Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 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

туре его плавления составляет АН = у{с„„Т„л + дпя), где у - плотность; Спл - удельная теплоемкость; д„л - скрытая теплота плавления металла.

Минимальная удельная энергия, требуемая для сварки ванным способом, определяется как произведение АН на объем зоны (ванны) расплавленного металла, деленное на площадь сечения шва, т. е. как произведение АН на ширину В расплавленной зоны: ест = АЯБ, Дж/мм. Принимая ширину такого шва равной диаметру прутка, приближенно получаем, используя округленные значения в табл. 1.5:

ест = 2,7-(1-660-1-390)-2 = 5670 Дж/см2 = 56,7 Дж/мм".

2. Контактная сварка оплавлением. В данном случае существует внутренний источник энергии - тепловыделение на контактном сопротивлении. Различие в минимальном значении требуемой энергии определяется по сравнению со сваркой плавлением лишь размерами расплавляемой зоны. Используя данные примера сварки плавлением, находим, что при глубине осадки по 5 мм минимальная удельная энергия составит 28,35 Дж/мм2.

3. Сварка трением. Ширина зоны нагрева от «внутреннего» источника энергии при сварке трением значительно ниже, чем при контактной сварке оплавлением. Кроме того, процесс формирования шва обычно протекает при температурах, близких к температуре плавления сплава, но не превышающих ее, т. е. без затрат на скрытую теплоту плавления. При общей ширине пластической зоны формирования соединения около 5 мм минимальная удельная энергия составит ест = 2,7 • 660-0,5 = = 900 Дж/см2 = 9 Дж/мм2.

4. Холодная сварка. Имеем внутренний источник энергии. Преобразование энергии сжатия деталей происходит в некотором активном объеме с одинаковой глубиной в обе стороны от шва. Энергия, требуемая для сварки, в данном случае также определяется как произведение среднего энергосодержания при температуре стыка около 600 °С (для алюминия) на глубину активной зоны, около 1 мм, или ест = 2,7 • 600 • 0,1 • 2 = = 324 Дж/см2 = 3,24 Дж/мм=.

5. Сварка взрывом. Экспериментально установлено, что для сварки алюминиевых пластин толщиной 1 мм требуется около 1 г взрывчатого вещества на 1 см площади соединяемых деталей. Учитывая, что удельная энергия для взрывчатого вещества составляет -~6000 Дж/г, получаем ориентировочную оценку:

вех = 1-6000 Дж/см" = 60 Дж/мм.

Сопоставление энергозатрат при рассмотренных способах сварки показывает, что способы сварки давлением менее энер-

гоемки по сравнению со сваркой плавлением Немаловажно и то, что при сварке в твердом состоянии не требуется расходовать энергию на расплавление металла, что экономит около 15-30 % энергии.

Глава 2. ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ СВАРКЕ

(Шип В. В.)

2.1. Основные понятия

Температурное поле - это распределение температур в изделии в конкретный момент времени. Температура является функцией теплофизических констант материала, координат точки тела и времени.

Распределение температур может быть объемным Т - Т{х, у, Z, t), плоским Т=Т{х, у, t), линейным Т=Т{х, t).

Процесс распространения теплоты при сварке разделяют на три стадии:

теплонасыщение, когда в температурном поле, перемещающемся вместе с источником нагрева, температура нарастает;

предельное квазистационарное состояние, когда подвижное температурное поле практически устанавливается;

выравнивание температуры после окончания сварки.

Термический цикл сварки T=T{t)-зависимость температуры от времени в некоторой точке изделия.

Изотермическая поверхность -выделенная на контуре или в объеме тела поверхность, образованная точками, имеющими одинаковую температуру в данный момент времени.

Изотерма - линия на поверхности или в сечении тела, соединяющая точки с одинаковой температурой.

Градиент температуры grad Т = дТ/дп - векторная производная от температуры по направлению п, перпендикулярному к изотерме в данной точке.

Теплосодержание s (Дж/г) -удельное количество теплоты, сообщенное телу массой 1 г при нагреве его от температуры Ti до температуры Т. При технических расчетах теплосодержание тела отсчитывают от 273 К.

Истинная удельная массовая теплоемкость с (Дж/г-град) - количество теплоты, необходимое для изменения на 1 К температуры единицы массы тела.

Объемная теплоемкость ср (Дж/мм • град) - количество теплоты, необходимое для изменения на 1 К температуры единицы объема тела.

2.2. Схемы нагреваемого тела

Распространение теплоты существенно зависит от формы, размеров свариваемой детали, а также от количества теплоты вводимой сварочным источником теплоты, т. е. от расчетной схемы

тела. Обычно при тепловых расчетах в зависимости от степени прогрева детали по толщине (в направлении оси Oz) выбирают одну из следующих основных схем.

Бесконечное тело. Если границы детали не влияют на распространение теплоты, ее при расчете можно заменить бесконечным телом неограниченной протяженности по всем трем осевым направлениям: х, у, z.

Полу бесконечное тело. Этой схеме соответствует массивная деталь с одной ограничивающей плоскостью 2 = 0. Остальные поверхности детали значительно удалены и не влияют на распространение теплоты. Схема используется при расчете температур в случае наплавки валиков и укладки угловых швов с малым проплавлением на листах толщиной более 30 мм.

Бесконечная пластина - тело, ограниченное двумя параллельными плоскостями: 2 = 0 и 2 = 6. Температура по толщине листа б распределена равномерно, н теплота распространяется только в плоскости хОу.

Схема соответствует случаю сварки пластины встык или укладки углового шва с полным проплавлением.

Полубесконечная пластина - тело, ограниченное двумя параллельными плоскостями 2 = 0, 2 = 6 И ПЛОСКОСТЬЮ у = 0. Остальные условия тлкие же, как и у бесконечной пластины.

Схема применяется при расчете температур в конструктивном элементе (стенке, ребре, накладке), привариваемом к пластине угловым швом, а также в случае наплавки валика на торец пластины.

Плоский слой-пластина, у которой температура точек по толщине не одинакова, а толщина тела не настолько велика, чтобы можно было пренебречь влиянием ограничивающей плоскости 2 = 6 и считать тело полу бесконечным.

Бесконечный и полубесконечный стержни - тела, протяженные в одном направлении, с равномерным распределением температуры в пределах поперечного сечения. Схема используется в случае расчета температур при контактной стыковой сварке арматуры, стержней и т. п.

Кроме приведенных, при расчетах иногда используются и другие простейшие схемы.

2.3. Типы и тепловая эффективность источников нагрева

По времени действия различают источники мгновенные, выделяющие теплоту за очень малый промежуток времени, и непрерывно действующие. Последние по расчетной схеме могут быть неподвижными, подвижными и быстро движущимися. Как правило, в случае ручной сварки и наплавки целесообразно использовать схему подвижного источника, а в случае автоматической - быстродвижущегося,

2 Заказ № 149 33