К вопросу влияния погонной энергии сварки на скорость охлаждения металла шва

Металлургическому и машиностроительному секторам промышленности требуется получение сложных сварных металлоконструкций с протяженными сварными швами. Для гарантированного получения качественного сварного соединения необходимо задать режим сварки, который определяет структуру и свойства сварного шва, и зоны термического влияния.

Расчет оптимального режима дуговой сварки под слоем флюса, а также скоростей охлаждения является актуальным и определяет как качество сварного шва, так и период проведения пусконаладочных работ для изготовления новой детали или изделия, что, в свою очередь, повышает производительность труда, способствует ресурсосбережению [1].

В целях ускорения проектирования технологии сварки и формирования технологических основ расчета дуговой сварки под слоем флюса, анализа и развития существующих подходов в данном направлении необходимо дополнить существующие методики математическим алгоритмом зависимости скоростей охлаждения от погонной энергии сварки и толщины свариваемой пластины.

Разработанный на кафедре «Оборудования и технологии сварочного производства» программный комплекс [2] по расчету параметров режима дуговой сварки позволяет на сегодняшний день получить оптимальные технологические параметры процесса дуговой сварки: сила тока, напряжение на дуге, скорость сварки для низкоуглеродистых сталей.

Чтобы использовать указанный программный комплекс для расчета режима дуговой сварки легированных и среднеуглеродистых сталей, необходимо в алгоритм расчета режима дуговой сварки внести математический аппарат, позволяющий учитывать скорость охлаждения в зависимости от погонной энергии сварки. Скорости охлаждения определяют структуру сварного металла шва и зоны термического влияния, а также оказывают влияние на уровень остаточных напряжений [3].

Графики для определения скорости охлаждения околошовной зоны при сварке первого слоя стыкового шва в зависимости от погонной энергии приведены в виде номограмм [4]. С использованием математического программного комплекса MathСad построили математическую модель, учитывающую зависимости мгновенной скорости охлаждения от погонной энергии для разных толщин свариваемых деталей (см. рисунок) при условии температурного перепада в 600 °С без подогрева. Данные зависимости имеют вид кривых, описываемых следующими функциями:

Рис. 1. Номограмма для определения скорости охлаждения околошовной зоны при сварке первого слоя стыкового шва T m – T 0 = 600 °С для толщины свариваемых деталей S = 5, 8, 10, 14, 16, 18, 20, 36 мм

018 = 327,756(qp -0,6) 1,8 -0,07;(6)

1,67

020 = 291,206(qp -0,6) , -0,2;(7)

- 0,94

036 = 227,93 8(qp -0) , -6,0,(8)

где 0 5 , 0 8 , O 1₀ , 0 14 , O 1₆ , o 1₈ , o ₂₀ , o ₃₆ - мгновенные скорости охлаждения град/с для толщин стенок соответственно 5, 8, 10, 14, 16, 18, 20, 36 мм; q пог – погонная энергия сварки, ккал/см.

Скорости охлаждения околошовной зоны снижаются при увеличении погонной энергии сварки в связи с ее быстрым прогревом и медленным остыванием. С увеличением толщины свариваемых деталей при неизменной погонной энергии сварки скорость охлаждения растет за счет более медленного прогрева металла зоны термического влияния и большей металлоемкости сварного шва.