СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

Характер распределения температуры в свариваемых элементах

При электродуговой сварке источником тепла является сва­рочная дуга; тепловая мощность ее q лгал сек. выражается величи­ной

q — 0,24 • Т| •£/•/,

где U и /—напряжение и сила сварочного тока в вольтах и амперах;

Tj — коэфициент использования тепла сварочной дуги.

При неподвижном источнике тепла (заварка отверстия) рас­пределение температуры в тонком листе может быть определено изотермами, которые представляются в виде концентрических окружностей (рис. 15). С увеличением продолжительности на-
грена температуры отдельных точек листа повышаются, но лишь до некоторого предела, выше которого температура не подни­мается, как бы долго ни производить нагрев. На рис. 16 приве­дены кривые изменения во времени температуры отдельных точек, находящихся на различных расстояниях от постоянного источ­ника тепла. Как видно из кривых, каждая точка со временем достигает предельного состояния нагрева, причем наивысшая температура нагрева тем больше, чем ближе точка располо­жена к источнику тепла.

При подвижном источнике тепла (наплавка валика, сварка встык) характер распределения температуры меняется, и изотермы вытягиваются по направлению движения источника тепла. На

рис. 17 приведены изотермы и кривые распределения темпера­туры в сечениях, параллельных и перпендикулярных оси шва, для предельного состояния нагрева от точечного источника тепла, перемещающегося равномерно и прямолинейно. Как видно из кривых распределения температуры в сечениях, параллель­ных оси шва, максимум температуры достигается тем позже чем дальше продольное сечение отстоит от оси шва (рис. 17, а) На плане линия максимальных температур для различных про дольных волокон изображена пунктирной кривой (рис. 17, б) Распределение температур в сечениях, нормальных оси шва приведено на рис. 17, в, из которого видно, что чем дальше сечение, тем шире зона нагрева, но тем ниже наибольшая тем пература.

При подвижном источнике тепла предельное состояние на грева характеризуется неизменностью температурного поля, ко торое перемещается вместе с источником тепла. Таким образом вместо, определения температуры в каком-либо сечении, нор­мальном к оси шва в различные моменты времени, можно опре­делить температуру в данный момент времени в различных се - 24
чениях, расположенных на таких расстояниях от источника тепла, на каких может оказаться рассматриваемое сечение при дви­жении источника тепла с заданной скоростью.

Характер изотерм и абсолютное значение температур сильно зависят от скорости движения источника тепла (скорости сварки). На рис. 18 приведены кривые распределения температур по оси шва для различных скоростей сварки, в том числе и для непо­движного источника тепла (пунктирнаякри - VW

вая). Как видно из гра­фика, с увеличением скорости сварки темпе­ратура перед источни­ком тепла резко пони­жается, а температура позади источникатепла повышается. Соответ­ственно с увеличением скорости сварки шири­на зоны нагрева умень­шается.

На рис. 19 приведены, по данным Рыкалина Н. Н. [9], изо­термы при сварке встык стальных листов толщиной 10 мм. Уве­личение скорости сварки v при сохранении тепловой мошности сварочной дуги q приводит к уменьшению зоны нагревя (рис. 19, о., б). Наоборот, увеличение мощности q без изменение скорости v (рис. 19, б, в) приводит к увеличению зоны нагрерл.

Следует отметить, что изменение режима сварки (мощности^ и [скорости v), происходящее таким образом, чтобы количество тепла, выделяемое на 1 пог. см шва, оставалось постоянным, не обеспечивает одинаковых условий нагрева. На рис. 20 приведены изотермы для трех различных режимов сварки (по данным Н. Н. Рыкалина (91), из которых видно, что несмотря на то, что,

^ = const, т. е. количество тепла, выделяемое на 1 пог. см шва,

остается постоянным при всех трех режимах, характер нагрева

разных значениях мощности свароч­ной дуги q и скорости сварки v.

резко различен. С увеличением мощности q изотермы вытягива­ются, и зона разогрева, незначительно увеличиваясь по ширине, резко возрастает по длине.

При сварке малых толщин можно считать, что распределение температур по толщине листов равномерно. При наплавке валика на толстые листы температура нагрева изменяется и по толщине листа для участков, расположенных вблизи от дуги. На рис. 21 приведено температурное поле предельного состояния нагрева при наплавке валика на стальной лист толщиной 20 мм, из ко­торого видно, что неравномерность нагрева по толщине имеет место на участке шириною около б см и длиною около 8 см. На остальной части листа распределение температур по толщине практически равномерно.

■?б

Если бы источник тепла действовал непрерывно, то измене­ние температуры отдельных точек, расположенных на различных расстояниях от источника тепла, изобразилось бы кривыми Т„ Tit Т3 (рис. 22).

Если по прошествии t0 секунд действие источника тепла пре­кратится, то изменение температуры в последующие моменты времени определится, если предположить, что с момента вре*

мени U буду г одновременно действовать два источника тепл? продолжает действовать первый источник и начнет действовать второй, отрицательный, источник тепла, равный по мощности пер- пому, но обратного знака. Изменение температур от одного вто­рого источника тепла изобразится такими же кривыми Tlt Тг, Г3, как и от первого источника, начало которых будет смещено от начала трех кривых от первого источника тепла на t0 секунд.

Действительные температуры при действии обоих источников тепла представляют собою для каждого данного момента времени сумму температур, создаваемых обоими источниками тепла (изо­бражены пунктиром на рис. 22).

Из приведенных кривых видно, что точки, достаточно удален­ные от источника тепла (кривые 7'3), после прекращения дей-

ствия источника тепла еще продолжают нагреваться, и лишь через некоторый промежуток времени после окончания сварки температура их начинает понижаться.