Неровный В.М. Теория сварочных процессов (841334), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Температура Т„до которой охлаждается первый слой, зависит, в частности, от длины завариваемого участка 1, погонной энергии сварки д7тз и температуры подогрева Т„. Время сварки гс участка шва длиной ! складывается из времени чистого горения дуги гт = !7п и перерывов !п: (7.58) !с !г ~ !п 276 277 Рис.
7.12. Расчетная схема определения температуры остываиия первого слоя при сварке короткими участками (стрелками показаны тепловые Используя схему быстродвижущегося линейного источника в пластине без теплоотдачи с поверхности (рис. 7.12), запишем без вывода формулу для определения длины завариваемого участка 1, за время сварки которого температура в его начале не окажется ниже Т„: 'сз'гг9 (7.59) 4Ы.срб о(Тл Тп) где )сз — поправочный коэффициент, найденный экспериментально в зависимости от типа соединения; Йг — коэффициент времени чистого горения дуги, принимаемый при ручной сварке штучными электродами равным 0,6 ... 0,8.
Для соединений встык )сз = 1,5; для соединений внахлестку и втавр 2сз = 0,9; для крестового соединения багз = 0,8. Следует отметить, что в выбранной схеме (см. рис, 7.12), строго говоря, не учтен ряд особенностей распространения теплоты при многослойной сварке. Однако она может быть принята для расчета, если к моменту достижения расчетной температуры Т„ (которая обычно для сталей не превышает 650 К) неравномерность распределения температур по толщине свариваемых деталей невелика. Для практически применяемых режимов многослойной сварки разность температур к моменту охлаждения первого слоя до Т, = 650 К, как показывают экспериментальные данные, не превышает 50...80 К.
7.6. Особенности протекания тепловых процессов при различных видах сварки 7.6.1. Тепловые процессы при электрошлаковой сварке Одна из наиболее характерных особенностей тепловых процессов при электрошлаковой сварке — значительные размеры области ввода теплоты. Основной металл подогревается шлаком на участке довольно значительной длины, составляющей около 30...70 мм.
На заключительной стадии нагрева кромки основного металла разогреваются активной зоной шлаковой ванны и опускающимся расплавленным электродным металлом, в результате чего образуется металлическая ванна шириной, равной ширине шва 26п (рис. 7.13, а). В простейших инженерных схемах расчета точно воспроизвести сложную пространственную форму выделения теплоты при электрошлаковой сварке не представляется возможным. В этой связи в литературе встречаются несколько расчетных схем процесса с различными моделями источников теплоты. По мнению В.А.
Винокурова, хорошо отвечает фактическому распределению температур и форме проплавления при электрошлаковой сварке следующая расчетная схема источника теплоты (рис. 7.!3, 6). В сплошной пластине без сварочного зазорами движутся три равномерных по толщине металла источника теплоты, изображенные в виде линий АС, В13 (расстояние между которыми равно Т), и Рис. 7.13.
Схема нагрева металла при электрошлаковой сварке: а — схема процесса; б — схема движения шлаковых дм и металличсс- кого см источников теплоты 278 279 чм = п7-бр,5нм, цТ, К ЛТ= ЛТ! + ЛТ2, -4 О, 4 х,см у, см -4 ехр(!)шг) — 1 ЛТ, = Р (7.60) 280 281 линии А1В1. Мощность источника на линии А1В! соответствует количеству теплоты, приносимому расплавленным электродным металлом за 1 с: где и — скорость сварки; Ти б — соответственно зазор в соединении и толщина металла; Лք— приращение энтальпии электродного металла при его нагреве от Т„до температуры шлаковой ванны в ее активной зоне.
6 -16 -12 -8 -4 0 4 х, см Рис. 7.14. Температурное поле предельного состояния при электрошлаковой сварке, рассчитанное по схеме двух шлаковых и одного металлического источников тепло~ы (8 = 10 см, Г= 2 см, Ь =6 ем,д =10 кВт) Мощность дш двух источников АС н Вг) равна разности между всей эффективной мощностью источника д и мощностью так называемого металлического источника дм: ЧШ=О Чм Теплота, выделяемая по линиям АС и ВП, соответствует подогреву кромок деталей шлаковой ванной и подогреву металла ванны со стороны шлака, который имеет более высокую температуру, чем металл в ванне.
Линейная интенсивность мощности равна Рм!(2Ь„Р) у металлического и дш/(2Ьш) у шлакового источников теплоты. Такой нагрев предопределяет характер распределения температур в свариваемых деталях. Изотермы подходят к сварио ваемым кромкам под некоторым углом, отличающимся от 90 (рис.
7.14). Нагрев кромок происходит задолго до их плавления. 7.6.2. Контактная сварка стержней встык Нагрев стержней при контактной стыковой сварке осуществляется проходящим током плотностью /. Приращение температуры 7ЗТ можно представить (рис. 7.15) как сумму двух составляющих: где 2зТ! — равномерная составляющая, обусловленная работой тока при его прохождении по стержню с удельным сопротивлением металла р,; ЛТ2 — неравномерная со- д Тз лт, ставляющая, вызванная наличием в стыке контактного сопротивления А.
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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
