Термомеханические процессы
К термомеханическим сварочным процессам относятся процессы, идущие с введением теплоты и механической энергии сил давления при осадке. Теплота может выделяться при протекании электрического тока, газопламенном или индукционном нагреве, при введении в зону сварки горячего инструмента и т. п. Сварка может вестись как с плавлением металла (частичным или по всему соединению), так и без плавления. Эти процессы подробно описаны в технологических курсах.
Сокращение затрат энергии (благодаря рациональному выбору источника энергии для сварки) даже на несколько процентов может дать в масштабах страны существенную экономию энергии, что в свете постоянно растущего дефицита энергии на Земле приобретает с каждым годом все большее значение.
Эффективность использования способов сварки плавлением достигается при минимальной ширине шва, что, в свою очередь, определяется степенью концентрации источника теплоты (диаметром пятна нагрева) и теплофизическими особенностями проплавления. Эти особенности учитываются при определении энергозатрат на сварку через термический КПД процесса, а полученные выше минимальные оценки полезной удельной энергии составляют лишь часть общей энергии сварки, т. е. єст = ЛиЛ/єсв - Учитывая эффективный и термический КПД сварочных процессов, можно изменить представление о целесообразности применения того или иного способа сварки при прочих равных условиях. Например, дуговая сварка с высокими значениями эффективного КПД (ли = = 0,6...0,8) характеризуется низкими значениями термического КПД'(Л* = 0,15. ..0,25). Электронно-лучевая сварка, характеризуется более высокими значениями Ли(0,8...0,9) и Л/(0,3...0,5). В термодинамическом аспекте она более предпочтительна.
Сопоставим удельные энергозатраты на сварку листов низкоуглеродистой стали толщиной 10 мм различными способами
(табл. 1.5). Минимальное энергосодержание расплавленной стали
составляет около 9000 Дж/см. Приведенные в табл. 1.5 оценки являются приближенными, так как даже для одного и того же процесса на разных режимах сварки энергозатраты могут различаться в 1,5-2 раза, что определяется параметрами режима и свариваемого сплава. Кроме того, КПД источника теплоты не является постоянным, ввиду его зависимости от скорости сварки, состояния поверхности и др.
линии АВ. Мощность источника на линии АВ соответствует количеству теплоты, приносимому расплавленным электродным металлом за 1 с:
Ям ”
где v - скорость сварки; /и 5 - соответственно зазор в соединении и толщина металла; А#м - приращение энтальпии электродного
|
ДГ, К |
|
Рис. 7.14. Температурное поле предельного состояния при электрошлаковой сварке, рассчитанное по схеме двух шлаковых и одного металлического источников теплоты (8 = 10 см,/= 2 см, hm = = 6 см, qm = 10 кВт) |
металла при его нагреве от Ти до температуры шлаковой ванны в ее активной зоне.
Мощность qm двух источников АС и BD равна разности между всей эффективной мощностью источника q и мощностью так называемого металлического источника qM:
Яш Я ~~ Ям•
Теплота, выделяемая по линиям АС и BD, соответствует подог - реву кромок деталей шлаковой ванной и подогреву металла ванны со стороны шлака, который имеет более высокую температуру, чем металл в ванне. Линейная интенсивность мощности равна qM/(2bnp) у металлического и #Ш/(2АШ) у шлакового источников теплоты. Такой нагрев предопределяет характер распределения температур в свариваемых деталях. Изотермы подходят к свариваемым кромкам под некоторым углом, отличающимся от 90° (рис. 7.14). Нагрев кромок происходит задолго до их плавления.
