силами электромагнитного поля, вероятно разрушение окисных пленок при выбросе
металла. В результате повторного нагрева участков свариваемых элементов до места
схождения они вновь окисляются, но из-за малого времени подогрева (не более 0,01
с) толщина вновь образовавшейся окисной пленки мала и она может быть разрушена
или удалена вместе с жидким металлом в процессе осадки.
При третьем варианте нагрева, когда свариваемые поверхности на всем
протяжении, включая место схождения, нагреваются ниже Тпл, очевидно нельзя
ожидать разрушения окисных пленок. Исключение может составлять только РеО. Из
сказанного следует, что наиболее универсальным является второй вариант нагрева,
так как при нем обеспечивается разогрев свариваемых элементов до необходимой
температуры и очистка их от окислов, в том числе тугоплавких. Первый вариант
нагрева целесообразно применять при сварке малоуглеродистых и малолегированных
сталей, на которых окисные пленки состоят из РеО-Ре203-Ре304. Третий вариант
нагрева применяется редко.
Вслед за подготовительной фазой'образования сварного соединения*—'нагревом
происходит осадка и формирование сварного шва. Для рассмотрения первого
основного параметра осадки — скорости (у0с) обратимся к схеме, изображенной на
рис. 11. На схеме показана полная длина контакта свариваемых элементов /к,
состоящая из зон осадки /0с, редуцирования /р (в случае сварки прямошовных труб
и оболочек) и термомеханического упрочнения. Установлено, что при сварке
наиболее распространенных изделий и материалов полная длина контакта 1К в 1,5— 4
раза превышает /Сс, величина которой колеблется в пределах 1,5—2,5 мм [20]. Эта
зона увеличивается с ростом толщины свариваемых элементов и увеличением
абсолютной величины осадки Дос. При наиболее распространенных скоростях сварки
(0,5—2 м/с) скорость осадки находится в пределах 20—2000 мм/с. Для получения
качественного сварного соединения необходимо, чтобы весь оплавленный металл,
имеющийся в месте схождения свариваемых элементов, был удален при осадке. Этого
можно
Рис. 11.У Схема осадки кромок при сварке трубной заготовки радиусом г: 1К —
полная длина контакта; /ос — зона осадки; Ья — толщина ножа; гк и гр ■— радиусы
шовообжимного валка по катающему диаметру и реборде; г — радиус трубы на выходе
из сварочного калибра
дпЛмгм'и при условии, что скорость осадки будет достаточной и ргн'иланлснный
металл не потеряет свойства жидкотекучести. Интервал времени Д£0, достаточный
для охлаждения металла от м-мпсратуры Тг (в месте схождения элементов) до
температуры потери жидкотеку чести Та, при стыковой сварке с непрерывным
пиланлением можно определить по данным работы [5]. При (цирке алюминиевого
сплава
М0 = бР7 [с (Т1 — Т2) + т„]/[Я, ((!№)], (24)
I де Ор — толщина жидкого металла в месте схождения свариваемых элементов; у,
с и га0 ■— плотность, теплоемкость и скрытая теплота плавления свариваемого
металла; йТ1йх — градиент температуры на единицу длины в поперечном сечении
свариваемых (лементов.
Очевидно, для гарантированного удаления при осадке жидкого металла, а
следовательно, и окислов нужно, чтобы время осадки Д/ было меньше At0 (а оно тем
меньше, чем меньше бр и 7\—Т2 п больше йТ1йх). Примем для расчета бр = 0,14 мм,
т. е. равную глубине проникновения тока в алюминий при Т = 600° С и /"==440 кГц,
Тх =1,1 Тпл = 700° С. Определим Дг0, исходя из интервала кристаллизации сплавов,
который может быть разделен на две части:
1) интервал, где выросшие дендриты твердого раствора разделены сплошной
прослойкой жидкой фазы (жидко-твердое состояние);
2) интервал (ниже температурной границы жидко-твердого состояния), где
происходит частичное срастание дендритов и образование из них жесткого скелета с
дальнейшим затвердеванием всей жидкой фазы. Сплав при температуре выше
температуры образования кристаллического каркаса, находящийся в жидко-твердом
состоянии, обладает повышенной жидкотекучестью. Следовательно, можно принять Т2
= Ткр за температуру, при которой происходит переход от жидко-твердого в
твердо-жидкое состояние. Эти интервалы температур для некоторых сплавов
приведены в табл. 12.
Градиент йТ1йх может быть определен при расчете температурного поля в зоне
охлаждения шва, т. е. на участке от места схождения свариваемых элементов и
далее при следующих допущениях [20]: 1) источник тепла постоянный и действует в
течение времени нагрева; 2) принят экспоненциальный закон распределения
плотностей источников тепла; 3) теплофизические характеристики сплава постоянны
во времени; 4) теплоотдача с поверхности свариваемых кромок за счет излучения и
конвекции пренебрежимо мала.
В табл. 13 приведены результаты расчета градиента йТ1йх и интервала Дг0 при
различных значениях времени нагрева свариваемых элементов /н.
Карта
|
