Оценка эффективности источников энергии при сварке.

Для правильного выбора того или иного сварочного процесса применительно к конкретному изделию следует учитывать по крайней мере три основных фактора:

  • техническую возможность применения процесса;
  • качество и надежность получаемого соединения;
  • энергетическую и экономическую эффективность сварочного процесса.

Первый фактор должен быть выполнен безусловно. Вторые два фактора следует учитывать так, чтобы найти оптимальное решение в каждом конкретном случае. Для правильного и обоснованного учета факторов качества и надежности соединений одновременно со степенью эффективности применяемого процесса сварки нужна единая методика их количественной оценки. Эффективность процессов сварки плавлением оценивают обычно такими показателями, как эффективный и термический к. п. д., коэффициенты расплавления и наплавки и т. п. Источники сварочного нагрева характеризуют обычно удельным тепловым потоком в пятне нагрева qmax Вт/см2, и коэффициентом сосредоточенности k. Оценивают также удельные затраты на 1 м длины шва или на 1 кг наплавленного металла.

Сравнение термических источников энергии для сварки (рис. 1) показывает, что наибольшую удельную мощность в пятне нагрева имеют лучевые источники, для которых qmax Вт/см2 примерно 1×1010 Вт/см2. Однако их применение для сварки ограничено верхним пределом 1×107 Вт/см2 для электронного и фотонного луча. При более высоких плотностях энергии в пятне нагрева сварка невозможна — происходит испарение материала; возможна резка и размерная обработка (лучевое фрезерование) изделий.

Удельная мощность различных источников энергии сварочных процессов
Рис. 1 — Удельная мощность различных источников энергии сварочных процессов в пятне нагрева. Левая штриховка соответствует сварке, правая — резке (Р). Обозначение. ГП — газовое пламя; СвД — свободная дуга; СжД — сжатая дуга; ЭЛ — электронный луч; ФЛ — фотонный луч

Однако приведенные показатели не позволяют сравнивать между собой процессы разных классов — термические, термомеханические и механические. В то же время часто имеется возможность выполнить одно и то же соединение разными методами сварки, а также пайкой или склеиванием. Основная задача любого из этих трех процессов — получение определенной площади качественно соединяемых материалов. Поэтому целесообразно применять удельные показатели эффективности, отнесенные к единице площади соединения.

Расчет значений εсв для разных способов сварки коррозионностойкой стали типа 18-8 показал (рис. 2), что с увеличением толщины изделия удельная сварочная энергия резко возрастает при использовании многопроходной сварки. Например, аргонодуговая сварка W-электродом (АДВ) обеспечивает сварку стыкового соединения листов толщиной 15 мм при общих затратах на все проходы до 1000 Дж/мм2 Электронно-лучевой процесс (ЭЛС) благодаря кинжальному проплавлению и однопроходной сварке позволяет сваривать встык металл толщиной 10—50 мм практически при одной и той же удельной энергии 30—60 Дж/мм2. Использование плазменной дуги (ПД) и дуги в вакууме (ВД) при узкой разделке также позволяет потреблять при сварке меньше энергии (εсв=150÷300 Дж/мм2), чем для дуги под флюсом (ДФ), которая в зависимости от разделки кромок требует εсв=400÷800 Дж/мм2.

Рис. 2 — Средние значения удельной энергии εсв Дж/мм2, необходимой при сварке стали 18-8, δ=40 мм разными методами

Сравнение критериев εи и εобщ показывает, что εи с уменьшением интенсивности источника возрастает примерно от единиц (3—5 Дж/мм2) для лазерной сварки до сотен (200— 400 Дж/мм2) для газового пламени (рис. 3).

Рис. 3 — Порядок величин удельной энергии εи и εобщ. Дж/мм2, необходимой для однопроходной сварки стали различными методами εВСМ для ЭЛС подсчитано с учетом вакуумирования камеры и сварки соединения сечением около 1000 мм2.
Обозначения см. подпись под рис. 1, ЛЛ — лазерный луч

Пламенная дуга при достаточных мощностях разрезает коррозионностойкую сталь при удельной энергии резки εр=100 Дж/мм2. Однако при толщинах свыше 100—120 мм мощности источника не хватает для интенсивного ведения процесса, и еР возрастает до 300—350 Дж/мм2.

Критерий εр вычисляется так же, как и εсв, а удельная энергия выплавления εврηв, где ηв — энергетический коэффициент выплавления, составляющий при оптимальных режимах резки металла толщиной 10—100 мм для стали 18-8 55%, а для сплава АМг ∼25%.

Сравнение эффективности Т, ТП и ПМ-процессов сварки.

Сравнение эффективности Т, ТП и ПМ-процессов сварки показывает, что для многих видов соединений и материалов механические и термомеханические процессы сварки требуют значительно меньше энергии, чем сварка плавлением. Например, для сварки встык стальных стержней диаметром 20 мм при дуговом ванном способе необходимо εсв=1800 Дж/мм2, при контактной стыковой сварке оплавлением ∼400 Дж/мм2, при сварке трением ∼130 Дж/мм2. Для сварки встык пластин из алюминиевого сплава толщиной 5 мм требуется; при аргонодуговой сварке εсв=300 Дж/мм2, при контактной сварке ∼200 Дж/мм2 при холодной сварке ∼30 Дж/мм2.

Анализ эффективности по различным классам сварочных процессов позволяет построить условную диаграмму удельной энергии, необходимой для сварки соединений определенного типа с применением разных процессов или источников энергии. На диаграмме (рис. 4) по вертикальной оси в логарифмическом масштабе отложены приблизительные значения εн, а по горизонтальной оси указаны возможные процессы применительно к сварке встык стальных листов толщиной до 20 мм или стержней диаметром до 20 мм.

Анализ эффективности по различным классам сварочных процессов
Рис. 4 — Удельная энергия εн требуемая для выполнения однотипных стыковых соединений с применением разных процессов

Целесообразно в ряде случаев применять показатель удельной энергии ε=q/νδ (Дж/м2) как более информативный, чем показатель погонной энергии q/ν, измеряемый в Дж/м. Использование при анализе разных методов сварки показателей удельной энергии ε, Дж/м2, стимулирует выбор перспективных в отношении энергоемкости процессов и источников энергии.






Навигация
Болты
Винты, шпильки, штифты, прокладки
Пружины
Заклепки
Шпонки
Гайки
Резьба
Валы
Муфты
Подшипники
Виды соединений
Передачи
Материал
Дополнительные материалы
Госты метизов
Сварка
Мы в соцсетях
podshipniki.moscow применяемость подшипников
Сортовой металлопрокат: str-steel.ru в Москве с доставкой.