Схема 1. Имеется точечный быстродвижущийся мощный источник иагрева в полубесконечном теле, например, наплавка валика иа массивное тело. Уравнение предельного состояния процесса распространения теплоты в точке А ЗТВ имеет вид:

=2^еХР(-т!-)*(2Л)

где тх — плоский радиус-вектор, выражающий расстояние от точки А до оси Ох, гх = ~\/у\ + г%, здесь у0 к г6 — неподвижные координаты точки А, связанные со свариваемым изделием; т — время, отсчитываемое с момента пересечения источником плоскости у0Огв, в которой расположена точка А; д = г\1Л — эффективная тепловая мощность источника нагрева при данном коэффициенте полезного действия т|, напряжении дуги II и силе тока /; К— коэффициент теплопроводности; исв — скорость сварки; а — коэффициент температуропроводности. Мгновенную скорость охлаждения определяют по формуле

ш^2лК^тп~^)\(2.2)

где /тщ и ¿0 — температуры наименьшей устойчивости аустенита и свариваемого изделия; ?/исв — погонная энергия сварки.

Длительность охлаждения т в интервале 800—500 °С

_ Фсв (_1_1 ^/о о,

Т80о-5оо -^ 500 __и еОО — в ) ■

Зависимость пшх от тх до оси перемещения источника дается выражением

. . 2-0,368о *тах Ы =-(2.4)

где с — удельная теплоемкость; у — плотность.

Схема 2. Имеется мощный быстродвижущийся линейный источник в пластине, например, при однопроходной сварке со сквозным проплавлеиием. Уравнение предельного состояния распространения теплоты

^-т)=Рсвбущ^ехр(-А-4 2-5

где Ь~2а/(суд) — коэффициент температуроотдачи; а — коэффициент теплоотдачи; у0 — расстояние от точки А до оси шва. Мгновенная скорость охлаждения

Для определения длительности охлаждения используют формулу

.[?/(«*)]■ г_1

^800-500 - 4пксу [ (500 —о)2 '(800-Максимальная температура нагрева на расстоянии у0 данной точки от оси

Теплофизические свойства конструкционных материалов в интервале 300—700 °С приведены в табл. 2.1.

Применение формул (2.1)—(2.8) обеспечивает удовлетворительную сходимость расчетных данных с экспериментальными для многих видов сварки в широком диапазоне изменения режимов. Однако в тех случаях, когда необходимо учесть температурную зависимость теплофизических свойств свариваемого металла, распределение источников нагрева по значительному объему, наличие тепловых стоков, например, при сварке с регулированием термических циклов (РТЦ) посредством принудительного сопутствующего охлаждения (ПСО), требуются новые подходы к решению задачи по определению параметров теплового поля сварки, основанные на использовании численных методов расчета. Аналитическое решение тепловой задачи применительно к сварке с РТЦ посредством принудительного сопутствующего охлаждения приведено в работе [56]. Сопоставление расчетных данных с экспериментальными (рис. 2.1) свидетельствует об удовлетворительной сходимости результатов как при автоматической дуговой сварке под флюсом (АДС), так и при электрошлаковой сварке (ЭШС).

Различные схемы процессов сварки с РТЦ показаны на рис. 2.2. Для практической реализации этих процессов разработаны системы автоматического контроля параметров программы принудительного сопутствующего охлаждения |73]. Причем основными регулируемыми параметрами программы принудительного сопутствующего охлаждения являются следующие: I и Ь — соответственно длина и ширина принудительно охлаждаемой поверх-

Рис. 2.1. Термические циклы сварки околошовного участка ЗТВ сварных соединений:

а — АДС стали 16ГФР при толщине проката 14 мм: б — ЭШС стали 10Г2ФР при толщине проката 40 мм; 1 — общепринятая технология; 2 — сварка с РТЦ посредством принудительного сопутствующего охлаждения

(--— экспериментальные

Данные;------расчетные данные)

.Теплофизические свойства металлов и сплавов