ТЕОРИЯ сварочных процессов

Экспериментальное определение температуры при сварке

Основой для расчетов нагрева и плавления металла при сварке служат уравнения и формулы, полученные в гл. 6 и разд. 7.1-7.6. Их используют для качественного описания температурных полей, а также для количественных оценок значений параметров терми­ческих циклов сварки, скоростей охлаждения, размеров зон терми­ческого влияния и т. д.

Следует заметить, что в ряде случаев реальные процессы и яв­ления протекают сложнее, чем это описывается формулами. Часто бывает, что характер теплового воздействия при сварке, условия распространения теплоты и теплоотдача от свариваемых деталей настолько сложны или неопределенны, что расчет температур ста­новится либо затрудненным, либо настолько неточным, что его проведение оказывается неоправданным.

Экспериментальный способ определения температур при свар­ке имеет свои преимущества перед расчетным, хотя и уступает ему в возможности получения и анализа общих закономерностей. Пра­вильным следует считать подход, при котором оба способа допол­няют друг друга, а решение об использовании того или иного спо­соба принимается с учетом конкретной обстановки и поставлен­ных задач.

Существует много методов экспериментального определения температур. Рассмотрим лишь те, которые используют при сварке. Один из простейших методов состоит в использовании индикато­ров температуры, например термокрасок или термокарандагией. Некоторые термокраски меняют цвет непрерывно (в диапазоне

400.. .700 К) и позволяют наблюдать положение изотермических линий. Другие краски резко меняют свой цвет при определенной температуре и сохраняют его в дальнейшем. Существуют краски с одно-, двух-, трех - и четырехкратным изменением цвета при раз­личных температурах в диапазоне 300... 1800 К. Термокарандаши изготовляют для диапазона 340...950 К с градацией в 50...80 К. Нанося различными термокарандашами риски, как мелом, можно быстро определить распределение температур по изменению цвета риски, например: зеленая стала коричневой, голубая бежевой и т. д. С их помощью можно определить размеры зоны, нагретой до определенной температуры, момент времени, при котором дос­тигается заданная температура. Этот метод удобен также для оп­ределения температуры подогрева перед сваркой. Точность изме­рения составляет несколько кельвин. Подробные сведения о цве­товых индикаторах температуры, основанных на различных хими­ческих и физических явлениях, можно найти в специальной лите­ратуре.

Чаще всего для измерения температур при сварке используют термопары в виде двух тонких (0 0,1...0,4 мм) проводников из различных металлов, соединенных между собой на концах, напри­мер сваркой. Один спай термопары помещают в точку измерения температуры, другой спай находится при известной постоянной температуре. Чем выше разность температур между спаями, тем больше термоЭДС. Диапазон измеряемых температур очень ши­рок: от температур, близких к абсолютному нулю, до температур плавления наиболее тугоплавких металлов. В диапазонах темпе­ратур до 1900 К термопары - одно из наиболее надежных средств измерения температуры твердых металлов. При температурах вы­ше 1900 К термопары уступают оптическим пирометрам. Свойства сплавов, наиболее часто используемых в технике для изготовления термопар, приведены в табл. 7.2.

Большие значения ЭДС дают термопары хромель - алюмель, хромель - копель, железо - константан. ТермоЭДС несколько из­меняются при различных температурах, поэтому термопары тари­руют, шкалы показывающих приборов делают неравномерными, а при использовании в качестве показывающих приборов гальвано­метров температуру вычисляют с помощью специальных таблиц.

Точность измерений зависит от плотности контакта спая с ме­таллом, обеспечивающей одинаковую температуру спая и металла. Спаи либо приваривают контактной сваркой к металлу, либо заче- канивают в небольшое отверстие диаметром 1,5...2,0 мм. При бы­стром изменении температуры металла температура у спая может быть несколько иной, поэтому целесообразно применять тонкие проволоки. С помощью термопар можно измерять и температуру жидкого металла.

Пирометры для определения температур при сварке исполь­зуют значительно реже. Основное их достоинство состоит в от­сутствии механического контакта с поверхностью, температуру которой измеряют. Они удобны как датчики обратной связи в слу­чае непрерывного слежения за зоной сварки или ванной расплав­ленного металла. Пирометры различают по многим признакам: по области спектральной чувствительности, по методу измерения из­лучения, по конструкции приемника излучения (термоэлект­рический, фотоэлектрический, исчезающая нить и др.).

В технике существуют также многие другие методы измере­ния температуры, например с помощью электронно-оптических преобразователей. Регистрацию измеренных температур обычно выполняют путем преобразования измеренного сигнала в электри­ческий с последующей подачей его на показывающие или записы­вающие устройства. ТермоЭДС термопар могут быть непосредст­венно поданы на такие приборы.