Расчет режимов аргонодуговой сварки листов
Исходные данные: 31345221
Материал – Титан;
Толщина –2 мм.
Теплофизические свойства материала:[1]
Температура плавления –Тпл=1660°С=1933К;
Плотность – 
;
Удельная теплоемкость – 
;
Коэффициент теплопроводности – 
;
Коэффициент температуропроводности – 
;
Скрытая теплота плавления – 
;
Эффективный КПД дуги – 
[1];
Геометрию шва условно примем как показано на рисунке 1. Соответственно площадь шва будет равна площади полуокружности, радиус которой равен толщине пластины.
Рисунок 1 - Геометрия сварного шва
В инженерной практике часто возникает необходимость расчетного определения температурно-временных параметров сварочных термических циклов в различных зонах изделия, размеров зон нагрева, скоростей нагрева и охлаждения и т.п. Решение таких задач позволяет получать численные оценки с приемлемой для практических целей точностью.
Для трёх значений скорости сварки рассчитаем значения сварочного тока.
 ,
| (1.1) |
где 
-эффективная мощность дуги, Вт;
-напряжение на дуге.
Согласно [4] ориентировочные режимы механизированной аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом стыковых соединений титана и его сплавов:
Таблица 1 – Ориентировочные режимы сварки
| δ, мм | l, мм | I, А | υ, м/ч |
| 1,2-1,5 | 100-150 | 25-40 |
Но при указанных напряжении и длине дуги получить форму проплавления, как на рисунке 1, не представляется возможным. Оптимальным значением длины дуги будет 3 мм (установлено на лабораторном практикуме), а напряжение согласно этому – 12 В.
 ,
| (1.2) |
где 
– полезная мощность, затрачиваемая дугой на проплавление изделия;
– термический КПД.
Для схемы линейного источника в неограниченной тонкой пластине толщиной δ термический КПД зависит от коэффициента ε2.
 ,
| (1.3) |
где δ-толщина пластины,
– теплосодержание единицы объема расплавленного металла,
Дж/см3
 ;
| (1.4) |
 ,
| (1.5) |
где 
– начальная температура,
Т0=20°С;
Тпер – температура перегрева металла в сварочной ванне, обычно:
| (1.6) |
,
Эффективная мощность дуги:
 ;
| (1.7) |
Согласно [4] для её расчёта примем:
I=125 А;
U=12 В.
.
По графику, приведенному в [1] определяем термический КПД:
.
Полезная мощность:
 ,
| (1.8) |
– площадь проплавления,
;
Теперь для каждого значения скорости сварки можно определить Рпр , Ри и силу тока.
Для υ=10 м/ч:
.
.
.
Для υ=20 м/ч:
.
.
.
Для υ=30 м/ч:
.
.
.
Определение ширины зоны, нагретой выше заданной температуры с использованием схемы мощного быстродвижущегося источника теплоты
1) Т=Тпл=1660 °С;
2) Т=Тпл/2=830 °С;
3) Т=Тпл/3=553 °С;
Способ №1
Если пренебречь теплоотдачей, то для быстродвижущегося линейного источника теплоты в пластине выражение расчета ширины зоны нагрева будет выглядеть так:
 ,
| (2.1) |
где q=Pи – эффективная мощность источника
Т – заданная температура
Возьмем для расчёта υ=30 м/ч. Теоретически ширина зоны проплавления будет одинаковой для любой из заданных скоростей сварки.
1) Для температуры Т=Тпл=1660 °С;
.
2) Для температурыТ=Тпл/2=830 °С;
.
3) Для температуры Т=Тпл/3=553 °С;
.
Способ №2
На рисунке 2 показана номограмма для определения ширины зоны нагрева при сварке пластины линейным источником(пренебрегая теплоотдачей)
Рисунок 2 - Номограмма для определения ширины зоны нагрева 
движущимся источником тепла[3]
Найдем значение выражения, представленного на оси ординат для всех случаев:
;
;
;
Значениям этих выражений на номограмме соответствуют значения 
, равные соответственно:
;
;
;
Отсюда найдём ширину зоны нагрева :
;
;
.
3 Определение максимальной температуры, которая достигается на расстоянии L=y от оси шва
;
;
.
Формула для вычисления максимальной температуры при действии быстродвижущегося линейного источника теплоты в бесконечной пластине с теплоотдачей.(b=0)
| (3.1) |
Для :
.
Для :
.
Для :
.
