СВАРКА И СВАРИВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Расчет параметров термического цикла сварки

Термический цикл сварки характеризуется следующими пара­метрами: максимальная температура Гт, скорости нагрева и охлаждения, длительность пребывания металла tH выше задан­ной температуры (рис. 2.4).

Структурное состояние металла в различных зонах свар­ного соединения определяется такими параметрами термиче­ского цикла, как Гт, t№ (размер зерна), а также скоростью охлаждения w0 в интервале температур минимальной устойчи­вости аустенита мартенситных сталей (степень закалки).

Если известна зависимость температуры от времени Г = = T(t) или от расстояния, например Т=Т(х), закономерность изменения максимальной температуры может быть определена из условия

дТ/dt ■= 0 или дТ! дх = 0.

Для точечного источника теплоты на поверхиостн массив­ного тела (2.17) получаем

(2.19)

neocptg

Для линейного источника в пластине (2.16)

(2.20)

В формулах (2.19) и (2.30) Ти — начальная температура изделия или температура предварительного подогрева рис. 2.4) и

Го = Уо + го-

Мгновенная скорость охлаждения w0 прн данной темпера­туре является производной температуры по времени

до0 = dT/dt.

Скорость охлаждения зависит от формы изделия, уменьша­ется при увеличении эффективной погонной энергии q/v и тем-

пературы подогрева 7И, а также при уменьшении толщины листа 6.

При дуговой наплавке валика на массивное тело (2.17)

2п% (Т — Г„)3

qlv

При сварке листов встык или при наплавке валика на лист малой толщины (2.16)

2яХср (Т — Ти)3

(2.22)

(q/vb)2

В случае расчетной схемы точечного источника на поверхно­сти плоского слоя

2п% (Т — Ги)

Ш0 = — 0) -

qhb

где со — коэффициент, определяемый по номограмме (рис. 2.5) в зависимости от величины критерия

1 2q! v_______

(2.24)

я62ср (Т — Т„)

Длительность пребывания металла („ выше некоторой тем­пературы Т рассчитывается по следующим формулам: в случае 3-х мерного температурного поля при наплавке на массивное тело

(2.25)

в случае 2-х мерного тем­пературного поля при од­нопроходной сварке листов

(2Н = J2H 8_Г j -12

64яе Лер Ьб (Тт — TH)J

(2.26)

Коэффициенты Тзн - и 4яе

Тзн

—■ — определяются по но - 64 теє

мограмме (рис. 2.6) в за­висимости от безразмерного

критерия ~z~-

* т —’ * Н

Многослойная сварка. Термический цикл при многослойной сварке зави­сит от длины очередного слоя (участка).

При сварке длинными участками (0,5ч-1 м) наи­большую скорость охлаж­дения испытывает металл первого слоя. Последующие слои укладываются, как правило, на металл, подогретый предыдущими слоями.

Для расчета скорости охлаждения первого слоя при сварке соединений различного типа (рис. 2.7) применяется схема на­плавки валика на плоский слой (рис. 2.7,а). Скорость охлаж­дения определяется по формуле (2.23). При этом в качестве q/v и б в формулы (2.23) и (2.24) подставляются величины (*//у)расч И брасч (рИС. 2.7).

Скорость охлаждения первого слоя уменьшается с ростом погонной энергии и особенно эффективно с увеличением темпе­ратуры подогрева.

При многослойной сварке короткими участками (40— 400 мм) термический цикл должен обеспечить пребывание ме­талла выше заданной температуры, а также умеренную ско­рость охлаждения ниже этой температуры.

Параметры режима сварки короткими участками: q[v — погонная энергия сварки слоя зависит (2.3) от сечения наплав­ляемого за один проход металла; I — длина участка; Гн— тем­пература подогрева.

Режим сварки короткими участками выбирается из усло­вия, чтобы температура шва и околошовной зоны Тв к моменту

укладки второго слоя находилась в нижнем субкритическом ин­тервале (от температуры наименьшей устойчивости аустенита до температуры Гм начала мартенситного превращения). При этом длительность пребывания околошовной зоны /в выше тем­пературы Тв должна обеспечить оптимальные условия распада аустенита в пластичный

игольчатый троостит. Сварка

-г первого слоя

Температуру /в часто г— г~^•

принимают на 50 К выше '--------------------- “------

температуры Гм (470—620 К для перлитных сталей).

Для расчета температу­ры Тв, до которой охлаж­дается первый слой, прини­мается схема мгновенного выделения теплоты на за­вариваемом участке / (рис.

2.8). По схеме линейного быстродвижущегося источника теплоты в пластине (2.16) тем­пература точек, расположенных на оси шва:

Т-Г„=.

Длительность охлаждения первого слоя до температуры Тв равна

. ___________

4ntep6V (Тв — Т„)2

К моменту времени tB должен. быть уложен следующий слой. С учетом времени чистого горения дуги tr = Ifv и времени

перерывов tn между укладками отдельных слоев время сварки одного слоя

Длина завариваемого участка, обеспечивающая к началу сварки второго слоя температуру первого слоя выше Тв:

I = trv = krtcv, (2.29)

kr= для автоматической многодуговой сварки и fer=0,64-0,8 для ручной многослойной сварки.

С учетом (2.28) и принимая tc = tB:

kkTq2

4яХср62и (Тв — Тн

где k3 — поправочный коэффициент, учитывающий тип свар­ного соединения.

Коэффициент k3 равен 1,5 (соединение встык); 0,9 (соеди­нения тавровое и внахлестку); 0,8 (крестовое соединение).

Длительность tB нагрева околошовной зоны выше темпера­туры Тв определяют по номограммам (рис. 2.9) в зависимости от безразмерных параметров btc, рь 0.

Общая длительность сварки п слоев

Безразмерное расстояние до рассматриваемой точки около­шовной зоны

Pi = Ivl д/7- ’ (2.32)

где |у|—расчетное расстояние околошовной зоны от источ­ника (для стыковых швов — полуширина разделки поверху, для угловых швов — половина длины катета шва).

Безразмерный параметр

0 = -ГГ - - Г"> Л/ — * (2.33)

krkqq

где kq — коэффициент приведения мощности дуги, равный 1,0 для стыкового, 0,67 для таврового и нахлесточного и 0,6 для крестового соединения.

Коэффициент поверхностной температуроотдачи расчетного стержня сечением F—bl

, 2а

О =

Срб;

где бпр=2F/p (р/2— половина периметра).

Продолжительность пребывания околошовной зоны послед­него слоя выше температуры Тв определяют приближенно по формуле

(2.34)

Длительность нагрева выше заданной температуры тем больше, чем больше поперечное сечение шва.