СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ
Определение температуры нагрева^при сварке
Численное значение температур при различных условиях сварки и наплавки может быть определено с помощью приведенных ниже формул, основанных на работах Н. Н. Рыкалина [7], [8], [9], в которых приняты следующие обозначения:
/ и U—сила тока и напряжение в сварочной цепи я и Ь;
-*1 — коэфициент использования тепла электрической дуги; о — толщина полосы, см;
v скорость движения источника тепла (дуги), глг/сек.;
R— или rx — Vx--y —расстояние точки от источ
ника тепла, см;
xi> У и Zj прямоугольные координаты точки в подвижной системе координат, начало * которой совпадает с положением источника тепла (рис. 23);
|
Рис. 23. Расположение координатных осей. |
|
|
|
0,24 .£/./ |
|
Г= |
|
ГгЄ |
|
Ко (f>) — функция Бесселя нулевого порядка второго рода от мнимого аргумента; Т — температура, °С; е —основание натуральных логарифмов; а= --у—коэфициент температуропроводности; b== — коэфициент темпер^туроотдачи; X — коэфициент теплопроводности, —кал РГ; t. W ■ ССК. с—теплоемкость, каліг*0С; , кал а — коэфициент теплоотдачи, —„—; СЖ"1 С6К. L 7 — удельный вес, г см*. Для случая наплавки валика на поверхность толстого листа (полубесконечного тела) температура любой точки при предельном состоянии нагрева составляет |
|
При наплавке валика на листы малой толщины или в случае сварки их встык температура любой точки при предельном состоянии нагрева определится из выражения |
|
--57 <*,+*) |
|
2я-Х. А! ' |
|
0,24 'U'l - Та' гге |
|
2к /. • 6 |
|
Так как величина 4ab весьма мала по сравнению с v2t то аргумент функции Бесселя можно принять £V*+GS « r-g~. Для точгек, достаточно удаленных от источника тепла (большое rt), или в случае применения режимов с большими скоростями сварки (большое v) функция Бесселя может быть приближенно заменена следующим выражением: |
Тогда для сварки встык тонких листов
~ 0,24-и-iYa - V*L vrL.
Т — ---------------- ==r=. 1]-Є 2 а 2 а.
2*Х«о Yk'V-Гі
При наплавке валика на кромку тонкого листа температура любой точки составляет
или при ->10
vxx V • г,
0,24 • U-J-У а 2а 2а~
Т=——==-•*)*?
А*о > k-V-Гі
Для случая автоматической сварки мощной сварочной]? дугой с большой скоростью температура точек в различные моменты
времени /= —~2- может быть выражена при наплавке валика на
толстые листы:
«Я J-
х 0.24-£/•/
T~-25~vTt-r‘e ;
при сварке встык тонких листов:
0,24 • £/•/ - 2<‘L—
- ТП-е crj *at
t»*3->^4 vlcft
В последних двух выражениях температура дается для точек, расположенных на различных расстояниях у0 от оси шва в неподвижном, нормальном к оси шва, сечении в различные моменты времени, определяемые расстоянием х2 от рассматриваемого сечения до положения дуги и скоростью движения дуги V.
Для случая заварки малого отверстия в тонком листе, который представляет собою случай сосредоточенного нагрева неподвижным источником тепла, выражение для температуры отдельных точек (в состоянии предельного нагрева) выразится
~ 0,24-и-г „ ( л/7
т= йггт-ч-М'Г а>-
В первые моменты сварки, когда еще не достигнуто предельное состояние нагрева, температура TMeycT в отдельных точках может быть получена путем умножения температуры Т в предельном состоянии (определяемой по приведенным выше формулам) на переменную величину ф, меняющуюся от нуля до единицы (последнее значение для предельного состояния нагрева):
Т = Ъ Т
1 неуст I • * •
Величина множителя ^ для различных условий сварки приведена в табл. 1 и 2.
|
Коэфициент '}« для плоского температурного поля
|
|
Таблица 2 |
|
Коэфициент 'ід для пространственного температурного поля
|
Численные значения тепло-физических характеристик материала меняются с изменением температуры. Однако в целях облегчения расчетов можно принять некоторые соедние величины, примерно соответствующие значениям при 400°. Эти значения для некоторых сталей и цветных металлов приведены в табл. 3.
Таблица 3
Расчетные значения тепло-физических характеристик материала
|
Материал |
С-7 кал см* °С |
кал см-сек. СС |
X ° “ С^( см- |
|
сек. |
|||
|
Малоуглеродистая сталь. |
1.14 |
0,096 |
0,08') |
|
Углеродистая |
1,14 |
0.094-0,11 |
0,079—0,096 |
|
Низколегированная. |
1,14 |
0,08-1-0,09 |
0,070—0.079 |
|
Хромистая |
1.14 |
0,06 |
0,053 |
|
Хромоникелеиая |
1.14 |
0,04—0,06 |
0.035 т-0,053 |
|
Алюминий |
0,65 |
0,63 |
1,00 |
|
Медь красная |
0,95 |
0.90 |
0,95 |
Значения коэфициента ^ использования тепла сварочной дуги могут быть приняты в соответствии сданными Н. Н. Рыкалина [7, 8], а также Розенталя и Шмербера [10]:
При наплавке на плоскость............................................ г( = 0,55
„ сварке встык............................................................ »] — 0,70
„ центральном нагреве............................................... г, = 0,50
Результаты расчетов относятся в основном к малоуглеродистой стали. В тех случаях, когда они касаются низколегированной конструкционной стали, это особо оговаривается.
