- •Теория сварочных процессов
- •1. Физическая сущность процесса сварки. Три основные особенности сварочных процессов.
- •2.Классификация способов сварки по видам активации энергии и агрегатному состоянию вещества.
- •3. Основные технические задачи, решаемые с помощью сварки.
- •4. Источники тепла при сварке.
- •5. Методы расчета температур при сварке. Краевые и граничные условия.
- •6. Виды передачи тепла.
- •7. Три стадии распространения тепла при сварке. Их практическое значение.
- •8. Методы решения дифференциального уравнения теплопроводности.
- •9. Схематизация источников тепла и нагреваемых тел, применяемая для расчета температур при сварке.
- •10. Как зависит температурное поле от параметров режима сварки и теплофизических свойств свариваемого материала.
- •11. Сварочная ванна, факторы, определяющие размеры и форму сварочной ванны.
- •12. Этапы затвердевания сварочной ванны.
- •13. Образование первичных кристаллитов. Скорости затвердевания и кристаллизации.
- •14. Сварочная текстура и ее влияние на свойства сварных соединений.
- •15. Механизм образования горячих трещин при сварке.
- •16. Первичная и вторичная структуры сварных соединений.
- •17. Способы борьбы с горячими трещинами при сварке.
- •18. Холодные трещины при сварке.
- •19. Пути уменьшения склонности сварных соединений к образованию холодных трещин.
- •20. Замедленное разрушение, причины, пути уменьшения склонности сварных соединений к замедленному разрушению.
- •21. Свариваемость и методы ее оценки.
- •22. Проверка служебных характеристик сварных соединений.
- •23. Раскройте суть понятий: температурный интервал хрупкости, эффективный интервал кристаллизации, полигонизация.
- •24. Причины образования пористости при сварке. Механизм образования пор при сварке плавлением.
- •25. В чем состоят особенности протекания химических реакций при сварке?
- •26. Что представляют собой сварочные шлаки, их физико-химические характеристики и свойства?
- •27. Закон Нернста и его применение в сварочной практике.
- •28. Закон действующих масс и константа равновесия химических реакций.
- •Закон действующих масс
- •30. Легирование металла при сварке.
- •31. Рафинирование металла при сварке.
- •32. Модифицирование металла при сварке.
- •33. Виды химической неоднородности металла сварного соединения.
- •34. В чем разница между составом покрытий электродов и флюсов, а также шлаками, образующимися в ходе их расплавления при сварке.
- •35. Механизмы образования неоднородности металла шва
- •36. Объясните понятия «ликвация» и «сегрегация».
- •37. Назначение электродных покрытий, типы покрытий. Почему электроды с двухслойным покрытием можно считать перспективным видом электродов?
- •38. Факторы, определяющие характер переноса металла при дуговой сварке плавлением.
- •39. Вязкость жидкости и практическое значение её для сварочных процессов.
- •40. Окисление и диссоциация окислов при сварке.
- •41. Виды электрических дуг, применяемых в сварочных процессах.
- •42. Механизм возникновения остаточных сварочных напряжений и деформаций.
- •43. Методы борьбы со сварочными напряжениями и деформациями.
5. Методы расчета температур при сварке. Краевые и граничные условия.
Краевые условия: начальное распределение температуры в теле и условия теплообмена на границах тела.
Начальное распределение температуры задается во всем объеме тела в определенный момент процесса t = 0, принимаемый за начало отсчета времени(x,y,z,t) = T0(x,y,z).От этого исходного состояния и рассматривается последующий процесс распространения тепла.
Граничные условия - характеризующие взаимодействие тела с окружающей средой.
Граничные условия бывают:
задается распределение температуры на поверхности тела в функции времени
задается плотность теплового потока для всей поверхности тела в функции времени
задаются температура окружающей среды и закон теплоотдачи между поверхностью тела о окружающей средой
Для расчетов температур при сварке применяют два метода решения: 1)Аналитический (метод источников); 2)Электромоделирование.
По методу источников действие сварочного источника тепла рассматривается как суммарное действие нескольких мгновенно действующих источников. Полученное в результате такого рассмотрения решение является математической моделью температурного поля при заданных условиях.
Для расчета, аналитическим методом, процессов нагрева и охлаждения металла при сварке применяют различные схемы источников тепла и нагретых тел.
Сущность метода источников состоит в том, что любой процесс распространения тепла в теле теплопроводностью можно представить как совокупность процессов выравнивания температуры от множества элементарных источников тепла, распределенных как в пространстве, так и во времени. Решение задач теплопроводности по этому методу в основном сводится к правильному выбору источников и их распределению.
Существующие аналитические методы дают возможность получать решения только для процессов, описываемых линейными дифференциальными уравнениями при линейных граничных условиях, т.е. для тех случаев, когда коэффициенты теплофизических свойств - теплопроводность λ и объемную теплоемкость сγ, а также коэффициент теплоотдачи α можно считать независящими от температуры. Аналитические методы приводят к общим уравнениям процессов, действительным при разнообразных числовых значениях параметров, характеризующих данную задачу, - геометрических размеров, тепловых характеристик режима нагрева и физических свойств металла. В простейших задачах удается получить решение в замкнутой форме, т.е. выразить уравнение процесса через изученные функции от времени, пространственных координат и постоянных параметров процесса. В более сложных задачах решения описываются определенными интегралами или бесконечными рядами.
Для расчета процессов нагрева и охлаждения металла при сварке выбирают постоянные значения коэффициентов λ, су, а и α, соответствующие некоторой средней температуре процесса. В диапазоне температур сварочного процесса - от температуры плавления металла до температуры окружающего воздуха - теплофизические коэффициенты значительно изменяются, особенно коэффициент теплоотдачи. Средняя температура, которой соответствуют принимаемые для расчета значения теплофизических коэффициентов, определяется из сопоставления опытных данных по измерению температуры с результатами расчета. Для расчета температуры при сварке малоуглеродистой стали следует принимать теплофизические коэффициенты металла λ, су и а, соответствующие средней температуре 400-500°, и коэффициент теплоотдачи α, соответствующий температуре 200-400°.
В качестве моделей используют
При электромоделировании температурного поля пользуются аналогией температуропроводности а и электропроводности. Эта аналогия основывается на том, что физическая сущность передачи тепла и электроэнергии в твёрдом теле одинакова. Энергия передаётся за счёт движения частиц тела. Тепловой поток аналогичен плотности тока. Аналогом коэффициента теплопроводности является проводимость среды, градиенту температур – градиент потенциалов.
Фурье: Ом:
Моделирование производят, пропуская ток через электропроводную бумагу. В различных точках измеряют электрические потенциалы, строят эквипотенциальные линии, которые являются эквивалентами изотермам. С помощью критерия подобия значения электрических потенциалов пересчитывают в температуру.