Наплавка валика на массивное тело

Максимальная температура цикла

Т_{mak (y, z)} = .

Время наступления максимальной температуры

Мгновенная скорость охлаждения

Длительность нагрева выше заданной температуры

f₃ – безразмерный критерий для случая наплавки валика на массивное тело (точечный источник теплоты на поверхности полубесконечного тела).

Однопроходная сварка листов встык

Максимальная температура цикла

Время наступления максимальной температуры

Мгновенная скорость охлаждения

w .

Длительность нагрева выше заданной температуры

,

f₂ – безразмерный критерий для случая однопроходной сварки листов встык (линейный источник теплоты в пластине).

Безразмерные критерии f₂ и f₃ зависят от величины безразмерной температуры . Их выбирают по номограмме (см. методи-ческое руководство к курсовой работе по ТСП).

Оценку правильности и эффективности выбора (расчета) параметров режима можно оценить по площадям наплавки и проплавления (см. тему «Производительность дуговой сварки») или по твердости металла около-шовной зоны. Для последнего случая применяется валиковая проба МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Валиковая проба

Суть валиковой пробы состоит в том, что на пластину из инте-ресующей нас марки стали наплавляются валики на различных режимах. После этого пластина разрезается поперек сварных швов и изготавли-ваются шлифы. Зона наибольшей твердости располагается на расстоянии 1-1,5 мм от границы сплавления основного и наплавленного металлов. Около каждого валика замеряется твердость и устанавливается среднее значение для каждого из них. По известному режиму для каждого валика рассчитывается скорость охлаждения w и строится зависимость HB = f(w).

Особенность валиковой пробы: 1. пробу можно проводить непосред-ственно на рабочих местах сварки; 2. скорости охлаждения можно регу-лировать в очень широких пределах; 3. проба может выполняться на материале любой толщины (в том числе на отходах), а результаты могут быть использованы для других толщин стали той же марки.

Производительность дуговой сварки

Теплота сварочной дуги (как и других источников нагрева, обеспе-чивающих плавление металлов) расходуется на расплавление электрода и проплавление основного металла.

Расплавление электрода

При дуговой сварке плавящимся электродом он нагревается двумя источниками теплоты: распределенным и сосредоточенным.

Распределенный источник теплоты характеризуется протеканием сва-рочного тока по цепи (от места токоподвода до активного пятна на торце электрода). В результате электродный стержень нагревается до темпе-ратуры T_т (нагрев электрода током).

Сосредоточенным источником теплоты является активное пятно на торце электрода. Теплота от этого источника нагрева передается за счет теплопроводности материала, конвекции и радиации. Полученная тепло-та затрачивается на:

1. нагрев металла от температуры T_т до температуры плавления T_пл;

2. расплавление металла электрода (скрытая теплота плавления);

3. перегрев металла от температуры T_пл до температуры T_к (температуры капли).

Количество теплоты, получаемой металлом электрода от сварочной дуги, равно

где _э – эффективный КПД нагрева электрода сварочной дугой.

Вся полученная теплота затрачивается на повышение теплосодержа-ния металла электрода. С другой стороны, зная марку материала элект-рода, скорость его плавления при конкретных параметрах режима, пло-щадь поперечного сечения стержня электрода (электродной проволоки), теплосодержание металла электрода при различных температурах, можно определить не только производительность расплавления электрода, но и количество теплоты, затрачиваемой на его расплавление в единицу вре-мени. Покажем справедливость этого утверждения, приняв следующие обозначения:

w

F площадь поперечного сечения электрода, ;

ρ плотность материала электродного стержня, , Дж/г;

, Дж/г.

Произведение wFρ представляет собой массу металла, рас-плавленного за секунду, т е. производительность расплавления электрода, а произведение wFρ , , – количество теплоты, за-трачиваемой на расплавление электрода за то же время.

Приравнивания выражения для получим

wFρ

Из полученного равенства видно, что при постоянной мощности сварочной дуги и постоянном эффективном КПД нагрева электрода ду-гой производительность расплавления электрода зависит от темпе-ратуры нагрева электрода протекающим током Т_т. При повышении T_т разность уменьшается, что приводит к повышению производи-тельности расплавления электрода.

Среднюю производительность расплавления электрода за время t можно определить из опыта (лабораторная работа). Опыт показывает, что, если электрод не сильно нагревается протекающим током, а свароч-ная дуга не сильно заглубляется в свариваемый материал, то производи-тельность расплавления электрода пропорциональна величине свароч-ного тока

,

где – коэффициент плавления материала электрода (для различных видов сварки различен).

Установим связь между параметрами режима сварки

Перед сваркой электрод имеет комнатную температуру. При расплав-лении его температура непрерывно повышается, следовательно, умень-шается разность , а коэффициент и производи-тельность расплавления электрода Неравномерность расплавления электрода приводит к неравномерности валика в начале и конце плавления электрода. Неравномерность валика можно компенси-ровать увеличением скорости сварки с течением времени, но это приво-дит к уменьшению проплавления основного металла, что нежелательно. Поэтому ГОСТом установлено, что режимы сварки должны быть таковы-ми, при которых коэффициент неравномерности расплавления электрода должен быть в пределах от 1 до 1,3.