Длительность пребывания металла tn выше некоторой тем пературы Т рассчитывается по следующим формулам:
в случае 3 -х мерного температурного поля при наплавке на массивное тело
тзн |
____ 2 д_____. |
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.25) |
||
4пе |
vh (Тх — Т н) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
в случае 2 -х мерного тем |
||||||||||||
|
|
|||||||||||
|
|
пературного |
поля |
при |
|
од |
||||||
|
|
нопроходной |
сварке |
листов |
||||||||
|
|
^21 |
64яе |
|
—-—Г-----*------ Т |
|||||||
|
|
|
|
Хер |
Ы |
( Т |
г - |
Т |
п) \ |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.26) |
||
|
|
Коэффициенты |
Тан |
И |
||||||||
|
|
|
4пе |
|||||||||
|
|
т ан |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
определяются |
по но- |
|||||||||
|
|
64яе |
||||||||||
|
|
|
|
(рис. 2 .6 ) |
в за |
|||||||
|
|
мограмме |
||||||||||
|
|
висимости от безразмерного |
||||||||||
|
|
критерия |
1 г Т ” |
■ |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
* т— ' н |
|
|
|
|
|||
|
|
Многослойная сварка. |
||||||||||
|
|
Термический |
цикл |
|
при |
|||||||
|
|
многослойной |
сварке |
зави |
||||||||
|
|
сит |
от |
длины |
очередного |
|||||||
|
|
слоя |
(участка). |
длинными |
||||||||
|
|
При |
|
сварке |
||||||||
|
|
участками (0 ,5-М |
м) |
|
наи |
|||||||
Рис. 2.6. Номограммы для определения дли- |
большую |
скорость |
охлаж |
|||||||||
тельности |
нагрева |
дения |
испытывает |
металл |
||||||||
а — при тнf > 0,2; |
б — при тн <0,2 [3] |
первого слоя. Последующие |
||||||||||
|
|
слои |
укладываются, |
|
|
как |
||||||
правило, на металл, подогретый предыдущими слоями.
Для расчета скорости охлаждения первого слоя при сварке соединений различного типа (рис. 2.7) применяется схема на плавки валика на плоский слой (рис. 2.7,а). Скорость охлаж
дения определяется по формуле (2.23). При этом |
в качестве |
q/v и 6 в формулы (2.23) и (2.24) подставляются |
величины |
{й/У)рясч И брасч (рИС. 2.7).
Скорость охлаждения первого слоя уменьшается с ростом погонной энергии и особенно эффективно с увеличением темпе ратуры подогрева.
При многослойной сварке короткими участками (40— 400 мм) термический цикл должен обеспечить пребывание ме талла выше заданной температуры, а также умеренную ско рость охлаждения ниже этой температуры.
Параметры режима сварки короткими участками: qfv — погонная энергия сварки слоя зависит (2.3) от сечения наплав ляемого за один проход металла; I — длина участка; Тя — тем пература подогрева.
Режим сварки короткими участками выбирается из усло вия, чтобы температура шва и околошовной зоны 7"в к моменту
а |
б |
в |
г |
*рич <Г |
iУгв |
6 |
<Г |
Ч/УршаЧ/r |
3/2 q/v |
2/з ч/у |
Узч/у |
Рнс. 2.7. Значение расчетной толщины Ярде н расчетной по гонной энергии (f/aJpac*
укладки второго слоя находилась в нижнем субкритическом ин тервале (от температуры наименьшей устойчивости аустенита до температуры Ты начала мартенситного превращения). При этом длительность пребывания околошовной зоны /в выше тем пературы Гв должна обеспечить оптимальные условия распада
аустенита |
|
в |
пластичный |
|
Сварка |
|
Расчетная |
|
|
|||||
игольчатый |
троостит. |
|
|
|
|
|
||||||||
|
Температуру |
Тъ |
часто |
первого слоя |
1 |
слепа |
|
к |
||||||
принимают на 50 К выше |
1 |
~\Г~ъ - J |
\ Ж Ч » |
1 |
||||||||||
температуры |
Ты |
(470—620 |
|
|
|
\ Тепловые |
||||||||
К |
для |
перлитных |
сталей). |
|
|
|
||||||||
|
Для |
расчета |
температу |
|
|
|
1 потоки |
|||||||
ры |
|
|
|
Xi ■/ |
|
|
||||||||
Тя, |
до |
|
которой |
охлаж |
|
|
|
|
|
|||||
дается |
первый слой, |
прини |
|
1 |
У |
к |
| |
р |
||||||
мается |
схема |
мгновенного |
|
|||||||||||
выделения |
теплоты |
на |
за |
|
Рис. 2.8. Расчетная схема при сварке корот |
|||||||||
вариваемом |
участке |
/ |
(рис. |
|
||||||||||
|
кими участками |
|
|
|||||||||||
2.8). По |
схеме |
линейного |
|
|
|
|
|
|
||||||
быстродвижущегося источника теплоты в пластине (2.16) тем пература точек, расположенных на оси шва:
Т - Т я= --------q |
(2.27) |
об V4яХср/ |
|
Длительность охлаждения первого слоя до температуры Г„ равна
/в = --------- ;— ----------------. |
(2.28) |
4яХср8*о»(Гв— Гв)* |
|
К моменту времени tb должен быть уложен следующий слой. С учетом времени чистого горения дуги /г=//о и времени
перерывов t„ между укладками отдельных слоев время сварки одного слоя
*с = *г +
Длина завариваемого участка, обеспечивающая к началу сварки второго слоя температуру первого слоя выше Тв:
l = t rv = Vctf. |
(2.29) |
где kr= tr/tc — коэффициент чистого горения дуги.
Рис. 2.9. |
Номограммы |
для |
|
определения |
длительности |
||
нагрева |
при сварке корот |
||
кими |
участками: |
в — |
|
a — pi«0; |
б —pi**Otl; |
||
|
Pi“ 0,2 |
|
|
kr= \ для автоматической многодуговой сварки |
и |
Лг= 0 ,6 Ч-0 , 8 |
|||||
для ручной многослойной сварки. |
|
|
|
|
|
||
С учетом (2.28) |
и принимая tc = tB: |
|
|
|
|
|
|
*зМ2______ |
|
|
|
|
|
(2.30) |
|
4ntep64t> (Тл — Т „)* ’ |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
где k3— поправочный коэффициент, |
учитывающий |
тип |
свар |
||||
ного соединения. |
ka равен 1,5 |
(соединение |
встык); |
0,9 |
(соеди |
||
Коэффициент |
|||||||
нения тавровое |
и внахлестку); |
0 , 8 (крестовое соединение). |
|||||
Длительность tB нагрева околошовной зоны выше темпера |
|||||||
туры Тв определяют по номограммам |
(рис. |
2.9) |
в зависимости |
||||
от безразмерных параметров btc, Рь 0 . |
|
|
|
|
|
||
Общая длительность сварки п слоев |
|
|
|
|
|||
< с= ~ г — • |
|
|
|
|
|
|
(2-31) |
v k r
Безразмерное расстояние до рассматриваемой точки околошовной зоны
Pi = IУ I |
(2.32) |
где |« /|— расчетное |
расстояние околошовной зоны от источ |
ника (для стыковых швов — полуширина разделки поверху, для угловых швов — половина длины катета шва).
Безразмерный параметр
0 |
= 2 Щ |
(Т’в-'Гн) |
(2.33) |
|
krkqq |
||
где |
kq— коэффициент |
приведения мощности дуги, равный 1 , 0 |
|
для стыкового, 0,67 для таврового и нахлесточного и 0,6 для крестового соединения.
Коэффициент |
поверхностной температуроотдачи расчетного |
||
стержня сечением F=6l |
|||
. _ |
2а |
|
|
|
срб„р |
’ |
|
где.6 Пр= 2 F/p |
(р/ 2 |
— половина периметра). |
|
Продолжительность пребывания околошовной зоны послед него слоя выше температуры Ть определяют приближенно по формуле
Длительность нагрева выше заданной температуры тем больше, чем больше поперечное сечение шва.
2.4.3. Расчет проплавления основного металла
Геометрические размеры сварочной ванны и валика шва харак
теризуются следующими |
параметрами (рис. 2.10): L — длина |
|||
ванны; В — ширина |
ванны, Н — глубина |
проплавления, |
А — |
|
величина усиления |
шва, |
Fnp — площадь |
проплавления, |
F„ — |
площадь наплавки. Форму зоны проплавления оценивают отно сительной глубиной проплавления Н[В или коэффициентом
формы провара Чrap=BfH, а |
также коэффициентом |
полноты |
|
р |
|
|
|
проплавления Рпр= ■НВ |
. Величина цПр изменяется в пределах |
||
0,6—0,8. Максимальные |
Н\В |
при дуговой сварке |
достигают |
значений порядка 3 (сварка под флюсом). Очертания зоны на
плавки характеризуют коэффициентом |
формы р валика Чгв = |
|
=В/А и коэффициентом полноты валика |
Дв= |
• |
Тепловую эффективность процесса проплавления оценивают термическим % или полным тепловым т)пр к. п. д. процесса про плавления основного металла:
4t = |
vF прР5ПЛ |
|
|
|
|
|
|
(2.35) |
------------ ; |
|
|
|
|
|
|
||
|
я |
|
|
|
|
|
|
|
|
vFпрР$пл |
|
|
|
|
|
|
(2.36) |
Ппр — |
|
|
|
|
|
|
||
|
U I |
|
|
|
|
|
|
|
где s„„ — теплосодержание единицы |
веса |
расплавленного |
ме |
|||||
талла, включающее скрытую теплоту плавления. |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
При расплавлении ме |
||||
|
|
|
талла. |
массивного |
тела |
|||
|
|
|
точечным |
|
источником |
|||
|
|
|
теплоты |
термический |
||||
|
|
|
к. п. д. тр выше у мощ |
|||||
|
|
|
ных дуг, |
перемещающих |
||||
|
L _ |
|
ся |
с большой |
скоростью, |
|||
|
Q Q |
и |
может |
достигать |
пре |
|||
|
|
|
||||||
|
L |
|
дельного |
значения 0,368. |
||||
|
|
|
В |
случае |
мощного |
|||
|
|
|
|
|||||
Рис. |
2.10. Форма |
сварочной ванны |
быстродвижущегося |
ли |
||||
нейного источника тепло |
||||||||
|
|
|
ты |
в |
пластине предель |
|||
ное значение тр достигает 0,484.
При сварке швов, образуемых преимущественно наплавлен ным металлом, тепловую эффективность процесса характери зуют полным тепловым к. п. д. процесса наплавки:
Лнап : |
^ нр5пл |
(2.37) |
|
U I |
|
Используя |
формулы (2.35) —(2.37) |
и задаваясь значениями тр, |
Лпр, т)нап, можно рассчитывать величины Fщ> и F„. Производительность процесса сварки gc оценивают суммой
веса проплавленного в единицу |
времени основного металла |
g„Pи наплавленного присадочного металла gHan: |
|
Япр = pvFПр1 Янап = PVFн- |
(2.38) |
Производительность наплавки |
gHan зависит от производи |
тельности расплавления электродной проволоки gp: |
|
Янап = Яр (1 — £п)> |
(2.39) |
где £„ — коэффициент пртери металла электрода |
и ванны (при |
сварке открытой дугой £„= 0,054-0,2; при сварке |
под флюсом |
£„= 0,014-0,02). |
|
Удельная производительность наплавки характеризуется коэффициентом наплавки
а„ = |
г/(А с). |
(2.40) |