Порівняльні характеристики різних
Джерел тепла для зварювання плавленням
Теплові характеристики джерел тепла
У процесі роботи будь-яке джерело тепла, будь то електрична дуга, плазма, лазер, електронний промінь, світловий промінь, електрошлаковий джерело або інший, виділяють теплову потужність q. яка вимірюється в системі SI в Дж / с = Вт, в системі CGS - в кал / с. Однак не вся виділена джерелом потужність поглинається нагрівається тілом, частина її відбивається від поверхні, частина витрачається на випромінювання в навколишнє середовище, на конвективний теплообмін, розбризкування. Теплова потужність, передана нагрівається тілу (поглинена їм), називається ефективною тепловою потужністю джерела тепла і позначається символом Qи. Пн.
Ефективність нагрівання тіла визначається ефективним коефіцієнтом корисної дії джерела тепла. який показує, яка частина повної потужності джерела передана нагрівається тілу. Поняття ефективності можна застосувати також і до процесу нагріву (зварювання, наплавлення, різання, пічної нагрів) оскільки особливості технології його багато в чому визначають втрати тепла в навколишнє середовище.
При зварюванні, наплавленні, різанні металу поглинена тілом теплова енергія витрачається на розплавлення основного металу, нагрівання іншої маси тіла за рахунок теплопровідності, тепловіддачу в навколишнє середовище. Теплова потужність, витрачена на розплавлення основного металу, називається потужністю плавлення і позначається символом qп. Пн. Відношення називається термічним коефіцієнтом корисної дії і показує, яка частина ефективної теплової потужності витрачена на розплавлення основного металу.
Для того, що б визначити повну ефективність використання джерела тепла, необхідно розрахувати відношення. яке називається повним коефіцієнтом корисної дії і показує, яка частина повної теплової потужності джерела витрачена на розплавлення основного металу.
Повний ККД можна отримати також перемноживши ефективний і термічний коефіцієнти
Різні джерела зварювального тепла характеризуються Незнач-римі особливостями, які визначають ефективність їх примі-вати, технологічну гнучкість використання для тих чи інших зварювальних операцій.
Так, за ступенем локалізації введення тепла в виріб, що зварюється (в пляма нагріву) різні джерела тепла значно відрізняючи-ються один від одного. Характер розподілу питомої теплового потоку, а при використанні деяких зварювальних джерел тепла при однаковому тепловкладенням в виріб показаний на рис. 1.23. Найбільша локалізація введення тепла може бути створена при на-нагріванні зварюється лазером 5 і електронним променем 4. Дуга плавиться 3 (особливо під флюсом) є також досить високолокалізованним джерелом тепла. Дещо менша локалізація введення тепла характерна для нагріву дугою непрямої дії 2, навіть при її стисненні плазмотроном. Наиме-неї локалізовано вводиться тепло в виріб, що зварюється газозварювальних полум'ям 1. Введення тепла здійснюється за великий пло-щади (мало локалізовано) і при електрошлаковій джерелі тепла.
Дуже важливими є і максимальна потужність зварювального джерела, максимальний ефективний тепловвод в центрі плями нагрівання. а також К.К.Д. використання потужності для нагріву вироби.
Мал. 1.23 - Потужності джерел тепла
Зіставлення граничних розмірів плями нагріву (d0), максі-мального тепловвода в пляма нагріву (qmax) і практично застосо- емой потужності тих же джерел тепла, що на рис. 1.23, по дан-ним Н. Н. Рикалін, показано на рис. 1.24.
Мал. 1.24 - Потужності джерел тепла
Найбільша максимальна потужність практично досягнута при електрошлакового зварювання 2 (
250 кВт) і електродугової 3 (
100 кВт). Хорошим діапазоном потужностей (приблизно від 1 Вт до 50 кВт) характеризуються електроннопроменеві зварювальні установки 4, Ні-скільки менша максимальна потужність (
30 кВт) струму досягається в установці для зварювання лазером 5. Максимальна потужність практи-но застосовуваного газозварювального полум'я 1 обмежується
За корисного використання потужності джерела енергії (щодо ефективного введення тепла в виріб, що зварюється) найбільш висо-ким значенням к. П. Д. Характеризуються електронний промінь, зварюва-ва дуга, а при металі великої товщини - електрошлаковий источ-ник зварювального тепла. Значно менш ефективно викорис-ня потужності лазера і газозварювального полум'я.
Важливою характеристикою зварювальних джерел тепла є їх технологічна гнучкість, маневреність. Деякі джерела зварювального тепла не можуть забезпечити нагрівання металу без його рас-плавлення навіть в тих випадках, коли це було б корисно, напри-заходів, при наплавленні спеціальних сплавів. Так, електрична дуга при що плавиться нагрів металу завжди супроводжує плав-ленням. В цьому випадку відокремити нагрів від плавлення не вдається. Важче, але можливо, здійснювати нагрів без розплавлення металу дугою при неплавким електроді. Зазвичай в цьому випадку доводиться обмежувати тепло-ву потужність дуги, а слідчий-но, і продуктивність нагрівання.
Устаткування для газового полум'я, в приватно-сті ацетіленокіслородное, легко може забезпечити прогрів металу без його розплавлення регулиро-ням не тільки потужності, але і відстані від пальника до нагре ваемого металу.
Процес нагріву без розплавлені-ня дозволяє здійснювати і електронний промінь за допомогою його расфокусировки, т. Е. У вигляді бомбардування більшої площі променем такої ж потужності. Однак електронний промінь вимагає застосування спеціальних камер, в кото-яких повинен бути створений відповідний вакуум. Маніпулюють-вання впливом джерела тепла в цьому випадку має здійснюва-ляться на відстані, дистанційно. Це призводить до ускладнення нагріву і зварювання виробів великих розмірів. Крім того, застосований-ня високих напруг призводить до випромінювання поза камерою жест-ких променів типу рентгенівських. Опромінення робочого персоналу такими променями при відповідній тривалості та інтенсивності є-ється неприпустимим. Тому без потовщення стінок камер з метою забезпечення радіаційного захисту рекомендується обмежувати верх-ня значення напруги. При більш високих напругах конст-рукція камери повинна враховувати і радіаційний захист.
Електрошлаковий джерело тепла не може забезпечити введення в виріб, що зварюється невеликий теплової потужності. Для забезпе-чення необхідної електропровідності розплавленого шлаку його кількість повинна бути досить значним; для підтримки такої кількості шлаку в розплавленому стані вводиться елек-тричних потужність повинна бути досить великою, а слідові-тельно, і вироби, що піддаються електрошлакового зварювання, не можуть бути невеликими.
У зв'язку з комплексом розглянутих характеристик джерел тепла більш зручними для виготовлення різноманітних зварних конструкцій є електрична дуга і в меншій мірі газозварювальне полум'я. Менш універсальними є інші джерела тепла, хоча кожен з них в специфічних умовах може виявитися найбільш доцільним для використання при виготовленні тих чи інших зварних виробів.