Под тепловыми процессами при сварке принято подразумевать процессы, приводящие к изменению температуры свариваемых изделий (и присадочного материала) за счет тепла, подводимого от источников сварочного нагрева, распространения тепла по изделию и отвода его в окружающую среду. Изменение температуры определяет, помимо явлений плавления и кристаллизации металла, прохождение сопутствующих процессов в материале изделия: структурные превращения, объемные изменения, появление упруго-пластических деформаций и т. д. Эти процессы оказывают значительное влияние на качество сварного соединения и всей сварной конструкции в целом, поэтому значительный интерес к изучению тепловых процессов при сварке появился сразу же в начале внедрения сварки в промышленность.
За прошедшие годы появилось большое количество работ, в которых экспериментальными и расчетными методами изучались различные, вопросы этой проблемы. Среди них можно выделить две характерные группы, связанные с решением различных теоретических и практических задач.
Это в первую очередь группа вопросов, связанная с изучением температурных полей и температурных циклов в свариваемом изделии в зависимости от способа, режимов и условий сварки, свойств материала изделия, его геометрических размеров и формы.
Вторая группа вопросов —это изучение нагрева и скорости плавления присадочного материала и электродов, в частности электродной проволоки, при механизированных способах сварки и штучных электродов с покрытиями.

1. Нагрев изделия при сварке
В одном из первых обзоров рассматриваемой проблемы [гл. 4, 83], опубликованном в 1937 г., упоминается большое количество работ, выполненных в начале 30-х годов различными исследователями при изучении температурных полей в изделии при сварке. Среди этих работ имеются отдельные исследования, авторы которых стремились к
теоретическим обобщениям экспериментально наблюдаемых фактов в распределении температур при сварке в зависимости от способа и режимов сварки, свойств свариваемых материалов, условий теплообмена и т. д. Наиболее значительной работой такого плана среди исследований того времени является работа Д. Розенталя, опубликованная в 1935 г. в трудах национального научного конгресса в Брюсселе. В этой работе были предложены расчетные зависимости для оценки квазистационарных температурных полей при сварке. Использовались соответствующие решения задач теплопроводности для тел простейшей формы, нагреваемых движущимися сосредоточенными источниками тепла. Результаты этой работы были мало известны вплоть до 1941 г., когда Д. Розенталь опубликовал свою статью подобного же содержания, но охватывающую наряду со сваркой и случай термической резки пластин.
В 1938 г. были опубликованы работы Н. Н. Рыкалина [73], заложившие основу для общей теории тепловых процессов при сварке [75, 78]. Сочетание экспериментальных исследований с теоретическими расчетами позволили Н. Н. Рыкалину построить теорию, признанную широким кругом ученых- исследователей и инженеров-сварщиков благодаря стройпости и доступности для восприятия практически на инженерном уровне подготовки.
Теория тепловых процессов при сварке, разработанная Н. Н. Рыкалиным, основана на следующих положениях.
1. Предполагается, что распространение тепла в нагреваемом изделии (электроде) осуществляется в основном за счет теплопроводности, соответственно конвективным переносом тепла в объеме жидкого металла при оценке температурных полей на некотором расстоянии от источника тепла можно пренебречь.
2. Необходимая информация об источниках тепла при сварочном нагреве должна быть получена экспериментальным путем; эта информация включает в первую очередь сведения об эффективной тепловой мощности источников, скорости и траектории их перемещения, распределении эффективной тепловой мощности в зоне сварки.
3. При получении указанной информации об источниках сварочного нагрева следует руководствоваться следующими двумя принципами.
Принцип местного влияния. В соответствии с этим принципом характер распределения тепла в теплопроводящем теле в пределах некоторой области с характерным размером d не оказывает практически влияния на температуру в зоне, удаленной от центра указанной области на расстояние больше (2—3 )d.
Принцип временного влияния. Утверждается следующее: «характер распределения тепловой мощности во времени на отрезке дельтаt=t2—t1 оказывает небольшое влияние на температуру теплопроводящего тела, обладающего достаточно высокой теплоемкостью, для времени
Указанные допущения позволяют построить достаточно эффективные как расчетные, так и экспериментальные методы исследования температурных полей в изделии при сварке, условно разделив общий интерес к температурным полям на следующие направления.
Первое направление связано с получением данных о температурных циклах в зоне достаточно высоких температур вблизи сварочной ванны и в жидком металле ванны, а второе — с получением данных относительно температурных полей во всей детали с более высокой допустимой погрешностью в зоне высоких температур. Такое разграничение позволяет во многих случаях существенно упростить как расчетные, так и экспериментальные методы получения указанных данных по следующим причинам. Местное температурное поле вблизи источника сварочного нагрева в достаточно больших изделиях слабо зависит от формы Й
размеров самого изделия и значительно зависит от распределения подводимого тепла и геометрии соединения (разделки). Температурное поле на некотором удалении от источника нагрева в силу принципа местного влияния мало зависит от характера распределения подводимого тепла и геометрии разделки, но более чувствительно к форме и размерам изделия. Поэтому для получения необходимых сведений о местном температурном поле вблизи сварочной, ванны можно использовать модели с достаточно идеализированными границами как при экспериментальных, так и при расчетных исследованиях. В случае исследования общего температурного поля можно ограничить количество исходных параметров за счет идеализации распределения тепловой мощности источника и геометрии разделки кромок, используя при этом весьма приближенные схемы распределения тепла источника сварочного нагрева. На рис. 2.1 показаны некоторые типичные приближения такого рода, широко используемые в теории тепловых процессов при сварке.

Pages: 1 2 3 4 5 6 7 8