ТЕОРИЯ сварочных процессов

Термический цикл при многослойной сварке

При многослойной сварке сечение шва заполняют за несколько сварочных проходов, поэтому металл испытывает многократное тепловое воздействие (рис. 7.10). Сложный термический цикл складывается из термических циклов отдельных сварочных прохо­дов, которые могут отличаться друг от друга параметрами режима сварки и положением источника теплоты в сечении шва. Наличие разделки кромок, форма которой изменяется в процессе ее запол­нения, значительно усложняет выбор расчетной схемы. Вследст­вие сложности описания процесса распространения теплоты при многослойной сварке анализ термических циклов целесообразно выполнять с применением современных методов компьютерного моделирования (см. гл. 13).

Аналитические зависимости в рамках классической теории распространения теплоты при сварке позволяют дать лишь качест­венное описание процесса. Количественные оценки, получаемые для простейших схем многослойной сварки, имеют ориентировоч­ный характер и служат для приближенного определения парамет­ров процесса. При инженерных расчетах используют значения па­раметров, которые представлены в справочной литературе и осно­ваны преимущественно на экспериментальных данных.

Для описания тепловых процессов при многослойной сварке обычно применяют расчетную схему бесконечного тела с двумя адиабатическими границами (рис. 7.10, г). Учитывая значительную длительность процесса многослойной сварки, рассматривают тем­пературные поля предельного состояния от каждого прохода ис­точника теплоты. Суперпозиция таких температурных полей в од­ном поперечном сечении отражает характерную для всего изделия тепловую обстановку. Особенности, связанные с началом и пре­кращением действия источника теплоты, не учитываются.

Основной моделью источника теплоты при многослойной свар­ке является подвижный точечный источник постоянной мощности, действующий внутри массивного тела. Выбор указанной модели обусловлен необходимостью учитывать объемный характер распро­странения теплоты в массивном объекте, каким обычно является сварное соединение, выполняемое многослойной сваркой.

Адиабатические границы учитывают введением в расчетную схему двух фиктивных источников теплоты (см. разд. 6.5.2). Таким образом, приращение температур точек изделия от каждого прохо­да источника может быть вычислено как

где ki - поправочный коэффициент для учета разделки кромок и

положения источника в сечении шва; Ry — длины радиус - векторов, соединяющих исследуемую точку с каждым источником (включая фиктивные источники, введенные для учета отражения

от границ плоского слоя); х,- - текущая координата рассматривае­мого поперечного сечения в подвижной системе координат, свя­занной с источником; і - номер сварочного прохода.

Длины радиус-векторов Ry, входящих в выражение (7.54), применительно к точке с координатами (у, z) в поперечном сече­нии детали определяются для каждого источника (включая фик­тивные) с координатами (уу, zy) по формуле

Rij = +(y-yij )2+(z-zlj )2.

В каждый момент времени температурное поле при много­слойной сварке является суперпозицией полей приращений темпе­ратур от каждого прохода сварочного источника, наложенной на однородное температурное поле подогрева изделия:

Г = 7’Н+ХДГІ, (7.56)

/=1

ґде п - число проходов при многослойной сварке.

Приращения температур ДГ; от прохода каждого источника рассчитывают согласно (7.54), при этом удаление Х( каждого ис­точника qi от рассматриваемого поперечного сечения рассчитыва­ют с учетом скорости его движения Vj9 длины сварного шва 1к и времени перерывов At к между укладкой отдельных валиков:

м ґ

1к Л

—+ Д tk

k=AVk

Тепловое воздействие на металл при многослойной сварке за­висит от того, как осуществляют сварку - длинными или коротки­ми участками.