ТЕОРИЯ сварочных процессов

Термическая ионизация

п ■ Неупругие соударения частиц между собой при высоких тем­пературе и плотности газа приводят к так называемой термической П&йизации, которая возникает за счет кинетической энергии час - ЧШ - Наиболее вероятна следующая схема неупругого соударения быстрого электрона и атома:

скорость распространения ультразвуковых волн и т. д.) изменяют­ся не только при появлении остаточных напряжений, но также при изменении химического состава, размера зерна, структуры металла и других факторов.

Для определения временных сварочных напряжений недоста­точно знать значения деформаций в данный момент времени. Не­обходимо регистрировать температуру Т и компоненты наблюдае­мой деформации 8Н непрерывно или периодически в течение всего времени сварки. Кроме того, необходимо провести дополнитель­ные эксперименты по определению свойств материала в условиях сварки.

При сварке протекает целый ряд физических явлений, влияю­щих на распределение напряжений. Точность расчета напряжений зависит от полноты учета всех этих явлений. Повышение точности расчета напряжений требует не только применения более сложных расчетных формул, но также увеличения объема экспериментов для определения дополнительных физических характеристик сва­риваемых материалов. В связи с этим уровень точности нужно за­давать обоснованно, исходя из назначения результатов расчета.

Рассмотрим простейший случай сварки пластин встык прямо­линейным швом (см. рис. 11.3, а). Вдали от концов шва преобла­дающей является компонента напряжения о**, направленная вдоль шва. Во время сварки (в моменты времени г0, /2, ...)в одной из

точек на поверхности пластины проведена серия замеров темпера­туры 7о, Т, 72, ... и наблюдаемой продольной деформации гшх0, БнххЬ £нхх2> •••» причем Єн**о = 0. Будем считать, что в начальный момент времени (при t = /о) С**о = о И ВЫЧИСЛИМ 0**1 в конце пер­вого шага (при / = /і). Для этого нужно иметь зависимости ряда характеристик материала от температуры: єа(7), Е(Т) и ат(7).

1. Вначале необходимо получить дилатограмму - зависимость

га(Т) свободной температурной деформации данного материала от

температуры. По ней находим значения єао, єаь єа2, ... свободной

температурной деформации при температурах 7q, Т> 72, ... . Да­лее определяем приращение собственной деформации за первый шаг, используя формулу (11.2):

2. Для определения напряжения охх нужно получить зависи­мости от температуры модуля Юнга Е(Т) и предела текучести с>т(7) для данного материала. Примем, что приращение пластиче­ской деформации за первый шаг равно нулю, тогда по закону Гука

Полученное значение охх необходимо сопоставить со значением GTi предела текучести при температуре Т. Если < от1, то зна­чение найдено верно. В противном случае следует принять

°ХХ ~~ °Т1 *

Теперь можно последовательно определить значения напряже­ния в моменты времени 12, ^з, Ц и т. д. Получим аналогичный пока­занному на рис. 11.2 цикл изменения временного напряжения и в конце его - остаточное напряжение после полного остывания шва.

Зная напряжение, можно для каждого момента времени f* рассчи­тать упругую деформацию ву^ по формуле (11.9), а затем при­ращение пластической деформации за к-й шаг по формуле

^!'плА А£с к Абупр* •

Проводить измерения во время сварки трудно из-за высоких температур при прохождении сварочного источника и различных помех, влияющих на работу аппаратуры. Сложные и быстро изме­няющиеся распределения температур, деформаций и напряжений требуют установки большого числа датчиков. Поэтому экспери­ментальные исследования, связанные с большим объемом кропот­ливого труда и крупными финансовыми затратами, целесообразно применять главным образом для разработки компьютерных рас­четных методов, которые являются более универсальными, надеж­ными и эффективными (см. разд. 11.4.4).

Рекомендуется совместное использование экспериментальных и расчетных методов, при котором основной объем информации получают путем расчетов на компьютере, а экспериментально из­
меряют значения нескольких важнейших параметров. Экспери­мент позволяет проверить правильность работы компьютерной программы, а также вводимые при расчете исходные данные и при необходимости скорректировать их.