Энергетические характеристики некоторых термических источников энергия для сварки и резки

Примечание. Понятие температуры в луче не характерно, так как движение частиц в основном направленное, а не хаотичное.

Расчеты показали, что для многих видов соединений и материалов механические и термомеханические процессы сварки требуют значительно меньше энергии, чем сварка плавлением. Например, при сварке встык стальных стержней диаметром 20 мм дуговым ванным способом необходимо e_св » 300 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 ммтребуется e_св: при аргоно-дуговой сварке 300 дж/мм²; при контактной сварке »200 дж/мм²; при холодной сварке »30 дж/мм²(см. рис. 1.11).

Рис. 1.9. Средние значения e_св при сварке стали 18-8 толщиной до 50ммразными методами:

АД - аргоно-дуговая; ДФ - дуговая под флюсом; ПД - плазменнодуговая; ЭЛС – электроннолучевая

Расчет значенийe_свдля разных методов свар­ки плавлением нержаве­ющей стали типа 18-8 показал (рис. 1.9), что с увеличением толщины изделия удельная. сварочная энергия резко растет при использовании многопроход­ной сварки. Например, аргоно-дуговая сварка вольфрамовым электродом обеспечивает получение стыкового сварного соеди­нения для листов толщиной 15 мм при общих затратах на все проходы до 1000 дж/мм². Электроннолучевой процесс благодаря кинжальному проплавлению при однопроходной сварке позволяет соединить встык листы толщиной от 10 до 50 мм практически при одной и той же удельной энергии порядка 20 - 50 дж/мм².

Рис. 1.10. Порядок величин удельной энергии e_и и e_о дж/мм², необходимой для однопроходной сварки стали различными методами

Сравнение критериев e_и и e_о для однопроходной сварки стали показывает, что e_и с уменьшением интенсивности источника возрастает примерно от единиц (3…5 дж/мм²) для лазерной сварки до сотен (200…400 дж/мм²) для газового пламени. В то же время общие затраты энергии e_о, в которых учитывается вакуумирование для электронного луча (площадь изделия »500 мм²)и к.п.д. лазера »0,1%', в сотни и тысячи раз выше для этих источников, чем для свободной дуги в аргоне или для газового пламени (рис. 1.10).

Анализ эффективности различных процессов сварки позволяет построить диаграмму удельной энергии, необходимой для сварки разными методами. На рис. 1.11 в логарифмическом масштабе по оси ординат отложены примерные значения e_и,а по оси абсцисс указаны возможные процессы сварки встык листов или стержней из стали (пример холодной сварки рассчитан для алюминия).

Требования к источникам энергии для сварки. Данная выше классификация показывает, что каждая группа сварочных процессов может быть реализована с помощью определенного тех­нологического инструмента, который можно условно считать со­ставной частью источника энергии.

Для выполнения качественной сварки этот источник должен отвечать требованиям технологической и конструктивной целе­сообразности применения, экономичности преобразования энер­гии, ограничения вредных побочных эффектов при сварке и т. п.

Рис. 1.11. Условная диаграмма удельных энергий, необходимых для сварки встык однородных соединений с применением разных процессов

Источники энергии термических процессов сварки плавлением (луч, дуга, пламя и др.) должны обеспечивать концентрацию тепловой энергии и температуру в зоне сварки или пятне нагре­ва заданных размеров, достаточные для плавления материала и провара его на требуемую глубину, но без интенсивного испа­рения.

Источники энергии термомеханических и механических про­цессов сварки с давлением (контактная, термопрессовая, холод­ная и другие виды сварки) должны обеспечивать концентрацию тепловой или механической энергии в зоне сварки, а также дав­ление, достаточные для создания физического контакта, актива­ции и химического взаимодействия атомов соединяемых по­верхностей,

Должна также обеспечиваться физическая или физико-хими­ческая защита зоны сварки от окружающего воздуха и другие технологические условия, специфические для каждого метода сварки.