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. Их ис­пользуют для качественной оценки температурных полей, а так­же для количественных расчетов при определении 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 характер теплового воздействия при свар­ке, условия распространения теплоты и теплоотдачи от свари­ваемых деталей настолько сложны или неопределенны, что рас­четное определение температур становится либо затрудненным, либо настолько неточным, что его использование оказывается неоправданным. Экспериментальное определение 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 метода дополняют друг друга, а решение об использовании того или иного метода принимается с учетом конкретной обстановки и поставленных задач.

Существует много методов экспериментального определения температур [11]. Рассмотрим лишь те, которые используют при сварке. Один из простейших методов состоит в использовании индикаторов температуры, например, термокрасок или термока­рандашей. 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 для диапазона температур 300... 1800 К с од­но-, двух-, трех - и четырехкратным изменением цвета при раз­личных температурах. 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, например зеленого в коричневый, голубого в бежевый 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 работе [1].

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 помещают в точку измерения температуры, другой спай находится при известной постоянной температуре. Чем выше разность температур между спаями, тем больше термо-э. д.с. Диапазон измеряемых температур очень ши­рок: от температур, близких к абсолютному нулю, до температур плавления наиболее тугоплавких металлов. В диапазоне 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. 6.1.

Значительные э. д.с. дают термопары хромель — алюмель, хромель — копель, железо — константан. Термо-э. д.с. несколько изменяются при различных температурах, поэтому термопары тарируют, шкалы показывающих приборов делают неравномер­ными, а при использовании в качестве показывающих приборов гальванометров температуру вычисляют по специальным табли­цам.

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

Пирометры при определении температур при сварке исполь­зуют значительно реже. Основное их достоинство состоит в от­сутствии механического контакта с поверхностью, где измеряют температуру. Они удобны как датчики обратной связи в случае непрерывного слежения за зоной сварки или ванной расплавлен-

ного металла. Пирометры различаются по многим признакам: по области спектральной чувствительности, методу измерения излучения, по конструкции приемника излучения (термоэлект­рической, фотоэлектрической, исчезающая нить и др.).

В технике существуют также многие другие методы измере­ния температуры, например электронно-оптические преобразова­тели. Регистрация измеренных температур обычно выполняется путем преобразования измеренного сигнала в электрический с последующей подачей его на показывающие или записывающие устройства. Термо-э. д.с. термопар могут быть непосредственно поданы на такие приборы.