Разделы сайта

Читаемое

Обновления Mar-2024

Промышленность Ижоры -->  Сварка металлов и сплавов плавлением 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 [ 17 ] 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253

Электроннолучевая сварка. Энергия или мощноМь элеМрой-ного луча, выходящего из электромагнитной системы W, может быть представлена в виде суммы

где с - потери теплоты в оптической системе; W - энергия, подведенная к изделию и составляющая примерно 75-90%* всей подводимой энергии Wc-Энергия равна

ев =

где / - сила тока пучка электронов, мА; U - ускоряющее напряжение, кВ.

Эффективность нагрева изделия существенным образом зависит от уноса энергии, обусловленного испарением материала изделия, отражением излучения в окружающую среду, вторичной и термоэлектронной эмиссией электронов, а также электромагнитным излучением. Электроннолучевая сварка характеризуется весьма малыми размерами пятна нагрева (до 10 мм), значительно меньшими, чем у сварочной дуги (около 1 мм). С увеличением плотности подводимой энергии возрастают потери теплоты, связанные с испарением металла в зоне нагрева. Это определяет границу предельной интенсивности для электронного луча при сварке плавлением примерно в пределах 10-10* кВт/см

Характерным для электроннолучевой сварки является глубинный подвод тепловой энергии к свариваемому изделию. Последнее объясняется свойством электронов луча проникать на определенную глубину (пробег электрона), теряя энергию на всем пути торможения. Значительное влияние на глубинный характер источника нагрева при электроннолучевой сварке оказывает давление луча, способствующее вытеснению жидкого металла из зоны активного пятна. Давление луча на жидкий металл в 5-10 раз превышает давление дуги при аргоно-дуговой сварке в сходных условиях и обусловливается испарением металла.

Сварка лазерным лучом. Эффективный к. п. д. нагрева изделия при лазерной сварке весьма невелик, что вызвано главным образом низким к. п. д. лампы накачки и кристалла рубина. Баланс энергии лазера при сварке ясен из рис. 2-16.

Рассмотренные выше источники теплоты являются наиболее характерными, однако далеко не исчерпывают возможных типов источников, используемых при сварке плавлением. При сварке плавлением теплота не только подводится к изделию, но и непрерывно отводится от него. Это происходит за счет естественных и искусственных стоков теплоты. Естественными являются стоки теплоты, связанные с излучением и конвекцией от нагретой поверхности изделия в окружающую среду. Искусственные стоки осуществляются путем специальных технологических мер, заключающихся, например, в создании интенсивного конвективного




Рис. 2-16. Тепловой баланс лазера:

/ - потери в лампе накачки;

2 - потери в оптической си-

стеме;

3 - потери иа унос материала

И отражение лучей;

4 - полезная энергия иа про-

плавлеиие материала

теплообмена между определенными участками поверхности изделия и охлаждающей жидкой либо газообразной средой.

При теплообмене излучением теплота переносится между удаленными друг от друга нагреваемой деталью ?и окружающими предметами посредством электромагнитного излучения в соответствии с законом Стефана-Больцмана, т. е. тепловой поток пропорционален разности четвертых степеней абсолютных температур поверхностей, участвующих в теплообмене. При конвективном теплообмене теплота с поверхности изделия уносится жидкостью или газом, движение которых создается принудительно, а при естественной конвекции это движение обусловлено различием в плотности нагретых и ненагретых объемов.

Величину теплового потока конвективного теплообмена между поверхностью тела с температурой Т и охлаждающей средой с температурой оценивают по правилу Ньютона:

<7к = к(7-П), (2-12)

где - коэффициент конвективной теплоотдачи, определяемый экспериментально.

В обычных условиях сварки при отсутствии заметных воздушных потоков величина составляет примерно 0,002- 0,005 Вт/см° С. Выражение (2-12) часто используют и для описания общей суммарной теплоотдачи с поверхности изделия путем лучеиспускания и конвекции. Это возможно, поскольку погрешность от такого описания существенно проявляется только в зоне, нагретой выше 700-800 С, где радиационные тепловые потоки значительно превышают конвективные. При температурах поверхности 400° С и ниже роль лучеиспускания в теплоотдаче по сравнению с конвекцией невелика.

Распространение теплоты в изделии происходит преимущественно по законам теплопроводности, хотя определенное влияние на перенос теплоты вблизи сварочной ванны оказывают конвективные потоки в жидком металле. Их роль тем сильнее, чем больше объем сварочной ванны.

Конвективные потоки в жидком металле сварочной ванны приводят к достаточно сложным перераспределениям подводимой тепловой мощности в пространстве и времени. Для понимания



особенностей распространения теплоты в изделии разъясним сущность принципов местного и временного влияния. В соответствии с принципом местного влияния характер распределения теплоты в теплопроводящем теле в пределах некоторой области с характерным размером а практически не оказывает влияния на температуру в зоне, удаленной от центра указанной области на расстояние больше (2-3) а. Принцип временного влияния утверждает следующее: характер распределения тепловой мощности во времени на отрезке А/ = /2 - tx оказывает незначительное влияние на температуру теплопроводящего тела, обладающего достаточно высокой теплоемкостью, для времени / > /2 + (2-3) А/ .

На основе указанных принципов местного и временного влияния можно считать, что особенности тепло- и массопереноса в жидком металле сварочной ванны, так же как и кратковременные отклонения эффективной мощности источника от среднего значения, оказывают ограниченное влияние на температурное поле и только в основном вблизи мгновенного положения сварочной ванны.

Анализ температурного поля в изделии при движении источника сварочного нагрева обычно принято производить в системе пространственных координат, перемещающейся с источником сварочного нагрева. Это удобно, поскольку через некоторый период времени от начала движения при постоянной скорости и эффективной тепловой мощности сварки наступает так называемое квазистационарное состояние, когда подвижное температурное поле практически не меняется.

Длительность наступления квазистационарного состояния (длительность периода теплонасыщения) зависит от скорости сварки, расстояния рассматриваемого объема от источника нагрева и интенсивности отвода теплоты от него. Период теплонасыщения сокращается с уменьшением расстояния от источника нагрева, увеличением скорости сварки и теплопроводности материала, ростом массы изделия и интенсивности отдачи теплоты в окружающую среду, а также с уменьшением теплоемкости материала. На рис. 2-17 и 2-18 приведены изолинии температурного поля предельного (квази стационар ного) состояния в тонкой пластине в зависимости от режима сварки (рис. 2-17) и теплофизи-ческих свойств материала (рис. 2-18).

Результаты исследования такого типа данных показывают следующее. При постоянной эффективной мощности соответствующие определенным температурам изотермы уменьшаются по длине и ширине примерно пропорционально увеличению скорости сварки V. С возрастанием эффективной мощности источника q нагретые выше определенной температуры области увеличиваются быстрее по длине, чем по ширине. Однако увеличение по ширине опережает рост величин q. Одновременное увеличение q v при Постоянной погонной энергии qlv сварки приводит в основном к увеличению длины изотерм. Ширина изотерм также увеличивается, но стремится к определенному пределу. Увеличение теп-



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 [ 17 ] 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253

© 2003 - 2024 Prom Izhora
При копировании текстов приветствуется обратная ссылка