Теория сварочных процессов (стр. 2 )

2. [2] стр.37-38.

3. [2] стр.38-39.

4. [3] стр.66-72.

3.3 Контрольные задания для СРС (тема 3) [1,2]

1) Виды электрического разряда в газах.

2) Возбуждение дуги и её зоны.

3) Вольтамперная характеристика дуги.

4) Ионизация газов. Потенциалы ионизации.

4  Перенос электродного металла в сварочной дуге. Виды переноса. Силы, действующие на каплю металла

4.1 План лекции

1) Виды переноса электродного металла.

2) Силы, действующие на каплю электродного металла.

3) Влияние режимов сварки на перенос электродного металла.

При сварке процесс переноса капель электродного металла в сварочную ванну имеет следующие виды:

-  крупнокапельный с короткими замыканиями дугового промежутка;

-  капельный без коротких замыканий;

-  струйный;

-  в виде паров металла.

Размеры капель в зависимости от условий сварки могут быть от 6-7 мм до тысячных долей миллиметра.

На каплю в период формирования и переноса действуют следующие силы:

-  сила тяжести, способствующая отрыву капель при сварке в нижнем положении и препятствующая при потолочной сварке;

-  электродинамические силы, сжимающие электрод и каплю (пинч-эффект) и способствующие отрыву капли;

-  сила давления газового потока;

-  сила реакции газов, отталкивающая каплю снизу, от сварочной ванны, препятствующая отрыву ее от электрода.

Размер капли определяется соотношением сил, удерживающих ее на торце электрода, и сил, стремящихся ее оторвать. С увеличением силы тока дуги ускоряется отрыв и измельчение капель, так как растут электродинамические силы и сила давления газовых потоков, увеличивается испарение металла. На малых токах, наоборот, наблюдается крупнокапельный перенос.

Компоненты сварочных шлаков снижают поверхностное натяжение жидкого металла капель и уменьшают размеры капель.

Применение при сварке под флюсом больших токов дает наименьший размер капель, а перенос становится струйным.

4.2 Рекомендуемая литература:

1) [3] стр.221.

2) [3] стр.221-223.

3) [3] стр.224-226.

4.3 Контрольные задания для СРС (тема 4) [1,2]

1) Виды переноса электродного металла.

2) Силы, действующие на каплю металла в сварочной дуге.

3) Влияние режимов сварки на перенос металла.

5  Схемы нагреваемых тел и источников тепла

при сварке

5.1 План лекции

1) Расчетные схемы нагреваемых тел.

2) Схемы источников тепла для сварки.

3) Распространение тепла в телах.

Бесконечное тело – тело, имеющее значительную протяженность по осям x, y, z.

Полубесконечное тело – тело с одной ограничивающей плоскостью, которая влияет на распространение тепла.

Плоский слой – тело, ограниченное 2-мя параллельными плоскостями, расположенными близко и искажающими тепловое поле. У плоского слоя температура точек тела по толщине непостоянна.

Пластина – плоский слой, в котором температура по оси, перпендикулярной к плоскостям, постоянна.

Стержень – тело с прямолинейной осью, размеры которого по оси настолько значительны, что концевые поверхности не влияют на распространение тепла.

Источники тепла при сварке классифицируются по следующим признакам:

- по распределенности по времени действия – мгновенный и непрерывно действующий;

- источники точечный, линейный, плоский и объемный;

- по расположению относительно рассматриваемой точки – неподвижный, подвижный и быстродвижущийся.

Точечный источник тепла – источник, размеры которого во всех направлениях бесконечно малы.

Линейный источник тепла имеет бесконечно малое поперечное сечение.

Плоский источник тепла – источник, тепло которого выделяется равномерно и одновременно по некоторой плоскости.

Объемный источник тепла – источник, выделяющий тепло по всему объему тела.

В бесконечном теле температура:

От мгновенного точечного источника

от мгновенного линейного источника

от мгновенного плоского источника

При нагреве мощным быстродвижущимся источником:

Температура при наплавке валика на массивное тело

температура при автоматической сварке за один проход

5.2 Рекомендуемая литература

1) [3] стр.107-108.

2) [3] стр.108.

3) [3] стр.108-133.

5.3 Контрольные задания для СРС (тема 5) [2,3]

1) Расчетные схемы нагреваемых тел.

2) Схемы источников тепла для сварки.

3) Распространение тепла в телах.

6 Термический цикл при сварке. Нагрев и плавление основного металла

6.1 План лекции

1) Термический цикл при сварке, его характеристики.

2) Нагрев и плавление основного металла.

3) Сварочная ванна.

Термическим циклом данной точки называется изменение температуры ее во времени. Рост или снижение температуры точки могут быть вызваны, например, временным действием неподвижного источника или прохождением вблизи точки подвижного источника тепла.

В цикле есть период нагрева и период охлаждения. Максимальная температура точек тела зависит от параметров режима сварки, теплофизических свойств металла, а также удаленности рассматриваемой точки от шва.

По мере удаления от шва рост и падение температур становится более плавными и значения максимальных температур снижаются например:

при однопроходной сварке встык

кроме Tmax термоциклы характеризуются временем нахождения точек тел при температурах, соответствующих фазовым превращениям, и скоростями нагрева и охлаждения металла.

Зона расплавления основного металла оценивается 3-мя показателями:

Н/В – относительной глубиной проплавления;

Fпр/ НВ – коэффициентом полноты;

Fпр/FH – коэффициент площадей.

Тепловую мощность, затрачиваемую дугой на проплавление, можно подсчитать, зная объем проплавляемого за единицу времени металла , его плотность и теплосодержание Sпл. Тогда qпр= FпрVСВ Sпл .

Отношение тепловой мощности затрачиваемой на проплавление, к полной тепловой мощности дуги, называется полный тепловой коэффициент полезного действия.

Процесс расплавления основного металла можно разделить на 2 стадии:

- нагрев основного металла за счет тепла дуги (с учетом эффективного КПД);

- проплавление основного металла; при этом расходуется не все тепло, переданное дугой металлу, а его часть, оцениваемая термическим КПД .

Очертания сварочной ванны соответствуют изотерме температуры плавления.

6.2 Рекомендуемая литература

1) [3] стр.133-135.

2) [3] стр.145-147.

3) [3] стр.143-144.

6.3 Контрольные задания для СРС (тема 6) [2,3]

1) Термический цикл при сварке.

2) Нагрев и плавление основного металла.

3) Сварочная ванна.

7  Сварочная ванна 1-го и 2-го типа. Геометрические параметры и температура сварочной ванны

7.1 План лекции

1) Сварочная ванна 1-го типа.

2) Сварочная ванна 2-го типа.

3) Геометрические параметры ванны.

В процессе сварки при местном воздействии источника тепла на основном металле образуется расплавленный участок, называемый сварочной ванной. Различают сварочные ванны 2-х типов.

Сварочная ванна 1-го типа образуется при естественном охлаждении и формировании шва, например при ручной дуговой сварке и сварке под флюсом в нижнем положении. Для сварочной ванны этого типа характерны эллипсовидные очертания с различной степенью вытянутости вдоль продольной оси. В головной части ванны образуется углубление (кратер) под действием давления газов дуги.

Сварочная ванна 2-го типа образуется при искусственном охлаждении и принудительном формировании шва в процессе электродуговой и электрошлаковой сварки в вертикальном положении. Такая ванна заключена между свариваемыми кромками и охлаждающими стенками медных ползунов, формирующих внешнюю поверхность шва. Ванна имеет чашеобразную форму, а ее верхняя часть все время находится в жидком состоянии. Это создает благоприятные условия для наиболее полного удаления из металла газов и шлаковых включений.

Основные параметры сварочной ванны: длина L, ширина b и глубина h.

- относительная глубина проплавления.

Средняя температура сварочной ванны при дуговой сварке под флюсом стали 17500С.

7.2 Рекомендуемая литература

1) [3] стр.218-219.

2) [3] стр.219-220.

3) [3] стр.144-145.

7.3 Контрольные задания для СРС (тема 7) [3]

1) Сварочная ванна 1 – го типа.

2) Сварочная ванна 2 – го типа.

3) Геометрические параметры ванны.

8  Физико-химические процессы в системе «металл-газ». Окисление и раскисление металла при сварке

8.1 План лекции

1) Диссоциация газов.

2) Насыщение расплавленного металла газами.

3) Взаимодействие металла с кислородом.

К числу важнейших процессов взаимодействия газов с металлами при сварке плавлением относятся диссоциация газов, их растворение в жидком металле, различные химические реакции в газовой среде и взаимодействие с металлом газов.