Общие сведения о нагреве при сварке и источниках нагрева.

Нагрев является важнейшим внешним воздействием в большинстве способов сварки. Без анализа распределения температур процессы сварки нельзя представить и понять достаточно полно.

От распределения температур зависят:

1. Металлургические процессы в зоне сварки и, прежде всего, интенсивность металлургических реакций, взаимодействие с вводимыми в зону легирующими элементами, с окружающими газами.

2. Структурные превращения в сварном шве и в зоне термического влияния (ЗТВ), что в значительной мере определяет характеристики сварного соединения, такие, как прочность, ударная вязкость.

3. Внутренние напряжения и деформации, влияющие на точность и работоспособность изделий.

4. Размеры и форма расплавленной зоны (сварного шва).

5. Производительность процесса сварки.

В большинстве случаев при сварке применяют местный нагрев заготовок до температуры выше температуры плавления (при сварке способами плавления) или до температуры ниже , но достаточной для достижения значительных пластических деформаций (при сварке способами давления). При этом используют высокотемпературные источники нагрева.

Обычно сварочные источники тепла должны обладать некоторыми особыми свойствами:

1) высокой температурой Т_u, чтобы можно было нагреть металл до высокой температуры;

2) большой тепловой мощностью q для ведения процесса с высокой производительностью;

3) по возможности небольшой площадью введения тепла в изделие F_u в целях уменьшения потерь тепла и снижения разогрева изделия.

При характеристике различных, применяемых в практике способов нагрева необходимо, прежде всего, указать величину названных параметров. Кроме того, принято различать:

а) – эффективную тепловую мощность источника тепла, т.е. количество тепла, сообщаемое в единицу времени нагреваемому телу;

б) эффективный коэффициент полезного действия , равный отношению эффективной мощности источника к его полной тепловой мощности:

;

в) плотность тепловой мощности или плотность теплового потока, равная отношению эффективной тепловой мощности к площади ввода тепла:

;

если тепло вводится по поверхности;

г) если тепло вводится не через поверхность, а возникает в объеме нагреваемого металла (объемный источник, например, при пропускании электрического тока через металл), то вводится объемная тепловая мощность, в котором он действует:

;

д) если тепло вводится в изделие по линии (шириной зоны, по которой вводится тепло, можно пренебречь по сравнению с длиной), то применяют понятие линейной тепловой мощности

,

где: - длина отрезка, по которому вводится тепло.

В сварочной технике получили распространение следующие основные источники тепла:

1) пламя газовой горелки;

2) струя плазмы (сжатая электрическая дуга);

3) электрическая дуга;

4) электронный луч;

5) луч лазера;

6) джоулево тепло;

7) трение.

Помимо указанных основных источников тепла используют также тепло химических реакций при сжигании смесей металлов и окислов металлов (термитов); ультразвуковые, упругие колебания; вспомогательные источники тепла, например, печи для предварительного нагрева изделия перед сваркой.

Рассмотрим кратко источники тепла и их характеристики.