К источникам сварочного нагрева с достаточно распределенной тепловой; мощностью относят также пламя горелок для газовой сварки. Характеристики сварочного пламени как источника нагрева изучались многими исследователями [54, 83, 91 и др.]. Существует представление, что распределение тепловой мощности пламени простой горелки описывается нормально-круговым законом с максимальной плотностью порядка 102 Вт/см2. Соответственно для: линейной горелки применим нормально-линейный закон распределения.
Указанные свойства имеет также струя плазменной горелки, что определяет повышенный интерес к применению плазменной сварки для тонких изделий, а плазменного нагрева для поверхностной обработки материалов [ 10, 29, 81]. Расчеты тепловых процессов при сварочном нагреве изделия источниками тепла с нормальным законом распределения тепловой мощности подробно изложены в [72]. Необходимое распределение тепловой мощности щеточников сварочного нагрева очень часто достигается искусственным путем, например использованием ленточного электрода, а также поперечными и продольными колебаниями.
Исследование тепловых процессов при указанных способах нагрева распределенными источниками тепла применительно к наплавке различных изделии! выполнялось в целом ряде работ [25, 26, 42, 45, 51].
Сварочный нагрев в условиях интенсивного охлаждения. Ряд технологических процессов сварки (наплавки) изделий выполняется при интенсивном охлаждении самого изделия либо зоны нагрева. Иногда такие условия вызываются искусственным путем, как, например, при вибродуговой наплавке. В некоторых случаях они являются вынужденными, как, например, при подводной сварке или сварке на обшивке корпуса судна на плаву. Исследование термических циклов в зоне термического влияния при указанных способах сварки (наплавки) выполнялось рядом исследователей [28, 53, 87 и др.]. Предложены расчетные схемы, позволяющие учитывать влияние теплоотдачи на температурные поля в свариваемом (наплавляемом) изделии при условиях интенсивного охлаждения.
Роль охлаждения окружающей среды при подводной сварке иллюстрируют данные рис. 2.8 [53], относящиеся к случаю сварочного нагрева пластины толщиной 14 мм из низкоуглеродистой стали. Из этих данных видно, что при одинаковых режимах сварки (q= =8500 Вт, у=0,19 см/с (рис. 2.8, б) и
0,47 см/с (рис. 2.8,а)) изотермы квазистационарного поля при подводной сварке существенно отличаются от таковых при сварке на воздухе.
На рис. 2.9 для случаев интенсивного охлаждения с обратной стороны наплавляемых низкоуглеродистых стальных пластин (обшивки корпуса судна, тонкостенных труб и т. д.) приведены величины отношения их мгновенных скоростей охлаждения металла зоны шва при различных значениях относительной температуры

рис

к таковым для случая наплавки валика на поверхность массивного тела. Сплошные линии взяты из работы [43], а штриховые построены по экспериментальным данным работы [28]. Из этих данных видно, что при значениях критерия Bi> 2 (B{=a6/h, где а — коэффициент поверхностной теплоотдачи; б — толщина; Я — коэффициент теплопроводности материала пластины) при одинаковых погонных энергиях сварочного нагрева мгновенные скорости охлаждения металла шва и зоны термического влияния в пластине, интенсивно охлаждаемой с обратной стороны водой, больше таковых при наплавке валика на массивное тело.
Сварочный нагрев изделия проходящим током. Кинетика нагрева током стержней при стыковой сварке сопро
тивлением изучалась в работах [66, 67, 77 и др.]. На основе детального экспериментального исследования особенностей такого нагрева предложены расчетные зависимости, позволяющие учитывать изменение со значением тока в стержнях за счет возрастания с температурой омического сопротивления металла стержней и уменьшения контактного сопротивления по мере нагрева [77].
Тепловой баланс и распределение температуры при стыковой сварке стержней непрерывным оплавлением исследовали В. К. Лебедев и С. И. Кучук-Яценко [30], обосновавшие пути выбора напряжения холостого хода и его снижения со временем. А. С. Гельман и В. С. Павличенко [12] рассмотрели влияние активного и индуктивного сопротивления сварочной машины на распределение температуры в свариваемых стержнях. Влияние энергетических и технологических параметров на время образования сплошного оплавления торцов изучалось в работах В. С. Лившица [32].
В ряде работ [30, 32] было показано, что температурное поле в любой момент времени процесса оплавления стержней в подвижной системе координат с достаточной для практики точностью описывается зависимостью
).

Т. (0, t) — температура свариваемых торцов; к — декремент температурного поля; х — мгновенное расстояние от свариваемого торца до сечения с температурой Т(ху t). В процессе осадки происходит некоторое искажение температурного поля за счет деформирования изделия в зоне нагрева. Поскольку процесс осадки совершается достаточно быстро, то за счет теплопроводности температурное поле к концу осадки меняется незначительно, поэтому к моменту U температурное поле можно представить в виде

рис

где S(x) — площадь сечения после осад-1 ки; So — площадь сечения до осадки;!
Рис. Z8. Изолинии температур при сварке пластины на воздухе (кривые над осью абкцисс) и под водой (кривые под осью абгсцисс) со скоростью 0,47 см/с (с) и В),19 см/с (б)
Ряс. 2.9. Значение величины т* в зависимости от 1/0 для различных В< (сплошные линии) и различных толщин (штриховые линии)
где х — координаты сечений стержня после осадки, отсчитываемые от линии .соединения; ж (ж)—координаты этого же сечения до осадки. Зависимость х(х) можно приближенно определить для стержня с компактным сечением, если учесть его деформацию.

(18l
(17)
Дальнейшее выравнивание температуры по длине свариваемых стержней можно без особых принципиальных затруднений найти известными расчетными методами. В частности, использование для этих целей метода конечных! разностей позволяет учесть переменное сечение и изменение теплофизических: свойств материала с температурой [47], Процесс нагрева током при точечной контактной сварке стальных листов изучался МНОГИМИ исследователями А. С. Гельман рассчитал численным методом температурные поля для; осесимметричной системы лист — электрод и оценил расход энергии, необходимой для образования сварного соединения.

Pages: 1 2 3 4 5 6 7 8