Достоинства способа сварки в углекислом газе:

• Благодаря повышенному использованию тепла сварочной дуги, обеспечивается высокая производительность сварки металла в углекислом газе.

• Достаточно высокое качество сварочных швов.

• Возможность осуществления полуавтоматической и автоматической сварки в углекислом газе в различных положениях в пространстве.

• Невысокая стоимость защитного газа.

• Возможность осуществления сварки в углекислом газе малых трещин и применения метода сварки электрозаклепками.

• Осуществление сварки металла на весу без применения подкладки.

Недостатки способа сварки в углекислом газе:

• Сильное разбрызгивание металла при сварке на токах 200 - 400 А и необходимость удаления брызг с поверхности изделия.

• Затруднено использование на открытом воздухе (на ветру) из-за сдувания защитного газа Невысокая стоимость защитного газа.

• Внешний (товарный) вид шва хуже, чем при сварке под флюсом [1]

 Процессы сварки, наплавки и резки металлов являются источниками образования опасных и вредных факторов, способных оказывать неблагоприятное воздействие на работников.

К опасным и вредным производственным факторам относятся: твердые и газообразные токсические вещества в составе сварочного аэрозоля, интенсивное излучение сварочной дуги в оптическом диапазоне (ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное), интенсивное тепловое (инфракрасное) излучение свариваемых изделий и сварочной ванны, искры, брызги и выбросы расплавленного металла и шлака, электромагнитные поля, ультразвук, шум, статическая нагрузка и т.д.

Количество и состав сварочных аэрозолей и аэрозолей припоя зависят от химического состава сварочных материалов и свариваемых металлов, способов и режимов сварки, наплавки, резки и пайки металлов.

В зону дыхания сварщиков и резчиков могут поступать сварочные аэрозоли, содержащие в составе твердой фазы различные металлы (железо, марганец, кремний, хром, никель, медь, титан, алюминий, вольфрам и др.), их окисные и другие соединения, а также газообразные токсические вещества (фтористый водород, тетрафторид кремния, озон, окись углерода, окислы азота и др.).

Воздействие на организм твердых и газообразных токсических веществ в составе сварочных аэрозолей может явиться причиной хронических и профессиональных заболеваний.

Интенсивность излучения сварочной дуги в оптическом диапазоне и его спектральный состав зависят от мощности дуги, применяемых сварочных материалов, защитных и плазмообразующих газов и т.п. При отсутствии защиты возможно поражение органов зрения (электроофтальмия, катаракта и т.п.) и кожных покровов (эритемы, ожоги и т.п.). [2]

5. Расчет температурных полей от движущихся источников тепла

Данные:

- низкоуглеродистая сталь,

- сварка неплавящимся электродом в среде аргона,

- сварочный ток ,

- напряжение на дуге ,

- диаметр электрода ,

- скорость сварки ,

- толщина пластины ,

- условия теплообмена – медные водоохлаждаемые прижимы.

В соответствии с данными по таблицам 11, 12 и 13 определяем необходимые значения для последующего расчета. [5]

Таблица 8 – Теплофизические свойства металлов и сплавов

Таблица 9 – Тепловые характеристики различных источников тепла

Таблица 10 – Значения коэффициента теплоотдачи

Имеем:

- коэффициент температуропроводности ,

- объемная теплоемкость ,

- коэффициент теплопроводности ,

- температура плавления ,

- коэффициент теплоотдачи ,

- эффективный КПД процесса

Определим эффективную мощность источника тепла по формуле:

Рассчитаем погонную энергию характеризующую количество теплоты, вводимой на единицу длины шва, которая находится находится из выражения:

Ориентировочное значение диаметра и радиуса пятна нагрева принимаем равным размеру электродной проволоки, то есть

Рассчитаем коэффициент сосредоточенности источника тепла по формуле:

(2)

По формуле (2) получаем:

Максимальная плотность мощности в центре пятна нагрева:

Функция пользователя, описывающая распределение плотности теплового потока по пятну нагрева выглядит следующим образом:

(3)

По функции (3) строим график распределения плотности мощности по пятну нагрева (рисунок 3).

Рисунок 3 – Распределение плотности мощности по пятну нагрева

Зададим функции, описывающие распределение температуры:

• Функция r=f(x, y), возвращающая расстояние между точкой (х,у) и началом координат на плоскости:

- Функция R=f(x, y,z), возвращающая расстояние между точкой (х,у,z) и началом координат в трехмерном пространстве:

• Функция, описывающая приращение температуры поля в бесконечной пластине, при нагреве линейным источником, для квазистационарного поля:

- Функция, описывающая приращение температуры поля в бесконечной пластине с теплоизолированной поверхностью при нагреве линейным источником, для квазистационарного поля:

• Функция, описывающая приращение температуры в полубесконечном теле при нагреве точечным источником, для квазистационарного поля:

Вычислим значения температуры в точке с координатами (х₀, у₀):

При х₀=-10 мм, у₀=0 мм температура будет равняться T=570.5 K.

Построим графики распределения температуры (рисунки 4, 5, 6).

Рисунок 4 – Распределение температуры в плоскости XOZ вдоль прямых параллельных оси ОХ

Рисунок 5 – Распределение температуры перед источником

Рисунок 6 – Распределение температуры за источником

Построим изотермическую линию, которая будет соответствовать температуре плавления. Для этого зададим матрицу, содержащую координаты х (нулевой столбец матрицы) и у (первый столбец матрицы) точек, температуры которых достигает температуры плавления.

Выписываем данные с кривых и получаем следующую матрицу:

Получаем изотермическую линию соответствующую температуре плавления (рисунок 5.5)

Рисунок 7 – Изотермическая линия, соответствующая температуре плавления