Неровный В.М. Теория сварочных процессов (841334), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Выравнивание температур может быть определено численно с использованием указаний, приведенных в разд. 6.8. Контактная сварка непрерывным оплавлением. При сварке непрерывным оплавлением подвижные зажимы сварочной машины перемешаются с возрастающей скоростью. Зона, прилегающая к оплавляемым торцам, прогревается в основном вследствие того, что металл проводит теплоту от источника в зоне контакта, и в меньшей степени — вследствие выделения теплоты при протекании тока. Приращение температуры в околоконтактной области при оплавлении с непрерывно возрастающей скоростью вычисляют по эмпирической формуле ЬТ = (Тлл — Т„)ехР -0,92х 3— (7.67) 'з а где Т вЂ” температура плавления металла; х — расстояние от стыка; пл 2 з — ускорение движения захвата, см!с, Для осуществления сварки необходимо до осадки прогреть зону длиной 2(д выше температуры деформирования Тд (для стали она составляет 770...970 К).
Максимально допустимое ускорение при этом определяется как Температуру стыка после выключения тока определяют по формуле Л Т = Тахе~' ег(с( ГтР), (7. 69) где г — время, отсчитываемое от момента выключения тока. Пара- метр и может быть рассчитан по эмпирической формуле 7.6.3. Точечная контактная сварка листов При точечной контактной сварке листов металла толщиной б теплота, выделяемая в зоне между электродами диаметром Нз (Рис. 7.17, а), расходуется на нагрев свариваемого металла и уча- 0 01» 02 (7.7!) , мм (7.75) Я 0 5пт1э бор(Тпл 7 н) (7.72) 287 286 стков электродов, прилегающих к зоне сварки.
Введенная в металл теплота условно разделяется на две составляющие: где Д! — теплота, затраченная на расплавление столбика металла свариваемых листов высотой 26 и диаметром основания сЦ Д2— теплота, затраченная на нагрев кольца металла шириной х = 4 /а1„, окружающего расплавленный металл. Условно принимают, что среднее приращение температуры металла в кольце составляет 0,25(Тп, — Тн). а б Рис. 7.17. Распределение приращений температуры прн точечной сварке: а — в момент выключения тока лля определения выравнивания температур; б — действительное и расчетное С учетом объемов металла указанных областей оценим составляющие Д! и Д2: 02 =0,5к!~тх(аэ+х)Ьср(Т1 л Тн) (7.73) где 7с! = 0,8 — коэффициент, введенный для учета неравномерности нагрева кольца.
Если диаметр электрода в зоне контакта с!э неизвестен, можно принимать его равным диаметру литого ядра сварной точки бя (см. рис. 7.17, а). Температурное поле вокруг сварной точки в листах толщиной б после выключения тока и размыкання электродов сварочнои машины рассчитывают, используя схему мгновенного нормально- кругового источника в тонкой пластине с теплоотдачей (штриховая линия на рис. 7.17, б): 0 „, (7.74) Оугб (,' пу 1 4яХ(1+ 1о ) ~ 4а(1+ то )) срб) где Д вЂ” количество теплоты, введенное в металл; г — расстояние от центра сварной точки; ! — время, прошедшее с момента разведения электродов; 1о — фиктивное время, характеризующее распределение теплоты по радиусу в пластине в момент выключения тока (можно принять, что ус равно времени сварки).
Вследствие того, что начальное распределение температуры (сплошная линия на рис. 7.17, б) известно приблизительно, выражение (7.74) дает достоверные результаты лишь на стадии охлаждения при температурах центральной зоны сварной точки ниже 0,5(Т„л — Тн), когда роль фиктивного времени 1О невелика. На этой поздней стадии мгновенная скорость охлаждения центральной зоны сварной точки может быть определена как где Тн — начальная температура свариваемых листов. Скорость ох- лаждения возрастает при использовании жестких режимов сварки и внешнего водяного охлаждения. 7 б 4 Шовная контактная сварка Режим шовной контактной сварки обычно подбирают и проверяют экспериментально.
Количество вводимой в металл на единицу длины шва теплоты (т. е. погонную энергию сварки) можно приближенно оценить по теплосодержанию расплавленного металла, (7. 76) ИстОчник Яз Дуга ток /г( Т вЂ” Т„) дТ=~у1 ехр -~х~ (7.78) 289 288 находящегося между сварочными роликами и имеющего объем 1'=/г 2/.2.6 1 (рис. 7.!8, а), где /с — определяемый экспериментально поправочный коэффициент, близкий к единице (его применяют для учета нагрева металла в околошовной зоне). Если нахлестка 22, велика по сравнению с шириной шва 2/, то процесс выравнивания температур можно рассчитывать по схеме бесконечного стержня с теплоотдачей, имеюшего равномерное начальное распределение температур на участке длиной 2/ (подробнее см.
разд. 6.4): ДТ(х, /) = "" " Ф ф ехр а/ Если нахлестка соизмерима с шириной шва, например составляет 2-3 ширины, то необходимо учитывать, что торцы А не пропускают теплоты. В этом случае при симметричном расположении шва относительно нахлестки можно использовать расчетную схему бесконечного стержня (с теплоотдачей) с начальным равномерным распределением температур по двум зонам (рис. 7.18, 6). Рис. 7.18. Контактная шовная сварка листов внахлестку: а — сварное соединение; б — расчетная схема и условное распределение температур в начале периода выравнивания температур Условное смыкание торцов А в сечении О в силу симметрии обес- печивает выполнение адиабатинеского граничного условия.
Для представленной схемы процесс выравнивания температуры опи- сывается выражением: /г(Тпл — Ти)Г /х+/9 Ь 1 / х — /+Ь1 + Ф вЂ” ф — ехр( — Ь/), (7.77) 2а где Ь = †, Начало координат располагается в сечении О. срб 7.6.5. Дугоконтактная сварка труб Рассмотрим нагрев и охлаждение труб при дугоконтакгной сварке в случае нагрева дугой, перемешающейся в магнитном поле (рис. 7.19, а).
Вследствие большой скорости перемещения дуги по Рис. 7.19. Дугоконтактная сварка труб: о — схемя процесса; б — схема действия источника теплоты в период нагрева и фиктивных источника и стока теплоты в период вырявнивяния температур кромкам трубы можно с достаточной степенью точности считать, что в бесконечном стержне действует непрерывный плоский источник теплоты с удельным тепловым потоком 92 = 9/Р; где д— эффективная мощность дуги; à — площадь поперечного сечения трубы. Процесс нагрева трубы вплоть до окончания сварки, как правило, неустановившийся, и температурное поле следует вычислять по формулам для периода теплонасышения, например по формуле (6.23), полагая и = О н Ь= —.
Удобнее воспользоваться номосрб граммой (см. рнс. 6.15, в) для вычисления 9г, 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
