2. Оценка тепловых процессов вблизи сварочной ванны
Среди большого количества различных вопросов, связанных с оценкой тепловых процессов вблизи сварочной ванны, мало изученным является вопрос расчета размеров н формы проплавления при сварке плавлением. В 1960 г. вышел сборник исследований [65], в котором на основе анализа большого количества экспериментальных данных в сочетании с расчетом было показано, что проплавление свариваемых кромок можно рассматривать теоретически как результат распространения тепла по изделию от источника сварочного нагрева. Однако при этом необходимо учитывать характер распределения тепла источника по поверхности и глубине изделия, зависимость теплофизических свойств металла от температуры, особенность теплопередачи в ванне расплавленного металла и скрытую теплоту плавления.
Применение достаточно простых подходов, основанных на линейной теории теплопроводности, при постоянных коэффициентах и некотором идеализированном распределении тепловой мощности [65] позволяет главным образом оценить интегральную характеристику проплавления, а именно площадь поперечного сечения зоны проплавления. Используется обычно такая зависимость:

рис

где Sпp —условное объемное теплосодержание металла зоны проплавления; n— термический КПД процесса прогрева зоны теплопроводящего тела выше заданной температуры. Величина nt может быть найдена расчетным путем. Применительно к массивному! телу Н. Н. Рыка л иным [65] были по- ; л учены кривые т)( в зависимости от критерия для точечного и линейно распределенного источника по ширине или глубине, движущегося со скоростью V. Величина nt возрастает с уменьшением коэффициента температуропроводности а и теплосодержания S основного металла. С у величеннем мощности источника и скорости \ его перемещения термические КПД воз-9 растают, стремясь к предельным значениям, равным 0,368 при точечном источнике и 0,484 — при линейном. Распределение тепловой мощности источника в зоне нагрева способствует! увеличению т),. При расчетах по формуле (3) улучшить сходимость расчета с опытом можно введением соответствующих эмпирических коэффициентов к мощности q либо термическому 1 КПД п, [65].
Другой практический вопрос, связанный с оценкой тепловых процессом вблизи сварочной ванны,—определение длины L ванны жидкого металла. Точное определение L расчетными методами весьма затруднительно. Поэтому на основе теории распространения тепла построены полуэмпирические зависимости, вытекающие из соотношений (1), (2):
для случая наплавки валика на массивное изделие

рис

Естественно, что близость расчетных данных (4), (5) к эксперименту существенно зависит от правильно выбранных коэффициентов K1 К2.
По данным К. В. Любавского [34] величина К1 при сварке углеродистой стали под флюсом примерно равна 2,8—3,6 мм/кВА, при ручной дуговой сварке толстопокрытыми электродами —1,7—2,3 мм/кВА. Следует отметить, что указанный путь полуэмпирической оценки длины ванны с учетом поправочных множителей используется рядом исследователей [36, 65] для построения всей поверхности раздела жидкий — твердый металл. При этом искомая поверхность раздела аппроксимируется некоторой поверхностью второго порядка, параметры которой определяются через длины хвостовой и головной частей ванны, а также через ее максимальную глубину. Эти три линейных размера находятся с помощью зависимости типа (1) и трех поправочных эмпирических множителей.
Существуют и другие пути построения эмпирических зависимостей размеров зоны проплавления и длины сварочной ванны от основных параметров режима сварки. В их основу положены методы регрессионного анализа, позволяющие статистически установить адекватность полученных эмпирических зависимостей. Хотя такой анализ достаточно успешно можно проводить при относительно простой структуре аппроксимирующих эмпирических зависимостей (например, полиномы, или произведение степеней и т. д., не отражающих физику процесса), что позволяет рассматривать относительно небольшие области изменения параметров режима и условий сварки, все же такой путь построения зависимостей размеров зоны проплавления и длины сварочной ванны от основных параметров режима сварки является перспективным. Об этом свидетельствует также большой поток публикаций в последние годы [14, 60, 63]. Однако следует иметь в виду, что построенные таким образом эмпирические зависимости пригодны только для области исследованных параметров.
Интерес к тепловым процессам вблизи сварочной ванны связывается также с целым рядом вопросов, требующих информации о кинетике изменения температуры в твердой части тола, прилегающей к сварочной ванне. Часто такую информацию трудно получить экспериментальными методами, поэтому здесь особенно возрастает интерес к расчетным методам. Однако наиболее перспективным для таких задач является применение комбинированного расчетно-экспериментального метода, в котором расчет опирается па экспериментальные данные, получаемые достаточно доступным и надежным путем.
).

Pages: 1 2 3 4 5 6 7 8