Сведения относительно Tp Тnl и Tmin—Тпл в общем дают только предельные значения для температуры в сварочной ванне. Что касается информации относительно пространственного распределения температуры в сварочной ванне, то имеющиеся экспериментальные данные [24, 64, 69] для дуговой сварки различных материалов пока еще не дают оснований для каких-либо обобщений. Приведенные на рис. 2.6 данные для дуговой сварки могут только приблизительно характеризовать температурное состояние сварочной ванны для других способов сварки. В частности, при электрошлаковой сварке средняя температура металлической ванны, судя но данным [61], на 200° С более низкая, нежели при дуговой сварке. Значительно меньше и максимальные температуры в металлической ванне.
Для способов сварки с более высокой i концентрацией энергии, нежели при дуговой сварке, например электроннолучевой сварке, имеющиеся в настоящее время экспериментальные данные весьма ограниченны. Тем не менее из косвенных соображений следует, что средняя температура сварочной ванны должна не очень сильно отличаться от графика на рис. 2.6.
Рассмотрим сведения, полученные в исследованиях нагрева изделий при других способах сварки.
).
Сварочный нагрев периодическими источниками тепла. В сварочном производстве концентрированные нсточники тепла периодической мощности применяются при аргонодуговой сварке малых толщин, лучевых способах сварки и т. д. Принцип временного влияния, сформулированный выше, а также ряд экспериментальных исследований 1 [62 и др.] показывают, что при достаточном удалении от источников тепла | температурные поля периодических источников идентичны таковым от источников постоянной мощности, равной средней мощности периодического источника тепла за период. Основательное теоретическое исследование этого вопроса выполнено в работе [13]. Применительно к наиболее типичным схемам нагрева изделий сосредоточенными источниками тепла в [13] даны зависимости, связывающие температуру в различных точках изделия во времени с основными параметрами процесса нагрева. На рис. 2.7 для случая точечного* источника, движущегося со скоростью;
0,6 см/с на поверхности массивного стального изделия (а=0,08 см2/с)_, приведены величины отношения температур 0 при циклическом изменении мощности по прямоугольному импульсу (длительность цикла tc= 1 с) и различной скважности импульсом S=U/te (U — длительность импульса) к эквивалентным температурам при постоянной мощности. Сплошные линии отно
сятся к моменту окончания импульса, а штриховые — к моменту окончания паузы. Кривые получены для различных значений радиус-вектора Л, характеризующего расстояние рассматриваемой точки до источника. Видно, что для #=0,4 см влияние переменной мощности источника уже невелико, в то время как для меньших R это влияние весьма существенно, поскольку максимальная температура возрастает в два и более раз в зависимости от скважности.
В зависимости от необходимой глубины нагрева наиболее целесообразными в энергетическом отношении являются режимы, обозначенные на рис. 2.7 точками М1, Мг, М3, т. е. соответствующим выбором величины S можно при одинаковой средней мощности регулировать в определенных пределах, например, размеры зоны проплавления.
Сварочный нагрев источниками с высокой концентрацией энергии. Источники тепла, используемые при сварочном нагреве и имеющие плотность энергии в пятие нагрева свыше 105 Вт/см2, относятся к источникам с высокой концентрацией. Типичными видами сварки с помощью таких источников являются электронно-лучевая и лазерная сварка.
Установление зависимостей между энергетическими параметрами электронно-лучевой сварки (лазерной сварки) и температурами в периферийной зоне в общем случае не вызывает особых затруднений. Однако наиболее пристальное внимание при указанных способах сварки привлекают тепловые процессы непосредственно вблизи сварочной ванны, ответственные за ее формирование. Этому вопросу посвящено большое количество работ [2, 37, 38, 58—60, 71 и др.]. Значительное влияние на формирование сварочной ванны при таких способах сварки оказывает испарение материала в зоне нагрева, в результате чего образуется специфическая полость (канал), через которую луч достигает весьма значительных глубин.
Большой интерес для практики сварочного нагрева высококонцентрированными источниками тепла представляет получение швов с глубоким про- плавлением кинжальной формы. Однако получение таких швов сопряжено с большой вероятностью возникновения различных дефектов формирования [58]. В этой связи особенно важным является изучение процессов тепломассопереноса в сварочной ванне при кинжальном проплавлении. Пока таких работ практически нет, что связано с большими экспериментальными и теоретическими трудностями.
Сварочный нагрев распределенными источниками тепла. Целый ряд технологических процессов сварки (наплавки) выполняется с помощью достаточно распределенных источников сварочного нагрева. Так, при электро- шлаковой сварке плотность энергии на единицу поверхности изделия не превышает 102 Вт/см2. Распределение температуры и особенности температурных циклов в основном металле, примыкающем к шлаковой и металлической ванне, при электрошлаковой сварке и наплавке исследовались в работах [7, 9, 26, 46, 52 и др.]. При этом наряду с экспериментальными измерениями делались попытки построения математических моделей, с помощью которых можно оценить влияние параметров режима сварки на температурные поля в свариваемом (наплавляемом) изделии [7, 46, 68 и др.]. В работах [7, 68] применительно к электрошлаковой сварке пластин предлагались расчетные схемы, основанные на представлении распределенного источника нагрева (электрошлаковая и металлическая ванны) суммой нескольких сосредоточенных источников, размещенных в соответствующих точках относительно зеркала металлической ванны. Положение этих источников и распределение тепловой мощности между ними выбирались из условий согласования экспериментальных и расчетных данных. Такой подход позволяет использовать для
рис. 2.6. Зависимость средней температуры ванны Т температуры в реактивном пятне Tр и минимальной температуры 7mm от температуры плавления металла ванны.
Рис. 2.7. Величина отношения 6 в зависимости от скважности импульсов S для моментов окончания импульсов (сплошные линии) и окончания паузы (штриховые линии)
1 — Л-0,2 см; 2 — 0,3 см; * — 0,4 см
получения расчетных оценок достаточно простые аналитические зависимости из [75], но требует параллельных экспериментальных измерений для близких случаев нагрева. В работе [46] применительно к электрошлаковой наплавке использовался более общий подход описания процесса распространения тепла при электрошлаковом нагреве, однако реализация решений при
этом возможна только численными методами с помощью ЭВМ.

Pages: 1 2 3 4 5 6 7 8