Неровный В.М. Теория сварочных процессов (841334), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Их используют для качественного описания температурных полей, а также для количественных оценок значений параметров термических циклов сварки, скоростей охлаждения, размеров зон термического влияния и т. д. Следует заметить, что в ряде случаев реальные процессы и явления протекают сложнее, чем это описывается формулами. Часто бывает, что характер теплового воздействия при сварке, условия распространения теплоты и теплоотдача от свариваемых деталей настолько сложны или неопределенны, что расчет температур становится либо затрудненным, либо настолько неточным, что его проведение оказывается неоправданным.
Экспериментальный способ определения температур при сварке имеет свои преимущества перед расчетным, хотя и уступает ему в возможности получения и анализа общих закономерностей. Правильным следует считать подход, при котором оба способа дополняют друг друга, а решение об использовании того или иного способа принимается с учетом конкретной обстановки и поставленных задач. Существует много методов экспериментального определения температур.
Рассмотрим лишь те, которые используют при сварке. Один из простейших методов состоит в использовании индикаторов температуры, например термокрасок или термокарандашей. Некоторые термокраскн меняют цвет непрерывно (в диапазоне 400...700 К) и позволяют наблюдать положение изотермических линий. Другие краски резко меняют свой цвет при определенной температуре и сохраняют его в дальнейшем. Существуют краски с одно-, двух-, трех- и четырехкратным изменением цвета при различных температурах в диапазоне 300...1800 К.
Термокарандаши изготовляют для диапазона 340,950 К с градацией в 50...80 К. Нанося различными термокарандашами риски, как мелом, можно быстро определить распределение температур по изменению цвета риски, например: зеленая стала коричневой, голубая бежевой и т. д. С нх помощью можно определить размеры зоны, нагретой до определенной температуры, момент времени, при котором достигается заданная температура. Этот метод удобен также для оп- 293 ределения температуры подогрева перед сваркой. Точность измерения составляет несколько кельвин. Подробные сведения о цветовых индикаторах температуры, основанных на различных химических и физических явлениях, можно найти в специальной литературе.
Чаще всего для измерения температур при сварке используют термолары в виде двух тонких (О 0,1...0,4 мм) проводников из различных металлов, соединенных между собой на концах, например сваркой. Один спай термопары помещают в точку измерения температуры, другой спай находится при известной постоянной температуре. Чем выше разность температур между спаями, тем больше термоЭДС. Диапазон измеряемых температур очень широк: от температур, близких к абсолютному нулю, до температур плавления наиболее тугоплавких металлов. В диапазонах температур до 1900 К термопары — одно из наиболее надежных средств измерения температуры твердых металлов.
При температурах выше 1900 К термопары уступают оптическим пирометрам. Свойства сплавов, наиболее часто используемых в технике для изготовления термопар, приведены в табл. 7.2. Таблица 7.2. Свойства некоторых материалов, используемых для изготовления термопар ТермоЭДС относительно платины, мьВ/К Температура плавления материала, К Предельная темпе- ратура металла при измерениях, К Материал 1723 — (10,2...1 3,8) 1800 1500 + 18,0 — 35,0 1523 — 40,0 + 13,! + 6,4 3270 ь 127,!.„31,3) 1723 Первое число — прн длительных, второе — при кратковременных измерениях. 294 Алюмель 195%)Ч1 ь 5% А1) Железо чистое Константаи (60% Со+40% %) Копель (56%Со+44%%) Молибден Платинородий (90 % Р! + ! О % КЬ) Хром ель (90 % М + 1 0 % СГ) !ЗООП 550 900/1100 900/!100 900/!!00 2300/2800 1600Л 900 1ЗООЛ 550 Большие значения ЭДС дают термопары хромель — алюмель, хромель — копель, железо — константан. ТермоЭДС несколько изменяются при различных температурах, поэтому термопары тарируют, шкалы показывающих приборов делают неравномерными, а при использовании в качестве показывающих приборов гальванометров температуру вычисляют с помощью специальных таблиц.
Точность измерений зависит от плотности контакта сная с металлом, обеспечивающей одинаковую температуру спая и металла. Спаи либо приваривают контактной сваркой к металлу, либо зачеканивают в небольшое отверстие диаметром 1,5...2,0 мм.
При быстром изменении температуры металла температура у спая может быть несколько иной, поэтому целесообразно применять тонкие проволоки. С помощью термопар можно измерять и температуру жидкого металла. Пирометры для определения температур при сварке используют значительно реже. Основное их достоинство состоит в отсутствии механического контакта с поверхностью, температуру которой измеряют. Они удобны как датчики обратной связи в случае непрерывного слежения за зоной сварки или ванной расплавленного металла. Пирометры различают по многим признакам: по области спектральной чувствительности, по методу измерения излучения, по конструкции приемника излучения (термоэлектрический, фотоэлектрический, исчезающая нить и др.). В технике существуют также многие другие методы измерения температуры, например с помощью электронно-оптических преобразователей.
Регистрацию измеренных температур обычно выполняют путем преобразования измеренного сигнала в электрический с последующей подачей его на показывающие или записывающие устройства. ТермоЭДС термопар могут быть непосредственно поданы на такие приборы. Контрольные вопросы 1.
Что такое сварочный термический цикл? 2, Какие параметры термического цикла представляют интерес при сварке сталей и почему? 3. Почему для расчета параметров термического цикла при сварке обычно используют модели быстродвнжушихся источников теплоты? 4. Как получают выражения для расчета максимальных температур? 5, Почему для оценки скоростей охлаждения в околошовной зоне используют выражения, полученные для точек, лежащих на оси шва? 295 297 6. В ? каких случаях при проведении расчетов используют номогра- имы.
Можно ли проводить расчеты без них? 7. Каки . Какими параметрами характеризуется форма сечения сва ного шва? р ого 8. К ак оценить тепловую эффективность процесса проплавления? 9. Каким ими параметрами характеризуется производительность расплавления электрода? 1О. С ч ем связано изменение производительности расплавления электродной проволоки при увеличении ее вылета? 11. С чем связано ограничение тока при сварке штучными электродами? 12.
2. В каких случаях применяют многослойную сварку короткими участками? 13, а 3. Какие расчетные схемы используют для расчетов тепловых процессов при контактной стыковой сварке? 14. К акие приемы используют при расчете температур для периода их выравнивания? Раздел 1П ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ СВАРКЕ При всех способах сварки металл подвергается высокотемпературному нагреву (до температур, близких к температуре кипения).
Зто резко увеличивает его химическую активность при взаимодействии с окружающей средой. Металл окисляется, насыщается азотом, водородом, что приводит к ухудшению его механических свойств. Прочность сварных конструкций зависит от того, в какой мере сохранено высокое качество металла, достигнутое при плавке, прокатке, термообработке сталей и сплавов. В современных сварочных процессах используют методы и средства, позволяюшие не только сохранить, но и повысить качество металла в зоне сварного соединения. В данном разделе рассмотрены методы прогнозирования хода физико-химических реакций, описано их влияние на свойства металла и дано обоснование способов управления металлургическими процессами, способствуюшего их развитию в благоприятном направлении. Глава 8.
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Для прогнозирования хода физико-химических реакций используют метод термодинамического анализа равновесных процессов, допуская при этом, что несмотря на кратковременность процесса сварки высокие температуры нагрева металла и большая удельная поверхность его контакта со средой практически обеспечивают достижение термодинамического равновесия. 8.1. Понятие о термодинамической системе Физическая химия изучает химические процессы физическими методами. Одним из ее разделов является химическая термодинамика, которая рассматривает законы развития химических и физи- ческих процессов с позиций термодинамики — общей науки об изменениях и переходах энергии.
В ее основе лежат главным образом два закона, известные из курса физики: первый закон термодинамики, представляющий собой закон сохранения материи и энергии, сформулированный М.В. Ломоносовым в 1756 г., и второй закон термодинамики, позволяющий судить о возможности самопроизвольного развития процессов в данных физических условиях.
Не ограничиваясь общими феноменологическими уравнениями термодинамики, химическая термодинамика дополняет их квантово-механическим учением о строении вещества, привлекает статистический метод и этим значительно расширяет возможности исследования сложных материальных систем. Объектом изучения в термодинамике является термодинамическая система, т. е. комплекс физических тел, находящихся во взаимодействии между собой и с окружающей средой, мысленно обособленный от окружающей среды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
