Вплив теплоємності.

Збільшення теплоємності впливає аналогічно збільшенню

швидкості зварювання при постійній потужності, тобто ізотерми зменшують свою довжину та ширину.

0 X

7.4.6 Термічний цикл. Максимальні температури

По мірі руху джерела нагріву переміщуються і температурні поля усіх точок тіла. Зміна температури точки тіла у часі називається термічним циклом точки (див. рисунок 7.26).

Термічний цикл характеризується:

1 Швидкістю нагріву та швидкістю охолодження.

2 Величиною максимальної температури.

3 Тривалістю перебування t_п даної точки вище заданої температури T₃.

Чим вище різниця температур ∆ Т = Т_max – Т_з і чим більше t_п , тим гірше якість зварного шва і гірше умови його формування.

Термічні цикли точок (у стаціонарному стані), рівновіддалених від вісі шва однакові, але зміщені у часі. Термічні цикли точок, що знаходяться на різних відстаннях від вісі шва, будуть відрізнятися, а саме:

а) чим далі точка від вісі, тим менше швидкість нагріву;

б) чим далі точка, тим пізніше досягається Т_max і тим вона менш.

Характер зміни термічного циклу точки залежить від слідуючих факторів:

1) теплофізичних властивостей матеріалу, що зварюється;

2) способу та режиму зварювання;

3) наявності попереднього підігріву;

4) атмосферних умов;

5) форми та розмірів нагріваємого тіла.

Максимальну температуру циклу можна визначити експериментально шляхом закарбовування термопар у відповідних точках пластини, підключених до потенціометрів, а також аналітично.

7.5 Нагрів та розплавлення електрода

В загальному випадку розрізняють:

а) електрод скінченої довжини (РДЗ, газове зварювання з присадкою, ЕШЗ пластиною, тощо);

б) електрод нескінченої довжини (всі автоматичні і напівавтоматичні способи дугового зварювання, ЕШЗ дротом, тощо).

7.5.1 Нагрів електрода скінченої довжини

Нагрів електрода відбувається від трьох джерел нагріву:

1) дугою — основне джерело, забезпечує розплавлення електрода і основного металу;

2) струмом, що проходить крізь електрод — джоулевим теплом, здатне значно вплинути на процес розплавлення;

3) за рахунок контактного опору між електродом та електрододержаком — має другорядне значення, в розрахунках не обчислюється.

Нагрів електрода струмом. Температуру в заданій точці електрода в заданий час можна визначити експериментальним і розрахунковим шляхом.

При експериментальному визначенні температури електрода в заданій точці електрода закарбовують термопари і по мірі розплавлення електрода через рівні проміжки часу по потенціометрам фіксують зміну температур.

Існує багато методів розрахунку, але найчастіше використовують два нижче приведені.

У обох методах визначається гранична температура

, (7.51)

де T 0— початкова температура.

Визначається коефіцієнт n

, (7.52)

де d — діаметр електрода;

j — густина струму;

m, A, D ₁ — коефіцієнти, що визначаються по таблицям в

залежності від хімічного складу матеріалу

основи і покриття електрода та роду струму.

, (7.53)

де І — величина струму.

Розрахунок за першим методом складається з етапів:

1. По таблицям визначають m, A, D ₁.

2. Розраховують густину струму.

3. Розраховують граничну температуру — це температура, яка досягається в електроді від струму при нескінчено тривалому його протіканні.

4. Визначають n.

5. Визначають температуру електрода від протікання струму

, (7.54)

де t — час протікання струму;

Т_Т — температура в електродному матеріалі від струму, що

проходить.

В основі другого методу полягає номограма (рисунок 7.20).

Розрахунок за другим методом складається з наступних етапів:

1) по таблицям визначають m, A, D 1;

2) розраховують густину струму;

3) розраховують граничну температуру;

4) розраховують n;

5) розраховують ntі (точки k2і), де tі — інтервали часу, для яких визначається температура;

6) визначається точка k 1

; (7.55)

7) відшукується точка S та знаходяться точки k 3 і. Лінії Sk 3 і повинні проходити з витримкою пропорції відрізків;

8) розрахункова температура

. (7.56)

Нагрів електрода скінченої довжини дугою. Дуга розглядається як рухоме плоске джерело теплоти, що рухається зі швидкістю .

На рисунку 7.21 зображена схема розподілу температури по довжині електрода. На рисунках 7.21, а та 7.21, б - РДЗ (у випадку б) електрод має меншу довжину). На рисунках 7.21, в - ЕШЗ пластинами.

Розподіл температури по довжині електроду від нагріву дугою (дуга має вплив на відстані до 10 мм від т. О, а шлакова ванна – 1\3L, де L – довжина пластини)

, (7.57)

де Тк — температура розплавлених капель у т. О;

Т_Т — температура в електродному матеріалі від струму, що

проходить;

а — коефіцієнт температуропровідності, см2×c–1;

—швидкість зварювання, см×c–1.

7.5.2 Розплавлення електрода скінченої довжини

Нагрів електрода дугою відбувається від температури ТТ до Тк. При цьому ентропія електродного матеріалу збільшується від SТ до Sк. В основі розрахунків по розплавленню електрода скінченої довжини полягає рівняння процесу розплавлення електрода, яке має вигляд

, (7.58)

де — коефіцієнт корисної дії розплавлення електродного

матеріалу дугою;

— густина металу електрода, г×см–2;

F — площина перерізу електрода, см–2;

Sк — ентропія розплавлених капель, кал×г^-1;

SТ — ентропія електрода від нагріву струмом, кал×г–1.

, (7.59)

де qe — ефективна теплова потужність — кількість теплоти,

що вводиться дугою в метал в одиницю часу, кал×с–1;

q — повна теплова потужність дуги — кількість теплоти,

що виділяється дугою в одиницю часу, кал×с–1.

Швидкість розплавлення електроду

, (7.60)

де l — довжина електроду;

t — час розплавлення електроду.

Вага розплавленого металу за одну секунду gp (г×с–1) — продуктивність розплавлення

(7.61)

або

. (7.62)

Чим більше SТ, тим більш gp.

Коефіцієнт розплавлення електродного матеріалу (г×А–1×с–1; г×А–1×год–1)

, г ×А^-1×с^-1, (7.63)

. г ×А^-1×год^-1. (7.64)

Коефіцієнт нерівномірності розплавлення електрода ( ≤1.3)

, (7.65)

де та - максимальна та мінімальна швидкості розплавлення електроду.

7.6 Електрод нескінченої довжини

7.6.1 Нагрів електрода нескінченої довжини

Нагрів електрода здійснюється двома джерелами тепла (рисунок 7.22): прохідним струмом (розподіленим) і дугою (зосередженим).

У зв’язку з великою швидкістю подачі електродного дроту температура від впливу струму не встигає розповсюджуватися вище крапки А. Температура від нагріву струмом визначається за формулою (7.66)

, (7.66)

де l — довжина вильоту;

x — координата по довжині електрода, де визначається ТТ.

Температура нагріва електроду дугою визначаеться як

. (7.67)

Для ЕШЗ дротом на ділянці l ш температура електрода визначається як

, (7.68)

де Тш — температура шлаку;

l ш — довжина електрода, що занурений у шлак (дорівнює 1/3 від ( + ).

На ділянці сухого вильоту l с температура визначається як

. (7.69)

7.6.2 Розплавлення електрода нескінченої довжини

Для оцінювання процесу розплавлення електрода нескінченої довжини використовуються ті параметри, що й для електрода скінченої довжини.

Керують процесом розплавлення двома параметрами: величиною струму і довжиною вильоту.

При зростанні струму та довжині вильоту на початковому етапі зварювання зростає ентропія SТ та зростає продуктивність розплавлення.

Дата добавления: 2015-07-08