2.3. Расчет мгновенных скоростей охлаждения

При наплавке валика на массивное тело мгновенная скорость охлаждения при температуре Т_m определяется согласно [3]:

(2.3)

Для однопроходной сварки листов толщиной  встык со сквозным проплавлением

, (2.4)

где : λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(см · ^оС), λ = 0,4;

сρ – объемная теплоемкость, Дж/(см³ · ^оС), сρ = 4,3;

Т₀ – начальная температура изделия перед сваркой; ^оС;

Т_m – температура наименьшей устойчивости аустенита, ^оС.

q_п – погонная энергия сварки, определяется по формуле

, Дж/м;

где  – к.п.д. источника энергии, равен 0,70,9;

I – ток дуги;

U – напряжение на дуге;

v_си – скорость сварки

Для большинства конструкционных сталей Т_m лежит в пределах 500-600^оС .

Для многослойной сварки стыковых и угловых швов скорость охлаждения при сварке первого слоя определяется по формуле для модели точечного источника на поверхности плоского слоя толщиной 

, (2.5)

где ω – безразмерная поправка, учитывающая ограниченную толщину свариваемых листов. Она зависит от безразмерной величины 1/θ, который определяется по формуле

. (2.6)

Д ля определения ω = f(1/θ) для корневого шва построен график, приведенный на рис. 2.2.

Рис. 2.2. График для расчета ω

При 1/ < 0,4 скорости охлаждения, определенные по формулам (2.3) и (2.5) практически совпадают, а при 1/ >2,5 допускается для расчета _охл использование формулы 2.4.

При использования формулы (2.6) для различных типов сварки соединений используются поправочные коэффициенты К₁, учитывающий угол разделки шва , и K₂ приведения толщины s. Для расчета скорости охлаждения при сварке 1-го слоя шва в формулы следует подставлять не истинные значения погонной энергии qn и толщины металла , а приведенные:

q_{п пр} = К₁q_п; _пр.=K₂. (2.7)

Значения коэффициентов приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Значения поправочных коэффициентов К₁ и К₂.

Коэффициент	Соединение
	Стыковое, =60о	Тавровое	Крестовое
К1 К2	3/2 3/2	2/3 1	½ 1

2.4. Оценка допускаемой скорости охлаждения

Для многих сталей значения ω_кр известны из специальной литературы [4]. При отсутствии сведений по допускаемой скорости охлаждения ЗТВ при сварке стали возможно использование термокинетических (анизотермических) диаграмм превраще­ния аустенита, взятых из [1]. Пример термокинетической диаграммы для стали 35ГС представлен на рис. 2.3. Температуре минимальной устойчивости аустенита Т_m соответствует точка F на экстремуме кривой, соответствующей началу феррито-перлитного превращения.

Скорость охлаждения в субкритическом интервале температур, обеспечивающая полное отсутствие закалочных структур в ЗТВ, оценивается по формуле

, (2.8)

где: t_min – минимальная продолжительность полного распада

аустенита, соответствует точке Р.

В ряде случаев необходимо учитывать увеличение устойчивости аустенита при сварке за счет роста зерна при длительной выдержке свыше температуры Ас₃.

800