При простом термическом цикле мгновенную скорость охлажде­ния, соответствующую данной температуре 7 рассчитывают в зави­симости от параметров режима п типа соединения (наплавка ватика, сварка встык, втавр и др.) по уравнениям теории распространения тепла при сварке.

* Наплавка валика на массивное тело и сварка листов встык.

Рассмотрим следующие основные случаи: а) наплавку валика на массивное тело и б) сварку тонких листов вют"ы к. Ввиду полной однотипности рассуждений выкладки проведем параллельно.

процессом распространения тепла сварочной дуги;

Т0 — начальная температура изделия, равная или температуре окружающей среды, или температуре предварительного подогрева.

Найдем зависимость скорости охлаждения ш°С/сею от темпера­туры Т для точек зоны термического влияния. Удобно рассчитать эту зависимость не для точек /, 2, 3 и 4 зоны термического влияния (фиг. 141), находящихся на различных небольших расстояниях от оси шва, а только дтя точек О, располо­женных на самой оси. Такое упрощение допустимо, так как по мере удаления от оси шва скорости охлаждения при данной температуре лишь незначительно понижаются (фиг. 141,а).

Температура точек оси шва г=0 и у—0 выразится

тм= | (45.1)

Взяв производные от температуры (45.1) по времени і, получим зависимость мгновенных скоростей изменения температуры от вре­мени

dT_ I dT= я

dt 2 X vt’1 і dt 2сП Г 4")

Для любого момента і можно рассчитать температуру и скорость охлаждения и установить, таким образом, соответствие между ними. В рассматриваемых простейших случаях мы чекаючим время ана­литически; когда из более сложных уравнений исключить t трудно, следует прибегать к графическому построению. Выразим графически зависимости температуры от времени и скорости охлаждения от вре-

мени (фиг. 144). Задаваясь значением температуры из графика (фиг. 144, а), определяем момент времени t9 для которого в свою очередь по графику (фиг. 144, б) находим мгновенную скорость охлаждения; этой операцией исключается время. Определим время і из уравнений (45.1)

Подставляя значения 1 и соответственно в уравнения (45.1)

и (45.2), получим зависимость мгновенной скорости от мгновенной температуры

<ГГ_ (2пф2 (Г — Г0)3^ 2~)У(Т — Т0у.

dt~~ 2~)v q — q ’

dT_ q u3o3 (4rt) cj) -(T — Гг)3 __ су (T — TV)3

dt 2уо V Я* Q1

зоны зависит при данном режиме сварки не только от температуры подогрева, но также от знака и скорости ее изменения.

Из уравнений (45.3) и (45.4) видно, что мгновенная скорость охла­ждения при данной температуре Т зависит от: а) эффективной погонной энергии q/v; б) формы и размеров изделия; в) темпера­туры подогрева Т0.

Скорость охлаждения тем больше, чем выше разность Т—Т0 между мгновенной и начальной температурами. Влияние подогрева резче сказывается при сварке тонких листов, так как в валике, на­плавленном на массивное тело, мгновенная скорость охлаждения пропорциональна квадрату разности температур, а при сварке тон­ких листов встык — кубу разности температур.

Мгновенная скорость охлаждения при данной температуре за­висит не от абсолютных значений q и v, а только от их отношения qjv. Чем больше эффективная погонная энергия q/v, тем ниже при прочих равных условиях скорость охлаждения. Влияние изменения погонной энергии резче сказывается в тонких листах, так как мгно­венная скорость охлаждения при наплавке валика на массивное изделие обратно пропорциональна первой степени погонной энергии qjv, а при сварке тонких листов встык — ее квадрату {qjv)}

Пример 1. Рассчитать мгновенную скорость охлаждения при Т =650° для наплавки валика на массивное стальное изделие при следующем режи­ме: / = 300 a; U = 30 в; ца = 0,7; ц = 0,24 • 0,7 . 30 • 300 = 1500 кал/сек; v —7 м/час =0,2 м/сек

Для стали коэфициент теплопроводности примем Я =0,1 кал/см сек°С.

Пусть начальная температура изделия Го—О0, тогда из выражения (45.3) получим

в 5 О2

2г 0,1 ygQg = 35°С/сек.

Допустим что полученную скорость охлаждения следует снизить до 20°С/сек.

35

Для этого необходимо или увеличить погонную энергию до 7500 * 20~

=13 100 кал/см, или подогреть изделие.

Для увеличения погонной энергии необходимо изменить режим, т. е. либо увеличить /, либо снизить V. При наплавке валика на поверхность выбор режима часто ие ограничен определенным очертанием валика. Тогда изменение погонной энергии принципиально возможно. Если сечение валика задано, можно снизить скорость охлаждения подогревом изделия. Пусть изделие подо­грето до 150°, тогда Т—Т0 =650—150 =500°

W ~ (ёй)2’35 ~ 21 °С/сек-

Расчет скорости охлаждения по выражению (45 3), выведенному для схемы точечного источника в массивном теле, практически при­меним для наплавки валика на толстый лист (толщиной не менее 25—30 мм, в зависимости от данной температуры Т и от режима сварки). Выражение (45 4), выведенное для схемы линейного источ­ника в пластине, применимо для расчета скорости при однопроход­ной сварке листов встык,

Скорости охлаждения точек плоского слоя, расположенных на оси ОХ перемещения точечного источника тепла, приближаются при высоких температурах (малых ~) к скоростям охлаждения точек

массивного тела, и при і <^0,4 становятся практически равными этим

скоростям. С понижением температуры ^увеличением скорости охлаждения точек плоского слоя, расположенных на оси ОХ, прибли — жаются к скоростям охлаждения точек пластины и при зна­чениях у >2,5 сравниваются с ними.

Скорости охлаждения w (у) точек пластины, находящихся вне оси перемещения источника (у/$Ф0), возрастают от to=0 (нулевая скорости охлаждения соответствует максимальной температуре

точки), достигают максимума и сливаются со скоростями для точек иа оси перемещения источника (у/8=0), За расчетную скорость охла­ждения точек зоны термического влияния мы приняли скорость охлаждения точек, расположенных насси UA перемещения источника; этим несколько лреувеличиваклся расчетные значения скорости.

При точечном источнике на поверхности плоского слоя безразмер­ный критерий при любом значении ~ равен

(г)

откуда получается уравнение (45.3). Кривая фиг, 145 для линейного источника в пластине удовлетворяет выражению

подставив в это выражение значения безразмерных критериев (45.5) и (45 ь), получим уравнение (45.4) скорости охлаждения при одно­проходной сварке листов встык.

Для расчеіа мгновенной скорости охлаждения при наплавке валика на лист вычисляют критерий затем по графику (фиг. 145)

находят соответствующее ему значение критерия со, откуда опреде­ляю! мгновенную скорость охлаждения

Пример 2. На лип т малоуглеродистой стали Е — 20 мм наглавлпот еэлик при пиі инной знсрі ни qjv ~ L00U кал/см. Hj і ыем для ладоуілсродипои пали /—0,04 кал (см с с =- 1,25 кал (см* °С. Кесчитать mi оьсниу ю cnojonb охла­ждения при температуре 1 = /00°; допелнгтелвььи юдеірсь отсутствует, 1 = 0°. 3 олщина листа о — 20 мм 1 е соответствует значеншм, д, ж кото] их скорость охлаж­дения рассчпьваюг по уравиеншы (45 о) или (45.4) Іюзтому ]ассчитаем скорость охлаждения по графику фиг. 145. Leaj а^мерный прите] ий (чЬ 0)

8000 -2М,25-700

По графику фиг. 145 находим соответствующее значение критерия

(о = 0,54,

2*3

Скорость охлаждения определяем из выражения (45.7)

Допустім ость расчетной скорости охлаждения зоны термического глигния^для определенной марки пали оценивают сравнением этой скорости с данными сади­ковой пробы.