Для расчетных схем, приведенных па рис. 2.1, а, б, квазистационарное температурное поле описывается следующими достаточно простыми зависимостями, приводимыми в работах
Н. Н. Рыкалина и Д. Розенталя.
Для полубесконечного тела (рис. 2.1,а)

Рис

— эффективная тепловая мощность источника сварочного нагрева; % — коэффициент теплопроводности материала изделия; v — скорость перемещения; а — коэффициент температуропроводности материала; То — начальная равномерная температура изделия; б — толщина пластины; Ко — модифицированная функция Бесселя;

рис

средний коэффициент поверхностной теплоотдачи с обеих поверхностей пластины.
Рпс. 2.1. Схема сварочного нагрева массивного тела (а) п тонкой пластины (б)

рис

В работах Н. Н. Рыкалина и его учеников предложены эффективные аналитические методы оценки основных параметров термических циклов металла шва и зоны термического влияния, с помощью которых в значительной степени можно судить о характере влияния термического цикла на свойства соответствующих участков металла сварного соединения. Основными параметрами термического цикла точек зопы термического влияния являются: максимальная температура, скорость нагрева, скорость охлаждения и длительность пребывания (выдержки) металла выше заданной температуры. Известен целый ряд методик и работ, в которых экспериментальным путем устанавливается связь между благоприятной структурой (свойствами) зоны термического влияния и параметрами температурного цикла для различных металлов и сплавов [55, 76, 90 и др.].
Ниже приведены значения оптимальных скоростей охлаждения для зоны термического влияния различных сталей при температуре 550° С, полученные из условий обеспечения высоких механических свойств путем пред-
упреждения чрезмерного перегрева металла (менше скорости) и появления малопластичных закалочных структур (большие скорости)
[90]

рис

Наличие таких данных расчетным путем назначить оптимальные режимы сварки, используя соответствующие расчетные зависимости между параметрами термического цикла и параметрами режима сварки. Предложенные Н. Н. Рыкалииым зависимости учитывают теплофизические свойства материала, конфигурацию изделия (для простых форм), условия внешнего охлаждения, температуру предварительного подогрева. В основу таких зависимостей положены определенные дополнительные упрощения, связанные с расчетной схемой «мощного быстро- движущегося источника». Эта схема предназначена для оценок тепловых процессов в зоне за движущимся с достаточно высокой скоростью источником тепла и предполагает, что в этой 8оне градиентами температур в направлении движения источника, т. е. по оси х (см. рис. 2.1), можно пренебречь по сравнению с таковыми в поперечных направлениях, т. е. по осям z, у (см. рис. 2.1, а) и оси у (см. рис. 2.1, б). Насколько справедливо такое допущение? Этот вопрос рассматривается в ряде работ как теоретических [78], так и на основе численных экспериментов. Характерную диаграмму предложили авторы [44] для оценки области применения схемы мощного быстродвижущегося источника (рис. 2.2). На этой диаграмме в системе координат
Vr/2a, vx/2a и vy/2a, vx/2a (рис. 2.2, б) приведены изолинии отношения т приращения температур в свариваемом изделии, рассчитанные по схеме мощного быстродвижущегося источника и зависимостям (1), (2). Вид- : но, что определенная область, где! ошибка превышает 10%, при малых: скоростях движения источника либо при большой температуропроводности материала может охватывать значительную часть практически интересной зоны температур, т. е. в этих случаях; применение схемы мощного быстродвижущегося источника связано с возможностью получения больших погрешностей.
).
Значительным фактором, влияющим на построение расчетных зависимостей температурных полей при сварочном нагреве, является ограниченность (в пространстве) свариваемых изделий. Чем больше температуропроводность материала и меньше характерный reoметрический размер, тем ближе к источнику нагрева обнаруживается влияние ограниченности изделия. Очевидно, что чем больше тепловложение при сварочном нагреве, тем выше температура, начиная с которой на стадии охлаждения в зоне сварного шва следует учитывать влияние границ изделия.
В этой связи предварительный подогрев свариваемого изделия (равномерный или от предшествующих сварных швов) увеличивает необходимость в учете влияния границ на температурные поля при сварке. Последнее весьма характерно для случаев наплавки изделий ограниченных размеров.
Возможность аналитическими средствами оценить это влияние рассматривалась различными исследователям! применительно к изделиям достаточна простой формы [4, 39, 50, 75]. Характерно, что решения типа приведенные в [39] были получены американским исследователями более чем через 10 лет. В случаях сложной конфигурации изделия применение аналитически средств вызывает значительные трудности; более перспективным становится использование различных приближенных численных методов.

рис

Важным и интересным вопросом является исследование тепловых процессов при сварке разнородных материалов. Например, при сварке плавлением стали с алюминиевыми сплавами большие трудности в получении качественного сварного соединения создают хрупкие интерметаллидные прослойки, образующиеся на границе сталь—алюминий [70]. Толщина этих прослоек и соответственно прочность соединения в существенной степени определяются диффузионными процессами, протекающими на границе при температурах выше 500° С. С другой стороны, исследование напряжений и деформаций требует достаточно подробных сведений
о температурном поле во всем изделии.
Подобного типа вопросы возникают и при сварке других сочетаний разнородных материалов. Однако аналитическое решение можно получить даже для температурного поля на периферии, только для достаточно простых форм изделия типа показанного на рис. 2.3,й—в [44, 49, 82].
Более широкие возможности имеются в целом ряде случаев при использовании численных методов [41].

Pages: 1 2 3 4 5 6 7 8