Нагрев при сварке оплавлением

1) без предварительного подогрева (сварка непрерывным оплавлением)

2) с подогревом

При сварке непрерывным оплавлением происходит очень быстрое снижение температуры при удалении от плоскости стыка. (см. график распределения температуры). Это объясняется тем, что наиболее нагретая часть металла выбрасывается из зазора между торцами деталей и уносит большое кол-во тепла. Чем выше скорость оплавления (суммарное укорочение деталей в единицу времени), тем на относительно меньшее расстояние от плоскости стыка успевает распространиться тепло, тем больше градиент температуры.

Нагрев при сварке непрерывным оплавлением, также как и при сварке сопротивлением, – результат совместного действия тепла, выделяемого внутри деталей и тепла, генерируемого в контакте. Для осуществления качественной сварки необходимо нагреть торцы деталей до температуры плавления стали, и нагреть детали на длину Δ до температуры, обеспечивающей пластическую деформацию. При осадке участок укорачивается на величину осадки Δ_ос. Величина осадки зависит, в основном, от сечения деталей (см. табл).

Длина участка Δ может быть определена, если известно отношение . Как следует из графика, с увеличением удельного давления осадки уменьшается температура нагрева и величина Δ.

При сварке оплавлением трудно получить широкую зону интенсивного нагрева деталей, поэтому при малой длине Δ стремятся увеличить давление осадки. Т.о., сварка непрерывным оплавлением осуществима при значительном усилии осадки.

При сварке с подогревом обычно используются относительно небольшие плотности тока, по этой причине теплом, выделяемым непосредственно в деталях можно пренебречь. Поэтому подогрев должен быть достаточным для получения температуры близкой к T_д. Т.о. тепловой расчет при сварке с подогревом осуществляется так:

1) Определяется температура осадки и соответствующая ей температура подогрева

2) При заданной длительности подогрева вычисляется ток, необходимый для достижения температуры подогрева

3) По найденному току определяется сопротивление контакта при оплавлении и количество выделяемого в контакте тепла

4) Определяется кол-во тепла, отводимого из контакта в глубь деталей. Определяется кол-во тепла, необходимое на оплавление

5) Определяется скорость оплавления.

Необходимый ток может быть вычислен

Из этой формулы может быть вычислена длительность подогрева при заданной силе тока. Количество тепла, выделяемое в контакте

k₃ – учитывает несинусоидальную форму кривой тока при оплавлении (0,7)

Количество тепла, отводимое вглубь деталей

- градиент температуры у стыка, при сварке без подогрева он примерно равен 4000º на 1 см

При подогреве градиент температуры можно определять по формуле

Тепло, расходуемое на расплавление стали q_опл = q_к - q_отв

Для обеспечения устойчивого процесса оплавления необходимо соблюдение условия.

Скорость оплавления, см/сек

Удельный вес, г/см³

Площадь сечения, см²

Теплоемкость, кал/г*градус

Температура вылетающих при оплавлении частиц (для стали 2000)

Температура подогрева

Скрытая теплота плавления (для стали 65 кал/г)

Пример теплового расчета сварки оплавлением

Выводы по формулам: Необходимая для оплавления мощность растет с увеличением скорости оплавления и с понижением температуры подогрева.

Особенности нагрева: чем выше скорость нагрева, тем выше скорость охлаждения. Это необходимо учитывать при сварке сталей, склонных к закалке.

Т.о. предварительный нагрев способствует уменьшению необходимой мощности, способствует равномерному нагреву деталей и уменьшает скорость охлаждения после сварки.

7. Нагрев при сварке по методу Игнатьева.

Электрический ток протекает параллельно плоскости сваривания. В начале процесса конечные участки нагреваются больше, чем середина. По мере улучшения контакта металл-электрод температура концов уменьшается, температура середины – растет. Изменяя усилие нажатия электродов, можно управлять теплоотводом и нагревом деталей.

Общее кол-во тепла, необходимое для нагрева деталей по методу Игнатьева, определяется формулой.

К-т, учитывающий потери тепла (3-4)

Средняя теплоемкость свариваемых деталей

Требуемая температура нагрева

Вес свариваемых деталей

При сварке по методу Игнатьева сталь прогревается до 1250-1300 градусов. Равномерный нагрев при прессовой сварке обеспечивается медленным повышением температуры (около 7 град/сек).

При непрерывной сварке по методу Игнатьева вес металла (гр), нагреваемого в секунду, равен

Скорость перемещения заготовок

Суммарная площадь поперечного сечения

Удельный вес материала

Секундный расход тепла q=k₄G₁cT_св

К-т, учитывающий потери тепла

Вес

Средняя теплоемкость

Требуемая температура нагрева

Технология стыковой сварки

Основные условия:

1) одинаковый и равномерный по всему сечению нагрев деталей

2) защита торцов деталей от окисления

3) наличие равных возможностей для пластической деформации обеих деталей.

Соблюдение этих условий обеспечивается соответствующей геометрической формой, подготовкой торцов деталей, рациональным выбором технологического процесса.

В случае сварки сопротивлением решающее значение имеет плотность прилегания торцов деталей до начала сваривания. При нагреве происходит окисление торцов, что снижает качество шва.

Сварка деталей с развитым сечением не дает положительных результатов. Практическое применение этого способа ограничивается сваркой прутков сечения не более 20 мм и толстостенных труб малого диаметра.

Основной способ стыковой сварки – сварка оплавлением. (примеры целесообразных типов соединения)

Длина участка l должна быть не менее a/2+6 мм (для деталей сплошного сечения)

Для листов и тонкостенных труб l>=5δ+a/2 , где δ – толщина листа или стенки трубы, а – общий припуск (см. табл.)

Разность сечений не должна составлять более 15%

При сварке важно избегать смещения кромок. При сварке труб в момент осадки возможно выпучивание стенки,

Стыковая сварка применяется для прямолинейных деталей и для деталей замкнутого контура (звенья цепи, ободья колес). Возможна кольцевая сварка в один или два стыка.

Подготовка торцов деталей перед сваркой: отрезка (на прессе, ножницах), устранение неперпендикулярности, зачистка (щетка, наждак, травление).