ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.04.2024
Просмотров: 40
Скачиваний: 0
I |
г I. |
vm |
|НАУЧН-Т- |
||
I |
БиБЛ». -KA ССС» |
L |
Председатель Методического совета заочных курсов по тех-
нологии и оборудованию сварочного производства—
К. П. Вощанов
Научный редактор—В. С. Черняк
ВВЕДЕНИЕ
Сварка металлов плавлением требует мощных источников тепла. Они необходимы вследствие высокой теплопроводности металлов, обуславливающей большой теплоотвод в окружаю щий ненагретый металл, а также высокой температуры плав ления металлов, применяемых в технике Таким образом, мест ный нагрев металла до температуры равной или превышаю щей температуру его плавления в среде с высокой теплопро водностью возможен только источником тепла высокой интен сивности.
Сила источника тепла определяется его температурой, до статочной для передачи необходимого тепла в зону сварки. Ко личество тепла, передаваемое металлу, в первую очередь за
висит от разности температур источника тепла и нагреваемого металла. Затем от характера источника тепла, создаваемого
электрической дугой или газовой горелкой и определяющего
условия принудительной конвекционной теплопередачи. Температура в зоне сварки должна превышать температуру
плавления металла, чтобы обеспечить образование сварочной ванны необходимых размеров. Сварочная ванна ограничена
изотермической поверхностью с температурой, равной темпе
ратуре плавления металла, и может, в свою очередь, рассмат
риваться как источник тепла по отношению к окружающему металлу, которому сна будет интенсивно отдавать тепло.
Процесс сварки ведется с определенной скоростью. Источ ник тепла перемешается относительно металла со скоростью,
равной скорости сварки. При перемещении источника тепла в зону сварки вовлекаются новые массы ненагретого металла, теплосодержание которого должно изменяться по времени, в
зависимости от движения источника тепла. Изменение темпе ратуры металла в данной точке сварочной зоны носит назва
ние термического цикла.
Схема распределения температуры между движущимся ис точником тепла, металлом сварочной ванны и окружающим металлом показана на примере проплавления массивной детали
(полубесконечное тело) с некоторой постоянной скоростью да (рис. 1).
з
Z I
Рис. 1. Схема распределения температуры между источником тепла, движущимся с постоянной скоростью, и изделием
(полубесконечное тело).
Рис. 2. Распределение температуры теплового потока нормального кру гового источника
а) пламя газовой горелки б) электрический дуговой разряд.
4
Подробное рассмотрение теории тепловых процессов при’ сварке, созданной Н. Н. Рыкалиным и его школой, является темой следующего раздела. Однако необходимо указать здесь, что основной оценкой источников тепла с точки зрения этой теории является мощность источника qn (кал\сек) и коэффи циент сосредоточенности К.
Принимая, что поток тепла, распространяющегося от источ ника, является симметричным, можно считать, что температу ра убывает от центра к периферии по закону нормального распределения (кривая вероятности Гаусса) (I), графически пред
ставленного на рис. 2, в виде кривых распределения темпера |
|
тур, и описываемого уравнением: |
|
Ыг) = <А(т)‘ е~кг\ |
(I) |
где 7_>(г)— удельный поток тепла в произвольной точке А наг
реваемой поверхности (калием,2 ■ |
сек)-, |
|||
qt (т) — наибольший |
удельный |
поток |
тепла в точке С |
|
(кал)см2 ■ сек)-, |
|
|
|
|
г —расстояние от данной точки А до оси пламени (см); |
||||
к — коэффициент |
сосредоточенности, |
характеризующий |
||
крутизну кривой нормального распределения тем |
||||
ператур (см~2). |
К |
является очень важной |
||
Коэффициент сосредоточенности |
||||
характеристикой источника тепла |
при |
сварке металлов. Для |
||
электрической дуги он |
всегда выше, чем для пламени свароч |
ной горелки (см. рис. 2).
Наиболее широкое применение в качестве источников теп ла при сварке плавлением получили электрическая дуга и аце
тилено-кислородное пламя.
Глава I
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СВАРОЧНАЯ ДУГА
1. ДУГОВОЙ РАЗРЯД КАК ТЕПЛОВОЙ источник
Дуговой разряд, возникающий между электродами, нахо дящимися под напряжением, является интенсивным источником
тепла. Тепловая мощность электрической |
дуги определяется |
|||||
уравнением: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
qa = -qa- 0,24/С/, |
(2) |
||
где qK — эффективная |
тепловая мощность дуги (кал/сек), |
|||||
т]и — эффективный |
коэффициент полезного действия дуги, |
|||||
IU — ток и напряжение дуги, |
|
|
||||
0,24 — тепловой эквивалент электрической энергии [——— |
||||||
|
|
определяется |
|
I джоуль I |
||
Коэффициент |
условиями, в которых разви |
|||||
вается дуговой разряд, и может колебаться в |
значительных пре |
|||||
делак. |
|
|
|
|
|
|
Например, дуга между угольным электродом и свариваемым |
||||||
металлом имеет меныпий |
чем |
дуга при сварке металличес |
||||
ким электродом. В |
первом |
случае значительная доля энергии |
||||
тратится |
на непроизводительный |
нагрев неплавящегося элек |
||||
трода и |
излучается |
в окружающее пространство. При сварке |
||||
металлическим электродом |
большое количество тепла посту |
|||||
пает в сварочную |
ванну с |
каплями электродного металла, наг |
||||
ретого до высокой температуры. Но и в |
этом случае часть |
|||||
энергии излучается в |
окружающее пространство. Наиболее вы |
сокое значение имеет |
т(н при сварке под слоем плавленого флю |
||
са |
за |
счет резкого |
сокращения потерь тепла на излучение и |
потерь, |
связанных с разбрызгиванием металла. |
||
да |
Сравнительные данные о тепловом балансе дугового разря |
||
приведены на рис. |
3. |
6
<L)
б)
6)
Рассеивание в окруж. среду ^20%
Потери на нагреб |
|
||
электрода ~20°/о |
|
||
'Полная теплобая |
|
--------- ! |
|
мощность дуги. |
Эффективная |
тепловая |
|
100% |
|||
мощность |
дуги |
||
|
|||
|
60% |
|
|
Рассеивание б окриж. |
|
|
|
среду 20% |
|
|
|
Потери на разбрыз |
|
||
гивание *5°% |
|
||
|
Перенос с каплями |
||
Поглощение Г |
расплавленного металла |
||
|
|
||
электрода 307,1 |
|
|
|
та 50% |
Эффективная теплобая |
||
мощноешь дуги « 75% |
|||
‘Полная теплобая мощность |
|
||
дуги 100°% |
Плавление флюса 18°/„-. |
||
Перенос с каплями |
|||
расплавленного |
|
|
|
металла 28°/, |
|
|
|
|
Раз5рызгибание~1°/О |
||
Т |
Эффективная теплобая |
||
Поглощение основного |
|||
металла ~ 54% |
мощность дуги»81°% |
1
Полная тепловая мощность дуги 100%
Рис. 3. Тепловой баланс электрической сварочной дуги
а) угольная дугч <П. Д. Кулагин), б) открытая металлическая дуга Н. Н. Рыкалин),
в. дуга под слоем флюса (И. В. Кирдо)
В табл. 1 приведены значения эффективной тепловой мощ ности, коэффициентов сосредоточенности и эффективных коэф фициентов полезного действия электрических дуговых разря
дов различного вида (I).
Дуговой разряд
Между металлическими электрод ми под флю сом (переменный ток)
Между металлическими электродами откры тый (переменный ток)
Между угольным элек
тродом и металлом (постоянный ток, пря мая полярность)
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
Нежим сваоки |
|
Эффек |
|
||
|
нап- |
|
|
тивная |
|
|
|
|
|
тепловая |
|
||
Ток I ряже- |
|
|
мощ |
<?и |
|
|
(л) |
ние |
|
|
ность |
|
|
|
Ща) |
|
|
(кал\сек» |
|
|
900 |
37,5 |
5 |
31,7 |
6580 |
6,0 |
81,5 |
1100 |
37,5 |
5 |
21,4 |
6900 |
1,26 |
69,7 |
900 |
36,0 |
— |
18,7 |
4320 |
1,1 |
55,5 |
2.ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ВЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ДУГОВОМ РАЗРЯДЕ
Прохождение электрического тока через газы возможно только в том случае, если газы содержат в себе электричес ки заряженные частицы, т. е. находятся в ионизированном со^ стоянии.
Процесс ионизации газа может вызываться внешними причи нами (Зависимый дуговой разряд) или внутренними, в резуль
тате процессов, происходящих на электродах и )азовом про межутке самого разряда (независимый дуговой разряд). В сва рочной технике используется независимый дуговой разряд, при
котором ионизация газа происходит в |
момент отрыва электро |
||||||
да от свариваемой |
детали, |
вследствие |
мощного эмиссионного |
||||
потока электронов |
в атмосферу, содержащую легко ионизи |
||||||
рующиеся пары |
металла. |
|
|
|
|
||
Возникновение зависимого и независимого дугового разряда |
|||||||
может быть |
представлено |
характерным изменением силы тока |
|||||
и напряжения |
в |
момент |
зажигания дуги. На рис. 4 показано |
||||
изменение тока |
и |
напряжения |
в зависимости |
от времени при |
|||
возбуждении |
дугового разряда. |
Напряжение |
создано заранее |
большое, а ток равен нулю. В результате ионизации дугового
промежутка напряжение падает, а ток растет до некоторого постоянного при данных условиях значения. На рис. 5 показа но изменение тех же величин для независимого дугового раз. ряда.
8