ТЕОРИЯ сварочных процессов

Дугоконтактная сварка труб

Рассмотрим нагрев и охлаждение труб при дугоконтактной сварке в случае нагрева дугой, перемещающейся в магнитном поле (рис. 7.19, а). Вследствие большой скорости перемещения дуги по

Рис. 7.19. Дугоконтактная сварка труб: а - схема процесса; б - схема действия источника теплоты в период нагрева и фиктивных источника и стока теплоты в период выравни­вания температур

кромкам трубы можно с достаточной степенью точности считать, чуо в бесконечном стержне действует непрерывный плоский ис­точник теплоты С удельным тепловым ПОТОКОМ <72 = Я^’ где Я - эффективная мощность дуги; F - площадь поперечного сечения трубы.

Процесс нагрева трубы вплоть до окончания сварки, как пра­вило, неустановившийся, и температурное поле следует вычислять по формулам для периода теплонасыщения, например по формуле

2а

(6.23) , полагая v = 0 и Ь - .Удобнее воспользоваться номо-

ср5

граммой (см. рис. 6.15, в) для вычисления |/i и формулой

Приращение температуры точек кромок трубы в процессе на­грева может быть вычислено непосредственно по формуле (6.23) при а = 0 и х = 0. В результате интегрирования получаем

(7.79)

Процесс выравнивания температур определяем с использова­нием приема, описанного в разд. 6.8:

где /н - время нагрева; tB - t - /н - время выравнивания температур (рис. 7.19, б).

Температура точек стыка трубы, для которых х = 0, в процессе выравнивания может быть определена с использованием формулы

(7.79) в предположении, что одновременно действуют фиктивные источник и сток теплоты:

<7-8»

Пример 7.10. Определить необходимую продолжительность нагрева на 1350 К кромки трубы дугой, перемещающейся в магнитном поле, если диаметр трубы D = 200 мм, толщина стенки 5=8 мм, ток I = 700 А, на­пряжение U = 36 В, КПД т| = 0,7. Материал трубы - сталь СтЗ. Теплофи­зические коэффициенты: X = 0,4 Вт/(см*К); ср = 5 Дж/(см3 • К); коэффи­циент теплоотдачи а = 6 • 10_3 Вт/(см2 • К).

Решение. Для определения необходимой продолжительности нагрева используем формулу (7.79). Вычислим сначала коэффициент температу - роотдачи:

6 = 2а/ (ср5) = 2 • 6 ■ 1(Г7 (5 • 0,8) = 3 • 10'3 с"1.

Удельный тепловой поток источника

q цШ 0,7-700-36

qi~ — =--------------- =--------------------

F k(D - 8)5 3,14 19,2 0,8

Ф (Jbt) = 2y/bXcp ■ — = 2V3 • Ю“3 • 0,4 • 5 • = 0,573.

По таблицам специальных функций для значения функции Ф(y[bt) = = 0,573 определяем ее аргумент:

yfbt = 0,562; следовательно, t = (0,562)2/(3 • 1СГ3) = 106 с.

Таким образом, время нагрева торцов трубы на 1350 К (1350 °С) при заданном режиме составляет 106 с (1 мин 46 с).

7.6.6. Сварка трением

Для расчетов длительности нагрева и термического цикла при сварке трением можно считать источник теплоты равномерно рас­пределенным и не изменяющимся во времени.

При проведении расчетов для тонких стержней и труб с одина­ковыми сечениями и теплофизическими свойствами, если необхо­димо учитывать теплоотдачу, можно использовать формулы, при­веденные в разд. 7.6.5 для дугоконтактной сварки труб.

При нагреве стержней диаметром более 20 мм и труб с толщи­ной стенки, превышающей 15 мм, можно пренебречь поверхност­ной теплоотдачей и применять зависимость (6.9), полученную в разд. 6.3 для схемы нагрева бесконечного стержня без теплоотдачи неподвижным плоским непрерывно действующим источником те­плоты постоянной мощности. Приращение температуры контакт­ного сечения (х = 0) возрастает прямо пропорционально мощности источника теплоты и квадратному корню из времени:

<7-82)

Приращение температуры в период выравнивания после окон­чания нагрева длительностью tu определяем как разность прира­щений температур от источника и стока теплоты, найденных по уравнению (6.9):

(7.83)

Приращение температуры точек контактного сечения (х = 0) в стадии выравнивания температур при t> tH равно

(7.84)

Параметры термического цикла - длительность /д пребывания при температурах выше заданного приращения температуры ДГд и мгновенную скорость охлаждения для любых сечений - можно

Рис. 7.20. Приращения температур при нагреве и в период выравнива­ния температур в некотором сече­нии стержня при сварке трением

определить численными методами или построением графика (рис. 7.20) по формулам (6.9) и (7.83) и последующим графиче­ским дифференцированием. Мгновенную скорость охлаждения стыка можно получить дифференцированием выражения (7.84) по времени:

dt ly/nkcpyyft yjt-tH J