Т

(7.96)

ип виразу визначається конкретними умовами зварювання – розрахунковою схемою джерела нагріву та тіла, що зварюється. Наприклад, при автоматичному електродуговому наплавленні валика на масивне тіло, температура в де-якій точці з радіусом R в момент часу t з урахуванням початкової температури Т₀ буде визначатися

Т

(7.97)

емпература по вісі шва і в точках, наближених до вісі приблизно однакова. Тому, для точок, що лежать в межах зварного шва, можна приймати, що R = 0

Формула (7.97) – вихідний вираз для диференціювання.

(7.98)

Знак “-“ вказує на остигання металу.

В формулі (7.98) представимо 1/t через вираз (7.97)

(7.99)

Виведена формула являє собою алгебраїчний спосіб визначення миттєвої швидкості охолодження.

Миттєву швидкість охолодження можна визначити і графічним способом. При цьому реалізуються декілька етапів:

1. будують залежність Т = f(t) при R = 0 та T₀ = 0;

2. для довільно вибраних точок (наприклад К₁, К₂ , . . .) залежності Т = f(t) будуються дотичні до кривої та вимірюються кути α₁ , α₂ і т.д. та будується залежність ω = f(t). Отримані графіки дозволяють визначити миттєву швидкість охолодження у конкретній точці.

Із виразу (7.99) слідує, що для зменшення миттєвої швидкості охолодження необхідно збільшити початкову температуру зварюваної конструкції Т₀ . Цього можна досягти попереднім або супутнім підігрівом, а також шляхом збільшення .

7.12 Визначення тривалості перебування метала вище заданої температури

Нехай термічний цикл деякої точки має вигляд, представлений на рисунку (7.28).

Розрахункова формула для визначення t_н залежить від розрахункових схем джерела нагріву та нагріваємого тіла.

(7.100)

Наприклад, при однопрохідному зварюванні в стик з повним проваром t_H визначається

Коефіцієнт f₂ визначається конкретними умовами зварювання, а в загальному випадку залежить від величини Θ та визначається по монограмі

(7.102)

f₂ = f(Θ), (7.101)

7.13 Нагрів тіл при електроконтактному зварюванні

7.13.1 Особливості нагріву при стиковому електроконтактному зварюванні

Нагрів деталей, що зварюються, відбувається прохідним струмом, який здійснює роботу на подолання електричних опорів вказаних деталей (R₁ ,R₂) та контактного опору (R_K) між ними.

(7.103)

Температура в зоні контакту визначається як

де T₁ – температура стержнів, що зварюються, від прохідного струму (стала по довжині стержнів і може бути визначена за формулами для нагріву електродного матеріалу прохідним струмом);

T₂ – температура, що визначається величиною контактного опору і для конкретного способу зварювання (оплавленням або опором) потребує виведення. Кінцевий вираз приводиться у довідковій літературі.

7.13.2 Особливості нагріву при точковому електроконтактному зварюванні

(7.104)

Розподілення температури у деталях, що зварюються, при точковому електроконтактному зварюванні показано на рисунку 7.31. Теплота, що виділяється від прохідного струму, витрачається на нагрів конструкції, що зварюється, Q_д і тієї частини електродів, яка контактує з деталями, що зварюються, Q_е.

(7.105)

Розрахунку в основному підлягає Q_д

Теплота, що виділяється в деталі, витрачається на розплавлення основного металу в межах ядра (Q₁) і на нагрів металу, що зварюється, в межах кільця шириною х (Q₂). Величина х залежить від теплофізичних властивостей металів, що зварюються, (в основному від теплопровідності) та часу зварювання (від часу протікання та величини струму). В загальному випадку, чим жорсткіший режим зварювання, тим менше Q , тим більша швидкість охолодження.

Додатково по п. 7 дивись [1, 13, 14].

8 Металургійні процеси при зварюванні плавленням

8.1 Типи зварювальних ванн

Зварювальні ванни поділяються на:

1. З природним охолодженням та формуванням металу шва.

2. З штучним охолодженням та примусовим формуванням металу шва.

8.1.1 Зварювальна ванна першого типу

Типовим представником зварювальної ванни першого типу є ручне дугове зварювання.

Розподіл температури по довжині та ширині зварювальної ванни нерівномірний (додатково дивись п. 7.7 та п.10.5).

Зварювальна ванна за формою подібна еліпсоїду. Форма та розміри зварювальної ванни залежать від потужності джерела: g = f (І,U), швидкості зварювання та теплофізичних властивостей матеріалів, що зварюються. Основні розміри зварювальної ванни: довжина L, ширина b і величина заглиблення в основний метал h.

8.1.2 Зварювальна ванна другого типу

Типовим представником зварювальної ванни другого типу є електрошлакове зварювання.

Зварювальна ванна другого типу має такі особливості:

— на протязі всього процесу зварювання у верхній частині зварювальної ванни знаходиться рідкий метал. При цьому утворюються сприятливі умови для спливання шлакових включень, виходу газів;

— температура по об’єму зварювальної ванни розподіляється приблизно рівномірно і дорівнює температурі плавлення металу;

— зварювальна ванна має більш значний об’єм, тому метал шва знаходиться у нагрітому стані довше;

— метал зварювальної ванни ізольований від навколишнього середовища шаром розплавленого шлаку. Це сприяє утворенню кращих умов для металургійної обробки шва, а у підсумку отриманню більш високої його якості.