Определение удельной энергии для различных способов сварки.

Примеры расчетов.

Определение удельной энергии εст для различных способов сварки. Основные физические свойства металлов и сплавов приведены в (табл. 1)

Сварка плавлением встык ванным способом.

Рассмотрим сварку плавлением встык ванным способом двух алюминиевых стержней диаметром 20 мм. Согласно обобщенной схеме баланса энергии (см. рис. 1, а статьи "Оценка эффективности источников энергии"), существует внешний источник энергии, которая вносится с расплавляемым электродным металлом. Удельное объемное энергосодержание расплавленного металла при температуре его плавления составляет ΔН=γ(сплТпл+qпл), где
γ — плотность;
спл — удельная теплоемкость;
qпл — скрытая теплота плавления металла.

Минимальная удельная энергия, требуемая для сварки ванным способом, определяется как произведение ΔH на объем зоны (ванны) расплавленного металла, деленное на площадь сечения шва, т. е. как произведение ΔH на ширину В расплавленной зоны: ε=ΔHB, Дж/мм2. Принимая ширину такого шва равной диаметру прутка, приближенно получаем, используя округленные значения в (табл. 1)

epsilon_{с т}=2.7(1*660+390)2=5670~{Д ж} /{с м}^2=56.7~{Д ж} /{м м}^2 .

Контактная сварка оплавлением.

Контактная сварка оплавлением. В данном случае существует внутренний источник энергии — тепловыделение на контактном сопротивлении. Различие в минимальном значении требуемой энергии определяется по сравнению со сваркой плавлением лишь размерами расплавляемой зоны. Используя данные примера сварки плавлением, находим, что при глубине осадки по 5 мм минимальная удельная энергия составит 28,35 Дж/мм2.

Сварка трением.

Сварка трением. Ширина зоны нагрева от «внутреннего» источника энергии при сварке трением значительно ниже, чем при контактной сварке оплавлением. Кроме того, процесс формирования шва обычно протекает при температурах, близких к температуре плавления сплава, но не превышающих ее, т. е. без затрат на скрытую теплоту плавления. При общей ширине пластической зоны формирования соединения около 5 мм минимальная удельная энергия составит

epsilon_{с т}=2.7*660*0,5=900~{Д ж} /{с м}^2=9~{Д ж} /{м м}^2 .

Холодная сварка.

Имеем внутренний источник энергии. Преобразование энергии сжатия деталей происходит в некотором активном объеме с одинаковой глубиной в обе стороны от шва. Энергия, требуемая для сварки, в данном случае также определяется как произведение среднего энергосодержания при температуре стыка около 600 °С (для алюминия) на глубину активной зоны, около 1 мм, или

epsilon_{с т}=2.7*600*0,1*2=324~{Д ж} /{с м}^2=3.24~{Д ж} /{м м}^2 .

Сварка взрывом.

Экспериментально установлено, что для сварки алюминиевых пластин толщиной 1 мм требуется около 1 г взрывчатого вещества на 1 см2 площади соединяемых деталей. Учитывая, что удельная энергия для взрывчатого вещества составляет ∼6000 Дж/г, получаем ориентировочную оценку:

epsilon_{с т}=1*6000~{Д ж} /{с м}^2=60~{Д ж} /{м м}^2 .

Сопоставление энергозатрат при рассмотренных способах сварки показывает, что способы сварки давлением менее энергоемки по сравнению со сваркой плавлением Немаловажно и то, что при сварке в твердом состоянии не требуется расходовать энергию на расплавление металла, что экономит около 15—30% энергии.

Таблица 1. Физические свойства некоторых металлов и сплавов.
Материалы Температура, К Плотность, г/см3 Теплоемкость, Дж/(г×К) Теплопроводность, Вт/(см×К) Удельное электросопротивление, мкОм×см Теплота плавления L, Дж/г Поверхностное натяжение σL, мН/см
солидуса ликвидуса ν298 νS νL с298 CS CL λ298 λS λL ρ298 ρS ρL
Сплавы железа:
Fe 1810 1810 7,87 7,1 7,0 0,44 0,7 0,69 0,79 0,33 0,34 9 130 135 270 18
низколегированная сталь 1723 1773 7,8 7,2 6,9 0,47 0,64 0,74 0,4 0,35 0,35 15 120 125 271 17,5
коррозионностойкая сталь 1673 1732 7,9 7,24 6,95 0,45 0,65 0,72 0,15 0,35 0,35 80 125 130 284 17,1
Сплавы алюминия:
А1 1933 933 2,7 2,55 2,38 0,9 - 1,08 2,4 2,2 1,03 2,5 11 25 393 8,6
АМг6 858 903 2,64 - - 1,1 - 1,3 1,0 1,35 1,0 6,7 - - 384 7,0
АМц 916 927 2,73 - - 0,91 - - 1,6 - 0,88 4,1 - - 388 7,65
Д 16 775 911 2,77 - - 0,91 - - 1,6 - - 0,3 - - 388 8,1
Сплавы титана:
Ti 1941 1941 4,5 - 4,1 0,53 - 0,74 0,22 0,26 0,23 45 150 170 376 14
ВТ6 - - - - - 0,54 - - 0,07 - - 160 - - - -
Сплавы меди:
Сu 1356 1356 8,93 - 8,3 0,38 - 0,47 4,0 3,5 3,5 3 9 21 200 13
Л63 1173 1183 - 8,63 8,0 - 0,38 0,42 - - - - - - 168 -
Mg 924 924 1,73 1,58 1,15 1,32 1,7 1,6 0,8 3 15 27 364 5,2
Примечание. Индексы 298, S и L идентифнцирют температуру 298 K, солидуса и ликвидуса соответсвенно.






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.