Нагрев металла дугой

Категория:
Сварка металлов


Нагрев металла дугой

Интенсивность нагрева металла дугой определяется в первую очередь мощностью дуги, но она зависит и от ряда других факторов, как род и полярность тока, материал электрода, расположение дуги по отношению к металлу, степень защищенности дуги от тепловых потерь, атмосфера дуги и т. д. Не вся мощность дуги используется для нагрева металла, — неизбежны потери мощности на излучение, конвективный теплообмен с окружающей средой, потери вместе с испаряющимся и разбрызгиваемым металлом, на нагрев шлаков и т. д.

Поэтому нагрев электрода и повышение его температуры идет не пропорционально времени, а быстрее, сокращается температурный интервал нагрева до расплавления, скорость плавления электрода растет, несмотря на постоянство тепловыделения на конце электрода. Значительное ускорение плавления электрода нежелательно, так как нарушается нормальное соотношение между количествами расплавленного основного и электродного металла и правильное формирование сварного шва.

Чрезмерное ускорение плавления электрода к концу его использования является одним из факторов, ограничивающих увеличение тока для данного электрода. Считается, что скорость плавления электрода в конце и начале должна различаться не больше чем на 10—20%. Равномерности плавления электрода способствует толстое покрытие электрода, оно не проводит тока, не нагревается джоулевым теплом и охлаждает стержень электрода, не давая ему разогреваться. Значительно сложнее процесс нагрева дугой свариваемого изделия. Здесь суммируются непосредственное воздействие дуги на основной металл и перенос тепла с электрода вместе с каплями электродного металла. Для возможности проведения расчетов и создания общей картины процесса прибегают к упрощенным моделям.

1. Нагреваемый металл принимаем за полубесконечное тело; его толщина значительно превышает глубину расплавления.

2. Источник тепла считаем точечным; это допустимо при рассмотрении нагрева в точках, находящихся от источника тепла на расстояниях, значительно превышающих радиус пятна нагрева.

3. Допускаем, что источник тепла — непрерывно действующий с постоянной тепловой мощностью.

Процесс нагрева и распределение температур меняются при подвижном источнике тепла. Положим, источник тепла перемещается прямолинейно и равномерно по оси ОХ; выясним распределение температур по оси ОХ и по оси OY. Систему координат примем подвижной, движущейся вместе с источником тепла, находящимся в начале осей координат в точке О. Подвижное температурное поле, движущееся вместе с источником, постепенно приходит к предельному состоянию, называемому квази-стационарным.

Рис. 1. Распределение температур

Рис. 2. Изотермические линии

Изотерма с температурой плавления металла очерчивает контур сварочной ванны, но лишь приблизительно, поскольку схема точечного источника становится неточной на малых расстояниях от источника. На рис. 3 показано температурное поле движущегося источника нагрева в предельном состоянии по расчетам Н. Н. Рыкалина. Расчеты проведены для пластины из низкоуглеродистой стали толщиной 1 см. На рис. 3, а показан случай постоянной тепловой мощности источника нагрева q = 1000 кал/сек и переменной скорости перемещения источника.

С увеличением скорости перемещения изотермы вытягиваются по направлению движения, нагреваемая область уменьшается. На рис. 3, б скорость перемещения постоянна v = 0,5 см/сек, меняется тепловая мощность источника; с ее увеличением расширяется нагреваемая область, изотермы сгущаются. На рис. 3, в меняются q и v, но остается постоянной погонная тепловая мощность q/v. С повышением q и у изотермы сгущаются и вытягиваются по направлению движения.

Рис. 3. Температурное поле движущегося источника

Для изучения процессов нагрева в точках, близких к источнику, и особенностей самого источника необходимо переходить к модели распределенного источника, в котором удельная тепловая мощность распределена по известному закону.

Рис.4. Распределение удельного теплового потока по пятну нагрева

Чем больше А, тем быстрее падает удельный тепловой поток с Удалением от центра пятна и тем меньше радиус нятна (т. е. расстояние, на котором еще заметен удельный тепловой поток, напри-МеР qr = 0,05 qmax), тем острее кривая, изображающая qr. На Рис. 4 показано распределение удельного теплового потока по пятну нагрева при одном и том же максимальном удельном потоке 9шах, но при разных коэффициентах сосредоточенности А.

Рис. 5. Нормально круговое и эквивалентное ему по мощности равномерное распределение удельного теплового потока

Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум