Нагрів тіл при електроконтактному зварюванні

Визначення тривалості перебування метала вище заданої температури

Нехай термічний цикл деякої точки має вигляд, представлений на рисунку (7.28).

Розрахункова формула для визначення t_н залежить від розрахункових схем джерела нагріву та нагріваємого тіла.

(7.100)

Наприклад, при однопрохідному зварюванні в стик з повним проваром t_H визначається

Коефіцієнт f₂ визначається конкретними умовами зварювання, а в загальному випадку залежить від величини Θ та визначається по монограмі

(7.102)

f₂ = f(Θ), (7.101)

Нагрів тіл при електроконтактному зварюванні

7.13.1 Особливості нагріву при стиковому електроконтактному зварюванні

Нагрів деталей, що зварюються, відбувається прохідним струмом, який здійснює роботу на подолання електричних опорів вказаних деталей (R₁,R₂) та контактного опору (R_K) між ними.

(7.103)

Температура в зоні контакту визначається як

де T₁ – температура стержнів, що зварюються, від прохідного струму (стала по довжині стержнів і може бути визначена за формулами для нагріву електродного матеріалу прохідним струмом);

T₂ – температура, що визначається величиною контактного опору і для конкретного способу зварювання (оплавленням або опором) потребує виведення. Кінцевий вираз приводиться у довідковій літературі.

7.13.2 Особливості нагріву при точковому електроконтактному зварюванні

(7.104)

Розподілення температури у деталях, що зварюються, при точковому електроконтактному зварюванні показано на рисунку 7.31. Теплота, що виділяється від прохідного струму, витрачається на нагрів конструкції, що зварюється, Q_д і тієї частини електродів, яка контактує з деталями, що зварюються, Q_е.

(7.105)

Розрахунку в основному підлягає Q_д

Теплота, що виділяється в деталі, витрачається на розплавлення основного металу в межах ядра (Q₁) і на нагрів металу, що зварюється, в межах кільця шириною х (Q₂). Величина х залежить від теплофізичних властивостей металів, що зварюються, (в основному від теплопровідності) та часу зварювання (від часу протікання та величини струму). В загальному випадку, чим жорсткіший режим зварювання, тим менше Q, тим більша швидкість охолодження.

Додатково по п. 7 дивись [1, 13, 14].

8 Металургійні процеси при зварюванні плавленням

8.1 Типи зварювальних ванн

Зварювальні ванни поділяються на:

1. З природним охолодженням та формуванням металу шва.

2. З штучним охолодженням та примусовим формуванням металу шва.

8.1.1 Зварювальна ванна першого типу

Типовим представником зварювальної ванни першого типу є ручне дугове зварювання.

Розподіл температури по довжині та ширині зварювальної ванни нерівномірний (додатково дивись п. 7.7 та п.10.5).

Зварювальна ванна за формою подібна еліпсоїду. Форма та розміри зварювальної ванни залежать від потужності джерела: g = f (І,U), швидкості зварювання та теплофізичних властивостей матеріалів, що зварюються. Основні розміри зварювальної ванни: довжина L, ширина b і величина заглиблення в основний метал h.

8.1.2 Зварювальна ванна другого типу

Типовим представником зварювальної ванни другого типу є електрошлакове зварювання.

Зварювальна ванна другого типу має такі особливості:

— на протязі всього процесу зварювання у верхній частині зварювальної ванни знаходиться рідкий метал. При цьому утворюються сприятливі умови для спливання шлакових включень, виходу газів;

— температура по об’єму зварювальної ванни розподіляється приблизно рівномірно і дорівнює температурі плавлення металу;

— зварювальна ванна має більш значний об’єм, тому метал шва знаходиться у нагрітому стані довше;

— метал зварювальної ванни ізольований від навколишнього середовища шаром розплавленого шлаку. Це сприяє утворенню кращих умов для металургійної обробки шва, а у підсумку отриманню більш високої його якості.

8.2 Газова фаза

У зоні зварювання розглядається взаємодія трьох фаз: газової, шлакової, металевої.

У газовій фазі відбуваються наступні процеси:

— дисоціація газів;

— насичення рідкого металу газами;

— хімічні реакції у середині газової фази.

8.2.1 Дисоціація газів

Найбільший вплив на властивості металу має дисоціація двох та трьох атомних газів. У загальному випадку реакції дисоціації ендотермічні (з поглинанням теплоти). Джерело теплоти — електрична дуга.

, (8.1)

, (8.2)

, (8.3)

де Q — енергія дисоціації (Q 1< Q 2< Q 3), тобто молекула азоту

найбільш міцна.

Для оцінки процесу дисоціації визначають ступінь дисоціації

, (8.4)

де — ступінь дисоціації;

К р — константа рівноваги (визначається емпірично);

р — тиск.

Наприклад, К р можна визначити емпіричним виразом Нернста

. (8.5)

Вплив процесу дисоціації на властивості сталей пов’язано з тим, що гази в атомарному стані мають велику хімічну активність та легко вступають до реакції з металом у зоні зварювання. Процес реакції іде в зоні найбільш високих температур. У прилеглих зонах іде зворотній процес виникнення молекул (екзотермічний процес). Завдяки цим двом процесам іде регулювання теплового стану у зоні зварювання.

Майже так само протікає процес дисоціації трьох атомних газів

(частіше усього в зоні зварювання присутні H 2 O та СО 2).

В залежності від умов може виникнути:

— окиснювальне середовище;

— відновне середовище.

Дата добавления: 2015-07-08