ОСНОВЫ СВАРКИ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
СВАРОЧНАЯ ДУГА КАК ИСТОЧНИК ТЕПЛОТЫ
В судостроении основным технологическим процессом получения неразъемных соединений является электродуговая сварка. При всех ее разновидностях изделия подвергаются местному нагреву движущимся по поверхности изделия сосредоточенным источником теплоты - сварочной дугой. Теплота, введенная дугой, расплавляет кромки элементов изделия и, распространяясь вглубь металла вследствие его теплопроводности, устанавливает в изделии резко неравномерное температурное поле, перемещающееся вместе со сварочной дугой.
С достаточной для практики точностью можно считать, что полная тепловая мощность сварочной дуги равна тепловому эквиваленту ее электрической мощности:
где I - сварочный ток, А; V - напряжение па дуге, В.
В то же время только часть полной тепловой мощности идет на нагрев изделия: это объясняется потерями в окружающее пространство, потерями на нагрев защитного газа, флюса и т. п. Эта часть теплоты называется эффективной тепловой мощностью:
где г|и - эффективный КПД процесса нагрева изделия дугой.
Приведем величины г|и для различных способов сварки по экспериментальным данным.
|
Л |
|
0,7-0,8 0,5-0,75 0,8-0,95 |
Способ сварки Ручная, электродами:
плавящимися
угольными
|
0.7-0,8 |
Под флюсом В защитных газах:
|
вольфрамовым плавящимся |
|
0,6-0,7 0,7-0,8 |
углекислом аргоне, электродом:
Порошковой проволокой 0,8-0.9
Газовым пламенем 0,3-0,8
В сварочной практике нашло широкое применение понятие погонной энергии сварки, определяющее количество теплоты, вкладываемое сварочной дугой в единицу длины шва:
SHAPE * MERGEFORMAT
|
(13,3) |
|
% |
[Дж/см],
где г - скорость сварки, см/с,
|
а схемо дми 1 - с К), іб дуі u, 2 - факс « дуі п; 6 схомн рікпрсдс. ісинн ісіі. кшого мошка дуі и |
В действительности сварочная дуга, как естественный процесс, является поверхностным источником нагрева (рис, 13,1).
|
м: |
Іепловон поток сварочной дуги наиошее интенсивен в централы-юи части пятна нагрева, где происходит выделение теплоты в поверхностных слоях металла вследствие электронной и ионной бомбардировки. В периферийной области душ металл нагревается за счет лучистого теплообмена со столбом дуги и конвективного теплообмена с горячими гадами факела дуги. По мере уда. гения от центра пятна нагрева интенсивность теплового потока убывает. Распределение удельного теплового потока дуги с достаточной для практики точностью можно описать законом нормального распределения
92('') = (?2,»exp[-^'2]- (13.4)
где q,(г) - удельный тепловой поток. Вт/см1' (индекс 2 указывает, что тепловой поток поверхностный); г - расстояние от оси источника, см: г1 = Xі + у1', q - максимальный удельный тепловой поток по оси источника (дуги). Вт/см-’; k - коэффициент сосрелоточенностнудельноготеплового потока источника, 1/см2,
|
Таблица ІЗ I Харакц рисі и к и сварочных не гои ни кок нагрева
|
Локальность источника наглядно можно охарактеризовать условным диаметром пятна нагрева г/ [см], определяющим участок поверхности, где удельный тепловой поток превышает 0,05q, (см. рис. 13.1, 6). В табл. 13.1 представлены характеристики удельных тепловых потоков некоторых сварочных источников нагрева, из которых следует, что степень локализации вводимой теплоты гг максимальная плотность теплового потока в центре различных сварочных дуг значительно больше, чем при газосварочном пламени.
