Расчет энергоемкости процессов сварки

Расчеты показали, что для многих видов соединений и материалов механические и термомеханические процессы сварки требуют значительно меньше энергии, чем сварка плавлением. Например, при сварке встык стальных стержней диаметром 20 мм дуговым ванных способом, необходимо _св400 дж/мм², при сварке трением _св130Дж/мм².

Расчет значений _св для разных методов сварки плавлением коррозионно-стойкой стали типа 18-10 показал, что с увеличением толщины изделия удельная сварочная энергия резко растет при использовании многопроходной сварки. Например, арганно-дуговая сварка вольфрамовым электродом обеспечивает получение стыкового сварного соединения для листов толщиной 15мм при общих затратах энергии на все проходы до 1000 Дж/мм².

Сравнение критериев _и и ₀ для однопроходной сварки стали показали, что _и с уменьшением интенсивности источника возрастает примерно от 3-5 Дж/мм² для лазерной сварки до 200-400 Дж/мм², для газового пламени. В то же время общие затраты энергии ₀, в которых учитываются вакууммирование для электронного луча и КПД лазера ~0,1%, в сотни тысяч раз выше для этих источников, чем для свободной дуги в Ar или же газовом пламени.

Условная диаграмма удельных энергий, необходимых для сварки встык стальных листов толщиной 20мм с применением разных процессов.

Требования к источникам энергии для сварки

1. Источник должен отвечать требованиям технологической и конструктивной целесообразности ее применения.

2. Должен отвечать требованиям экономичности преобразования энергии.

3. Должен обеспечить ограничение вредных побочных эффектов при сварке.

4. Должен обеспечить достаточную концентрацию энергии и давление в зоне сварки.

5. Должен обеспечить достаточную защиту зоны сварки от окружающей среды.

Проводимость газов

Молекулы газа нейтральны, поэтому газ - изолятор, но приложив к нему достаточно сильное электрическое поле, можно нарушить его изолирующие свойства и пропустить через него значительные токи. Явление, возникающее при пропускании электрического тока через газ, зависит от:

1. рода тока;

2. давления газа;

3. материала электродов, геометрии электродов;

4. силы протекающего тока.

Носителями зарядов в газах являются ионы и электроны. Предположим, что в 1 м³ газа имеется n_e количества электронов (-) и n_i – количество ионов (+). Под действием напряженности электрического поля Е возникают силы еЕ и частицы движутся вдоль поля со средней скоростью дрейфа V_e и V_i, тогда плотность тока будет определяется по формуле

.

Но так как масса тока на 3-4 порядка больше, чем масса электрона, то и подвижность тока будет значительно меньше. Поэтому приближенно принимают

.

Электрический разряд в газах. Виды разряда Статическая вольтамперная характеристика

различных видов газового разряда

При пропускании электрического тока через газ возникает разряд:

1. неустойчивый (искровой);

2. устойчивый (теленовый, тлеющий дуговой).

Если в длинной стеклянной цилиндрической трубке, заполненной газом, при давлении 100 Па, медленно повышать разность потенциалов между анодом и катодом, то приборы начинают фиксировать наличие тока, начиная с 10^-10-10^-12А. Он появляется вследствие ионизации газа, пока ток очень мал, заметного свечения не наблюдается и разряд называется теневым.

Теневой разряд – это наименее развитая первоначальная стадия газового разряда. Состав газа в трубке однороден, ионизация равномерна, особых областей в разряде нет.

Увеличиваем ток в разряде. В некоторый момент времени мы наблюдаем довольно яркое свечение. Зажигается блеющий разряд, устойчиво существующий при пониженном давлении газа и повышенной плотности тока 0,1-1 А/см².

Каждый газ светиться с одним светом. , а катодное падение . В тлеющем разряде уже четко разграничены области: катодная, анодная и столб дуги. Этот разряд при колебаниях режима легко переходит в высшую форму разряда – дуговой разряд.

Дуговой разряд характеризуется низким потенциалом и большими плотностями тока.

; .

Высокая концентрация частиц в катодной области и высокой температуре t=5000-50.000К.