Требования к источникам тепла для сварки

С точки зрения минимальных затрат энергии преимущества имеют механические виды сварки. Они же дают наименьшее ухудшение свойств околошовной зоны. Но для их осуществления нужны большие удельные давления. Это не всегда можно обеспечить. Кроме того, при этих видах сварки велика пластическая деформация.

Поэтому в подавляющих случаях процесс сварки сопровождается местным нагревом до пластического состояния или расплавления. Для осуществления быстрого местного нагрева деталей в небольшом объеме применяют различные источники тепла. Источники тепла для сварки должны обладать:

  • большой тепловой мощностью;
  • значительной эффективностью;
  • высокой концентрацией тепла;
  • экономичностью;
  • удобством применения в работе.

Тепломощность – это количество тепла, выделяемого источником в единицы времени. Обозначается символом q (Дж/с или Вт). Эффективная тепломощность нагрева изделия – количества тепла, получаемого при сварке свариваемыми деталями в единицу времени. Обозначается символом qИ (Дж/с или Вт). Удельная тепломощность, вводимая в металл, определяет интенсивность источника тепла. Обозначается q2 (Дж/с×см2 или Вт/см2). Чем интенсивнее вводится тепло, тем меньше:

  • его потери;
  • величина ЗТВ;
  • окисление, испарение, т. е. лучше протекают металлургические процессы в зоне плавления.

Но концентрация тепла более (102-104) Вт/мм2 не желательна, т. к. это приводит к выбросу металла интенсивным паровым потоком из сварочной ванны. Чаще всего для сварки плавлением применяют:

  • химические реакции с выделением тепла (газовая и термитная сварка);
  • электрическую дугу;
  • электронный луч;
  • электрошлаковый источник тепла.

Сравнительные характеристики этих источников приведены в табл. 3. Как видно из таблицы, максимальное значение эффективной тепломощности имеют ЭЛС и ЭШС, поэтому эти виды сварки целесообразно использовать для сварки металла больших толщин.

Таблица 3. Сравнительные характеристики  источников тепла для сварки плавлением

Сварочный  источник тепла

Минимальная площадь

пятна, мм2

Максимальная

плотность  теплового нагрева в пятне, Дж/c*мм2

Максимальная эффективная тепломощность, Дж/с

Ацетилено-кислородное пламя

100

5 *102

104

Электрическая дуга

10

3 * 104

105

Электронный луч

0,1

1010

2 * 106

Электрошлаковый источник

103

3,5 * 105

 

В Японии в качестве критерия эффективности процесса сварки принята величина S = δ·Vсв (см2/мин), где δ – толщина свариваемого металла, см; Vсв – скорость сварки, см/мин. Наиболее эффективна ЭЛС, у которой S = (40-200)см2/мин, при δ = (20-130)мм. У ЭШС при δ > 70 мм величина S = 20 см2/мин, у сварки под флюсом и в защитных газах при δ = 20-300 мм величина S = (5-16) см2/мин.

Для тепловой подготовки при сварке давлением используют:

  • -пламя горючих газов;
  • -нагрев электрическим током;
  • -индукционный нагрев;
  • -превращение механической энергии в тепловую (при сварке трением).

Наибольшее применение при сварке имеют источники тепла, основанные на превращении энергии электрического тока в тепло, поскольку они обеспечивают:

  • -чистоту процесса;
  • -возможность регулировать нагрев;
  • -изменение мощности от минимальной до максимальной;
  • -высокую температуру нагрева;
  • -экономичность процесса.