Проплавление основного металла

Теоретически, чтобы обеспечить прочность сварного соединения, глу-бина проплавления основного металла должна быть ничтожно малой. Од-нако во избежание несплавления свариваемых кромок глубину проплав-ления иногда увеличивают до значительных размеров, что может привес-ти к прожогам и подрезам. Поэтому задача получения высококачест-венных сварных соединений вызывает необходимость изыскания путей регулирования геометрических размеров сварных швов.

Движущаяся по поверхности тела сварочная дуга образует ванну рас-плавленного металла, которая обычно вытянута в направлении движения дуги. Сварочная ванна и сварные швы характеризуются абсолютными и относительными показателями:

е

L длина сварочной ванны;

h глубина провара (глубина проплавления основного металла);

g высота валика – внешней части сварного шва (усиления);

коэффициент полноты провара; этот коэффициент при различных способах сварки относительно стабилен и составляет 0,6…0,7;

коэффициент полноты валика;

коэффициент формы провара (проплавления) основ-ного металла;

коэффициент формы валика;

2l ширина зоны нагрева до заданной температуры.

Теоретические очертания сварочной ванны должны соответствовать очертанию изотермы при температуре плавления. Поскольку реальный источник теплоты не является сосредоточенным, свариваемое изделие от-личается от тела, принятого по расчетной схеме, а теплота передается также и за счет конвекции и радиации, действительные размеры свароч-ной ванны будут отличаться от расчетных.

Расчетами можно определить время пребывания металла сварочной ванны в расплавленном состоянии, длину сварочной ванны, площадь про-плавления и ширину зоны нагрева до заданной температуры.

Рассмотрим случай наплавки валика на массивное тело. Расчетная схе-ма – мощный быстродвижущийся точечный источник теплоты на поверх-ности полубесконечного тела.

1. Определение времени пребывания металла сварочной ванны в расплавленном состоянии и длины сварочной ванны

Процесс распространения теплоты при указанных условиях описыва-ется уравнением

exp ) Исправить скобки

Для точек, расположенных на оси X, координаты Y и Z равны нулю. Тогда уравнение примет вид

Приняв, что _, в тече-ние которого металл в точке B расплавлен

где – погонная энергия; характеризует количество теплоты, вводи-мой на 1 погонный сантиметр сварного шва.

Поскольку Р₁ постоянно, длительность пребывания металла свароч-ной ванны в расплавленном состоянии пропорциональна погонной энер-гии.

2. Определение площади проплавления основного металла

Площадь проплавления основного металла определяется из предполо-жения, что сечение, соответствующее теоретической изотермической по-верхности при температуре металла, является полуокружностью

.

+ определяется из формулы для максимальных температур

.

При условии, что получим

тогда .

Произведение представляет собой теплосодержание единицы объема металла при температуре плавления. Для углеродистых и низко-легированных сталей оно составляет примерно 10000 Дж/см³.