СВАРКА И СВАРИВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Типы и тепловая эффективность источников нагрева

По времени действия различают источники мгновенные, выде­ляющие теплоту за очень малый промежуток времени, и не­прерывно действующие. Последние по расчетной схеме могут быть неподвижными, подвижными и быстро движущимися. Как правило, в случае ручной сварки и наплавки целесообразно ис­пользовать схему подвижного источника, а в случае автомати­ческой — быстродвижущегося.

2 Заказ № 149

В зависимости от размера зоны, в которой выделяется теп­лота, различают источники сосредоточенные и распределенные. Сосредоточенные источники могут быть точечными (теплота выделяется в очень малом объеме), линейными (теплота выде­ляется по линии) и плоскими (теплота выделяется в плоско­сти).

В случае сварки углового шва на массивной детали или на­плавки на нее для тепловых расчетов применяется схема то­чечного источника на поверхности полубесконечного тела или плоского слоя. Если пластина сваривается стыковым или угло­вым швом с полным или почти полным проплавлением, при­меняют схему линейного источника в пластине (теплота вво­дится равномерно по всей толщине вдоль условной линии). Для стыковой сварки стержней используют схему плоского источ­ника (теплота выделяется в плоскости стыка).

Распределенные источники выделяют теплоту по какой-то поверхности (в пятне нагрева).или в некотором объеме детали, причем интенсивность ввода теплоты (удельный тепловой по­ток) в разных точках пятиа нагрева неодинакова. В зависимо­сти от закона распределения удельного теплового потока по пятну нагрева распределенные источники могут быть различ­ными. Для лазерной, дуговой, плазменной или газовой сварки этот закон близок к закону нормального распределения, и ис­точники теплоты называются нормальными. Если пятно нагрева имеет форму круга, то источник будет нормально круговым (ла­зерная, дуговая, плазменная и газовая сварка); если же пятно нагрева имеет форму полосы, источник нормально полосовой (нагрев листа газовыми гребенками).

Эффективная тепловая мощность сварочного источника теп­лоты, т. е. количество теплоты, вводимой при сварке источни­ком в деталь в единицу времени, если известны параметры ре­жима сварки, определяется по формуле

q = rIU, (2.1)

где I — сварочный ток; U—напряжение на дуге; т] — эффек­тивный к. п. д. процесса нагрева.

Значения эффективного к. п. д. процесса нагрева для раз­ных способов сварки приведены ниже:

TOC o "1-5" h z Способ сварки и Способ сварки и

Ручная, электродами: Электрошлаковая:

плавящимися.... 0,7—0,85 обычная при толщине

угольными 0,5—0,7 листов, мм:

Под флюсом........................ 0,8—0,95 50................................. 0,55

В защитном газе: 100........................................ 0,8

Углекислом......................... 0,7—0,8 200 0,9

Аргоне, электродом: С порошкообразным при-

вольфрамовым.... 0,65—0,75 садочным металлом при

плавящимся..................... 0,7—0,8 толщине листов, мм:

Порошковой проволокой 0,8—0,9 50 ................................... 0,75—0,8

Газовым пламенем. . . 0,3—0,8 100........................................ 0,9

Погонная энергия сварки, т. е. количество теплоты, вводи­мой на единицу длины шва, в этом случае находится из выра­жения

<7п = ?/«. (2.2)

где v — скорость сварки.

Если режим сварки не известен, но задано поперечное сече­ние наплавляемого за проход металла шва (стыкового или уг­лового), погонную энергию можно получить из уравнения

<7п = QvFui, (2.3)

где Fui — площадь поперечного сечения наплавленного металла шва, мм2; Qv — коэффициент, определяемый по табл. 2.1.

При сварке угловых соединений (тавровых, нахлесточных) часть погонной энергии, вводимая в свариваемый элемент, оп­ределяется в зависимости от соотношения толщин. Так, в слу­чае приварки угловым швом к пластине толщиной б конструк­тивного элемента толщиной бк погонная энергия, вводимая в пластину qn. „ и в конструктивный элемент (ребро, стенку, накладку) qn. к, может быть вычислена по формулам:

26

<?п-п"‘?п ~2бТбк'; (2‘4)

9пк = 9п"^Г - (2-5)

Эффективная тепловая мощность в этих случаях определя­ется по аналогичным формулам:

26 (2.6)

Формулы (2.4) — (2.7) дают наиболее точные результаты при б/бк^1,7. Они справедливы для низкоуглеродистых, низколе­гированных и аустенитных сталей, а также для титановых и алюминиевых сплавов толщиной примерно до 16 мм.