ТЕОРИЯ сварочных процессов

Влияние режима сварки и теплофизических свойств металла на поле температур

Рассмотрим влияние скорости сварки и эффективной мощ­ности источника на поле температур на примере сварки пластин.

С увеличением скорости и при q = const зоны, соответствую­щие определенным приращениям температур, например АТ = = 600 К, уменьшаются по ширине и длине (рис. 7.1, а). Если пренебречь коэффициентом температуроотдачи в формуле (6.26), то окажется, что уменьшение длины и ширины зон происходит прямо пропорционально увеличению скорости сварки.

С возрастанием мощности источника теплоты q длина и шири­на зон, нагретых выше определенной температуры, увеличивают­ся быстрее, чем мощность источника. Увеличение длины зон идет быстрее, чем ширины (рис. 7.1,6). Одновременное увели­чение мощности источника теплоты и скорости сварки при по­стоянной погонной энергии сварки q/v приводит в основном к увеличению длины зон. Ширина зон также увеличивается, но стремится к определенному значению (рис. 7.1, в).

Рассмотрим влияние теплофизических свойств металла на распределение температур.

Наиболее заметно влияние теплопроводности металлов К. Уве­личение теплопроводности при прочих равных условиях пример­но соответствует случаю одновременного уменьшения мощности и скорости при постоянной погонной энергии сварки. Зоны, охватываемые изотермами (в дальнейшем для краткости — просто «зоны»), сильно укорачиваются и несколько сужаются. В качестве примера можно сравнить между собой низкоугле­родистую и аустенитную стали, у которых теплоемкости при­мерно одинаковы, а теплопроводность различная (рис. 7.2, а, б,

BOOK

800

Влияние режима сварки и теплофизических свойств металла на поле температур

ОООК BOO 800 10001200 1500

ООО К BOO 800

SW

Рис. 7.1. Влияние режима сварки на температурное поле предельного состояния в стальной пластине (6= 1 см):

Влияние режима сварки и теплофизических свойств металла на поле температур

-20 -16/-12/-8 /-0

-0 0 >1200 1500

О 2

WQK ООО BOO 800

а — изменение скорости сварки о (q = const = 4 кВт); б — изменение мощности источника теплоты q (и = const = 0,5 см/с); в — изме­нение мощности и скорости (q/v = const — 0,38 Вт/(см - К); cq= 4,8 Дж/ (см3 • К); о = 0,08 см /с)

Влияние режима сварки и теплофизических свойств металла на поле температур

.

.«J Ш(тнш-

т

4

70К

V-

щ

ж&тю? оо ^'1000

Г800

-1846-14-12-10-8f-6 -4j-2 0 2 4 200 600

-18-16-14-11-10-8-6 -4 -2 0 2 4

Влияние режима сварки и теплофизических свойств металла на поле температур

ток

Влияние режима сварки и теплофизических свойств металла на поле температур

1

іеді

Ж

ж

у

400

V

/

300 J

с

і

V

J

ч

^200

л

/

у

*

л

-18-16-І4-І2-І0 -8 - В -4 -2 0 2 4

-18-16-14-12-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4

4

2

О

ус, ом

2

4

В

8

Рис. 7.2. Влияние теплофизических свойств материала (см. табл. 7 1) на характер температурного поля в пластине толщиной 1 см (<? = 4,2 кВт, v = 0,2 см/с)

табл. 7.1). У меди и алюминия, обладающих высокой теплопро­водностью, изотермы в области высоких температур близки к ок­ружностям (рис. 7.2, в, г).

Увеличение теплоемкости металла ср оказывает примерно та­кое же влияние, как увеличение скорости сварки при постоянной мощности. С увеличением теплоемкости металла при прочих равных условиях зоны укорачиваются и сужаются.

При сварке массивных тел влияние параметров режима сварки и свойств металла на поле температур иное, чем при сварке пластин.

Изменение скорости сварки при q = const в основном влияет на ширину зон и почти не влияет на их длину. Из формулы (6.22) следует, что на оси шва в области позади источника теплоты, где R = — х, распределение приращений температуры не зависит от скорости сварки

АГ = q/(2nlR). (7.1)

Таблица 7.1. Значення коэффициентов для расчета температурных полей

Материал

тср, К

Я, Вт/ (см • К)

ср,

Дж/ (см3 • К)

а, смг/с

Ннзкоуглеродистая

сталь (а)

900

0,38

4,8

0,08

Хромоникелевая

аустенитная сталь (б)

900

0,25

4,7

0,053

Алюминий (а)

600

2,7

2,7

1,0

Медь (г)

700

4,0

4,2

0,95

Поэтому с увеличением скорости сварки изотермы сгущаются впереди источни­ка теплоты, а распределе­ние температуры на отрица­тельной полуоси остается постоянным (рис. 7.3).

аТ. Н

Влияние режима сварки и теплофизических свойств металла на поле температур

С увеличением мощности источника теплоты q увели­чиваются длина и ширина зон на плоскости хОу. Уве­личение длины зон происхо­дит быстрее, чем их ширины.

Одновременное увеличе­ние мощности источника и скорости сварки при посто - Рнс. 7.3. Влияние скорости перемещения ЯННОЙ ПОГОННОЙ Энергии

точечного источника теплоты на распре - сварки q/v качественно ВЛИ-

деления приращений температуры по оси яет на , и размеры зон

Ох в полубесконечном теле (<7 = 4 кВт; т г j г г

0,4 Вт/(см. К), а = 0,1 см Vc) Ta* же> как и ПРИ СВарке

пластин.

Увеличение теплопроводности X равносильно одновременному уменьшению мощности источника и скорости сварки при посто­янной погонной энергии q/v. Увеличение теплоемкости ср влия­ет так же, как возрастание скорости сварки, т. е. зоны сужаются, но распределение температуры по отрицательной полуоси оста­ется постоянным.

ТЕОРИЯ сварочных процессов

Граничные условия

Чтобы решить дифференциальное уравнение теплопроводно­сти, необходимо задать распределение температур в начальный момент времени (начальное условие) и условия взаимодействия тела с окружающей средой на его границах (граничные условия). Начальное условие определяется …

Основные допущения и упрощения, принятые в классической теории распространения теплоты при сварке

На современном уровне развития математики аналитическое решение уравнения теплопроводности в общем виде (5.21) еще не найдено, однако при введении некоторых допущений и упрощений можно получить пригодные для практического использования ча­стные …

Дифференциальное уравнение теплопроводности

Сложный процесс изменения температуры точек тела с коор­динатами jc, у, z во времени t описывается дифференциальным уравнением теплопроводности. Для вывода этого уравнения необ­ходимо рассмотреть баланс теплоты в некотором элементарном объеме …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.