Размера сваРочн°й ванны. Теоретически очертание ванны расплавленц0 1-о металла соответствует очертанию изотермиче ской поверхности температуры плавления Т„„. Однако извест ные расчетное схемы не учитывают распределенности источ ника нагреву скрытой теплоты плавления, переменности зна чений теплофнзических констант и др. Вследствие этого расчет позволяет оценить размеры ванны приближенно.
Длина Ванны при наплавке валика на массивное тело
L = ------- |
SL___. |
Экспериментально получены попра вочные коэффициенты для более точно го определения размеров ванны.
Для однопроходной сварки длина и ширина сварочной ванны определяются соотношениями
L = |
1 |
Д2 |
(2.42) |
0,050з-----. ------- |
— ~— ; |
||
|
m |
|
|
В = |
0,242. |
|
(2.43) |
пчсрбТпл
Вслучае электродуговой сварки стали
СтЗ коэффициенты т = 0,0007 |
q/v, п — |
|
|
|||
=0,00049 q/v — 0,2. |
(2.43) |
можно |
|
|
||
Зависимости |
(2.42) и |
Рис. 2.11. |
Схема нагрева |
|||
использовать для |
расчетов |
при |
электро- |
массивного тела нормально |
||
круговым |
источником теп |
|||||
шлаковой сварке. В этом случае |
т = 1,2, |
|
лоты |
|||
я =0,95. |
|
при |
электрошлаковой |
сварке |
||
Глубина проплавления |
||||||
Нпр |
Я |
/ |
|
|
|
(2.44) |
vcpbTпл |
* |
|
|
|
||
|
2 |
|
|
|
|
|
где f — сварочный зазор (рис. 2.14).
2.5. Учет распределенности источников теплоты
Большинство сварочных источников теплоты являются нор мально распределенными. Тепловой поток в пятне нагрева рас пределен (рис. 2 .1 1 ) по нормальному закону
Яг = 42т е _ *"а. |
(2-45) |
где k — коэффициент сосредоточенности теплового потока ис точника, зависит от способа и режима сварки.
При расчетах радиус пятна нагрева принимают равным рас
стоянию, |
на котором |
удельный тепловой поток </2 (гн) равен |
0,05 <?2 т, |
т. е rH= dJ2 |
(см. рис. 2 .1 1 ). |
Условный расчетный диаметр пятна нагрева |
||
d„ = 3,46/У * • |
(2.46) |
|
Процесс распространения теплоты в пластине от мгновен ного нормально кругового источника выражается зависимо стью
qdt |
Га |
4а «+<„) |
|
dT |
(2.47) |
срб4яа (< + |
<0) |
где dt — время действия мгновенного нормально кругового ис точника эффективной мощностью q\ to—\/4ak — условное время действия фиктивного сосредоточенного источника, формирую щего в соответствии с расчетной схемой температурное поле распределенного источника к моменту его введения.
В случае введения мгновенного нормального кругового ис точника на поверхности полубесконечного тела
2qdt_________ 1 |
г3 |
|
г1 |
|
4а «+(„) |
1 |
4at |
||
ср |
4яа (f + |
10) |
(4яа<),/2 |
(2.48) |
|
||||
Температурное поле подвижного нормально кругового ис точника в пластине на стадии теплонасыщения может быть рассчитано по формуле
7' = г пре*"”[^ 2 (Р2: *2 + * о )-*2((У . то)]- |
(2-49) |
где Ч'г— коэффициент теплонасыщения (см. рис. 2 .2 , 6 ); |
Гпр — |
температура, определяемая по формуле (2 .8 ). |
|
Безразмерное время |
|
т.= ( - £ - + *)/,,
Впредельном состоянии при t-*~оо
Т = Т„р е « * [1 - Т 2(Р2; то)]- |
(2-50) |
В случае быстродвижущегося мощного нормально кругового источника в пластине
У» —Ы
4а«+<„)
(2.51)
vS [4яо (/ + <„)1, / 2
При большой скорости перемещения быстродвижущегося мощного нормально кругового источника по поверхности полу
бесконечного тела температурное поле может быть рассчитано по схеме нор>*ально линейного источника
_ _2?______ у*
Т = — |
а |
Ш |
4а (t+t0) |
------------- ГлГ" е |
|
(2.52) |
|
2л Л 1'< '+ 'о ) 1,/2 |
|
|
|
Такой источНик нормально распределен по линии, перпендику лярной напрЯвлению его движения (оси Ох).
В формулах (2.57) и (2.58) t — время, отсчитываемое от мо мента пересе(,ения распределенным источником плоскости, в ко торой находи™ рассматриваемая точка.
2.6. Особенности тепловых процессов при различных видах сварки
2.6.1. КонтакТная сварка стержней
Нагрев стержней ПРИ контактной стыковой сварке осуществля ется проходЯЩим током плотностью j. Температуру нагрева АТ можно представить (рис. 2.12) как сумму
ДТ = ДГх + ДТ’г. |
(2.53) |
где ATi — равномерная составляющая, вызванная работой тока
на |
удельном |
сопротивлении |
металла |
рг; |
— неравномерная |
||||
составляющая, вызванная контактным сопротивлением R. |
|||||||||
|
Равномерная составляющая |
|
|
|
|
||||
|
ДГ! = |
—?— (eptDo' — 1), |
|
|
|
|
(2,54) |
||
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
ч е |
|
» . - ( - * г ) / - |
|
|
|
|
(2-55) |
|
Значения |
|
и коэффициента р приведены в табл. 2.3. |
|||||||
|
Неравномерная составляющая АТг рассчитывается по-раз |
||||||||
ному в |
зависимости от способа контактной сварки. |
|
|||||||
|
Контактная сварка сопротивлением. На стадии нагрева |
||||||||
|
Д7\, = . |
Ог___+р“0' |
|
|
|
|
(2.56) |
||
|
ср ^4я at |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
х — расстояни1е от стыка |
до сечения, в |
котором |
определя |
|||||
ется температура. |
|
выделяющейся в |
стыке: |
||||||
|
Удельное |
количество теплоты, |
|||||||
|
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
где |
k — коэффициент, зависящий |
от |
свойств |
металла |
и удель |
||||
ного давления |
(см. табл. 2.4). При большем удельном давлении |
||||||||
коэффициент k меньше. |
|
|
|
|
|
||||
Температура сваривания металла (для стали 1520—1620 К) в стыке достигается при определенной продолжительности на
грева t„. |
Значения |
произведений j2t„ приведены в табл. 2.4. |
|||||
На стадии выравнивания температур после окончания на |
|||||||
грева при t> tH |
|
|
|
|
|
|
|
ДТг |
ДГхи |
Х + 1 |
|
х — 1 |
|
|
|
2 |
V v - |
*«) |
V4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||
где ДТш — температура ДГ1 |
в момент окончания нагрева; Ф — |
||||||
функция |
интеграла |
вероятности, берется по таблице в зависи |
|||||
|
|
|
мости от величины аргумента: |
||||
|
|
|
Д |
= _____ % |
_ е- ^ |
Г +Р4,“<н |
|
|
|
|
|
ср д / Anat |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.57) |
|
|
|
В |
формулах |
(2.63) |
и (2.64) |
|
|
|
|
t — полное время с |
момента на |
|||
|
|
|
чала |
нагрева. |
сварка |
с преры |
|
|
|
|
Контактная |
||||
Рнс. 2.12. Схема нагрева стержней при |
вистым подогревом |
и |
последую |
||||
|
стыковой сварке |
|
щим |
оплавлением. Прерывистый |
|||
|
|
|
подогрев рассматривают как не- |
||||
прерывный в течение времени tH током меньшей |
плотности |
||||||
где |
— суммарная |
длительность |
периодов включения тока |
||
плотностью /. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ТАБЛИЦА 2.3 |
|
ЧИСЛЕННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ДЛЯ РАСЧЕТА |
||||
|
|
НАГРЕВА СТЕРЖНЕЙ [3] |
|
|
|
|
Материал |
( — ^ ИР, |
0-1О3, |
(/«<„)• 10- ’ |
л-ю -1, |
|
V СР /0 |
1 |
А«с |
Дж-А |
|
|
|
мм4-град |
град |
ММ4 |
мм4 |
|
|
Аа-с |
|||
|
|
|
|
|
|
Сталь |
10 |
3,6 |
3,8 |
8,9—9,3 |
8 — 10 |
Сталь |
45 |
5,25 |
3,0 |
7,2—7,5 |
7—9 |
Сталь |
25НЗ |
5,6 |
2,23 |
7,5—7,8 |
9— 10 |
Сталь Р 18 |
12 |
0,64 |
12,4 |
7,5—9 |
|
Сталь |
нержавеющая |
16,7 |
0,28 |
6,2 |
3,8—5 |
(18-8) |
|
|
|
|
|
Алюминий |
1,35 |
2,33 |
25 |
7—7,5 |
|
Медь |
|
0,53 |
2 ,8 |
85—88 |
5—5,5 |
Температуру ATi |
определяют |
по формуле (2.60) с заменой |
||||
/ на /эф в формуле (2.61). |
|
|
|
|||
Неравномерная составляющая |
|
|
||||
|
АТ, = |
|
4at |
bp(o°< |
dT |
(2.58) |
где |
qi = t/к /9ф — мощность |
плоского источника |
теплоты. |
|||
|
|
|
|
I-------7 |
|
|
|
|
|
|
\ |
|
|
|
у |
£ 2 |
0 |
\ |
|
|
|
|
|
|
|
||
йТ, |
Удсдрш0 |
|
|
|
|
|
„ |
|
|
|
|
|
|
z |
Чг |
|
|
|
|
|
1,0 Т
0,1
0,8
о,г |
о,* |
о,б |
о,8 |
1,о |
и |
i,4fi(o0t |
Рис. 2.13. Номограмма |
для определения |
температуры |
стержней |
при прерывистом |
||
|
|
догреве [2) |
|
|
|
|
Параметр UK,«0,4-H0,6 В (более высокие значения пара метра соответствуют малым скоростям перемещения зажима
машины и большим сечением стержней). |
|
|
Численное |
определение ДТ2 производят по номограмме |
|
(рис. 2.13) |
через безразмерные параметры: |
температуру |
Л7у лДсрршо |
время соРо/ и расстояние х |
T ‘ |
<7» |
V J |
|