При электронно-лучевой сварке стыковых соединений деталей толщиной до сотен миллиметров удается получить минимальную ширину зоны проплавления основного металла.
Сварочная ванна в поперечном сечении имеет форму, близкую к продольному сечению конуса, а в плоскостях, перпендикулярных лучу, — близкую к эллипсу. При электрошлаковой сварке также можно получить минимальное проплавление основного металла, но дпя ведения шлакового процесса с целью получения достаточного выделения теплоты необходим зазор, который затем должен быть заполнен присадочным металлом. Сварочная ванна может быть мелкой или глубокой в зависимости от скорости сварки и мощности источника. Форма ванны при элекгрошлаковой сварке зависит от соотношения между количествами теплоты, поступающими в основной металл непосредственно от шлака и от опускающегося в металлическую ванну перегретого электродного металла. При использовании дуговых, плазменных и газопламенных источников теплоты прн сварке встык листов металла небольшой толщины форма ванны близка к форме изотермы, которая соответствует температуре плавления, рассчитанной для схемы движущегося линейного источника в пластине.
С ростом толщины листов металла разница в размерах ванны на верхней и нижней поверхностях листа становится все более значительной, а при некоторой толщине полное проплавление уже не достигается, как показано на рис. 7.6. Для увеличения проплавляющей способности указанных источников используют разделку кромок. Проплавляющую способность различных источников теплоты обычно оценивают экспериментальным путем, расплавляя поверхность массивного тела или толстой пластины. Геометрические размеры сварочной ванны и валика шва характеризуются следующими параметрами (рис.
7.6): Š— длина ванны,  — ширина ванны, Н вЂ” глубина проплавления, Н, — глубина кратера, А — высота выпуклости шва, гпр — площадь проплавления, площадь наплавки. Форму зоны проплавления оценивают относительной глубиной проплавления Н(В или коэффициентом формы провара Ч'и = В7Н, а также коэффициентом полноты проплавления цпр = Рпрг(НВ), значение которого обычно составляет 0,6...0,8. Для дуговых видов сварки относительная глубина 260 ,ф нг ъ Рнс. 7.6. Формы сварочной ванны прн дуговой сварке: а — поверхностная дуга; 6 — погруженная дуга; в — дуга под флюсом проплавления Н/В достигает максимального значения = 3 (сварка под флюсом). Очертания зоны наплавки характеризуются коэффициентом формы валика Ч' = В!А и коэффициентом полноты валика )гв = Рн !(АВ). 7.3.2.
Расчет размеров зоны проплавления Теоретически очертание ванны расплавленного металла соответствует очертанию нзотермической поверхности, соответствующей температуре плавления Т„. Однако в известных расчетных 261 схемах не учитываются распределенный характер источника теплоты, наличие зазора и разделки кромок, давление дуги, движение металла в сварочной ванне, скрытая теплота плавления, переменные значения теплофизических свойств и др.
Вследствие этого расчет позволяет оценить размеры ванны весьма приближенно. Длина ванны А при наплавке валика на массивное тело может быть рассчитана по формуле (6.40) при Т= Тп„: (7.29) В 21 8Ч1с' леер(Т вЂ” Т„) (7.30) Площадь проплавления основного металла при наплавке валика на массивное тело можно определить как площадь, ограниченную в поперечном сечении линией максимальных температур, равных температуре плавления Т„„. Учитывая, что в поперечном сечении изотермы представляют собой полуокружности, запишем следующее выражение для площади проплавпения: 2 ~пр (7.31) Выражение (7.3) для расчета максимальных температур с учетом (7.31) принимает вид Т (гпп) — ҄— песргп еср ягп есрГпр 2 (7.32) Отсюда выразим Гпр, учитывая что Т,„(гп ) = Т„: 91п еер(Тп — Т„) (7.33) Для однопроходной сварки листов с полным проплавлением, используя расчетную схему быстродвижущегося линейного ис- 262 2пХ(тп„— Т„) Ширина ванны в предположении, что источник теплоты быстродвижущийся, может быть оценена с помощью выражения (7.27) для вычисления ширины зоны нагрева при Т = Т пп точника в пластине без теплоотдачи, получаем на основе (6.41) и (7.4) следующие выражения: (7.34) п2.
рпб2(7п, — 7„)' ~2 9 В=21 ср(҄— Т„) (7.35) (7.36) Рпр Вб Форма и размеры ванны при прочих равных условиях (мощности источника теплоты и скорости сварки) существенно зависят от характера подачи и температуры присадочного металла. При подаче в ванну холодной непрерывной или рубленной на мелкие части проволоки ванна становится короче. Поэтому оценка 1., В и Рп по формулам (7.29), (7.30), (7.33)-(7.36) справедлива лишь для идеализированных условий. Поправочные коэффициенты для более точного определения размеров ванны могут быть получены экспериментально. 7.3.3.
Температура сварочной ванны 263 Температуры жидкого металла в разных точках сварочной ванны могут сильно различаться между собой. У границы с твердым металлом температура жидкого металла близка к температуре плавления. Она может быть как несколько ниже Т„вследствие кристаллизационного переохлаждения, так и выше — при больших скоростях движения жидкого металла вдоль твердой границы. Как следует нз рис, 7.6, расплавляющийся на передней кромке ванны жидкий металл поступает в сс хвостовую часть, проходя вдоль боковых поверхностей и дна ванны.
Прн этом скорости движения металла могут превышать скорость сварки в несколько раз. Максимальная температура жидкого металла существенно зависит от источника теплоты. При лучевых способах сварки, особенно прн значительной концентрации энергии в пятне нагрева, температура металла может достигать температуры кипения. Дуговые и плазменные источники теплоты также способны создавать на поверхности металла довольно высокие температуры, например у сталей — до 2300 К. При электрошлаковом процессе температура жидкого присадочного металла, проходящего через активную зону шлаковой ванны (где выделяется теплота), достигает температуры шлака, которая в средней по высоте части шлаковой ванны составляет 2100...2200 К, а на поверхности шлака около 2000 К.
При способах сварки плавлением, особенно с использованием дуги, происходит интенсивное перемешивание жидкого металла как вследствие его движения из головной части ванны в хвостовую, так в резуль~ате воздействия источника теплоты на жидкий металл. Происходит интенсивный теплообмен между отдельными порциями различно нагретого жидкого металла, а также отвод теплоты в твердый металл. Поэтому состояние ванны целесообразно характеризовать не только возможными максимальными и минимальными температурами, но и средней температурой жидкого металла.
Она зависит от режима сварки (сварочного тока, напряжения дуги, скорости сварки), характера подачи присадочного металла, устойчивости дуги и положения ее активного пятна. Например, средняя температура ванны при аргонодуговой сварке алюминиевого сплава АМгб может изменяться от 650 до 780 'С (при возрастании тока от 300 до 450 А) при У = 14 В и от 800 до 930 'С при С/ = 8 В, в то время как температура плавления сплава АМгб составляет = 610 'С. 7.3.4. Тепловая эффективность процесса проплавлення Тепловую эффективность процесса проплавления оценивают термическим (~,) или полным тепловым (г(пр) КПД процесса проплавления основного металла.
На нагрев проплавляемой зоны до температуры плавления и перевод ее в жидкое состояние расходуется только часть Ч' эффективной тепловой мощности источника Ч. Остальная теплота (Ч вЂ” Ч') затрачивается на перегрев сварочной ванны выше Тпп и нагрев основного металла, окружающего сварочную ванну. Эти бесполезные (с точки зрения образования сварного соединения) потери теплоты практически неизбежны при сварке вследствие сосредоточенного характера источника теплоты и значительной теплопроводности основного металла. Термический КПД представляет собой отношение «полезной» мощности Ч' к эффективной мощности источника теплоты Ч: пгпрРА(Чпл г(! Ч Ч г' АР пп Ч ю 'Р ( "и н) — =0,368.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
