Исследование переходных процессов при формировании сварочной ванны Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

СВАРКА

УДК 621.791.75

Гулаков С.В., Кулябина И.С., Тарасенко И.В., Носовский М.Б.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ СВАРОЧНОЙ ВАННЫ

Изучение процесса формирования сварочной ванны при дуговой сварке в переходном режиме (в начале ее образования, при модуляции мощности дуги и ряде других случаев) позволяет оптимизировать эти процессы, получать качественные сварные соединения, формировать швы с требуемой конфигурацией и свойствами.

В работе [1] высказано предположение о том, что в начальной стадии процесса сварки меняется характер теплообмена в сварочной ванне и процесс ее формирования меняется по сложному закону.

Для изучения этих явлений был проведен ряд экспериментов, позволяющих детально изучить процесс плавления основного металла и формирования сварочной ванны в переходном режиме.

Методика проведения эксперимента.

На пластину из стали Ст.З размерами 100x100x20 мм дуговой сваркой при неподвижном источнике тепла (Усв=0) в течение регламентированного

отрезка времени (0,5; 1; 2 ... 10 с) осуществляли наплавку, после чего в одном случае наплавку прекращали и пластину сразу помещали в термостат, выполненный в виде короба, заполненного порошкообразным асбестом. В другом случае в момент окончания процесса наплавки осуществляли выплескивание жидкого металла сварочной ванны, как описано в работе [2], после чего пластины так же помещали в термостат.

До и после наплавки производили взвешивание пластины и отрезка сварочной проволоки, которой осуществлялась наплавка.

После выравнивания температуры по всему объему пластины, находящейся в термостате, о чем судили по показаниям сигналов с термопар, предварительно зачеканенных в них в различных зонах объема пластин, указанную температуру фиксировали.

Зная, что теплоемкость вещества может быть описана выражением [3]:

где <3 - количество тепла, кал;

в - вес нагреваемого тела, г;

Т2-Т, - изменение температуры нагреваемого тела, °С,

можно определить на основании выполненных экспериментов количество тепла, затраченного на нагрев сварочной ванны данного объема ( или массы ) в функции от времени горения дуги:

где 02 и в, - соответственно суммарный вес пластины и расплавленного электрода в эксперименте с выплеском сварочной ванны и без него, г;

с-

<2

0)

(2)

Т2' и Т2 - соответственно конечная температура наплавленной пластины в термостате с выплеснутой ванной и без ее выплеска, "С; Т, - температура окружающей среды, "С.

Взвесив пластину вместе с электродом до наплавки и после нее с выплеском, определяли вес сварочной ванны, что дает возможность, зная ()в,

теплоемкость металла ванны и температуру окружающей среды с использованием выражения (1), определить с достаточной для практики точностью осредненную по объему температуру сварочной ванны.

Результаты экспериментов приведены на рисунке, из которого видно, что в начальной стадии процесса идет интенсивный перегрев металла ванны, при этом ее объем (вес) остается практически неизменным. Это связано с передачей тепла от источника к границе плавления преимущественно за счет теплопроводности. В малом объеме ванны, учитывая ее форму, нет возможности формирования гидродинамических потоков, позволяющих интенсифицировать перенос тепла к периферии ванны.

С ростом времени горения дуги, как только объем и форма ванны позволят появиться таким потокам, существенно изменяются условия формирования ванны (см. рис.). За счет интенсификации передачи тепла к периферии ванны и плавления основного металла резко снижается температура ванны и растет ее объем (вес), при этом масса ванны практически скачком увеличивается в 5...6 раз.

2250

£ Z

X g

о Û) m

2000

о

о _

3

X X

1750

1500

5

к

а

ф с

2

6

1250

Время, с

Рис. 1. Характер изменения параметров ванны во времени.

Таким образом, в начальной стадии формирования сварочной ванны теплопередача в ней осуществляется преимущественно за счет теплопроводности, а затем при появлении потоков в ней - преобладает транспортирование тепла от источника к границе плавления потоками жидкого металла.

Перечень ссылок

1. Oreper G.M., Eagar Т. W., Szekely 1. Convection in arc weld pools // Welding journal.- 1983 r.-Vol.62, № 11,- P. 307-312.

2. Гулаков C.B., Носовский Б.И. Устройство для удаления жидкого металла из сварочной ванны // Автоматическая сварка,- 1980,- № 10,- С.75.

3. Рыкалин H.H. Расчеты тепловых процессов при сварке, - М.: Машиностроение, 1951-196 с.