Iskorištenje energije za taljenje. Dimenzije zone taljenja

Glavni zadatak izvora energije je taljenje metala za vrijeme zavarivanja. Količina metala, koja se tali pri zavarivanju ovisi o obliku i dimenzijama spoja, vrsti metala, o broju prolaza (slojeva) i o postupku zavarivanja. Poželjno je ponekad da se zavaruje s manjim toplinskim inputom, što je lakše ostvarivo ako su gustoće toplinskog toka veće.

Količina topline potrebna da se jedinica mase 1g zagrije od To do Tt, rastali i da se talina zagrije do neke temperature T1:

QG = c . (Tt - To) + qt + ct (T1 - Tt), J/g

gdje su:

c - specifična toplina krutog metala za interval To do Tt , J/g° C

ct - specifična toplina taline za interval Tt do T1, J/g° C

qt - latentna toplina taljenja, J/g

To - početna temperatura metala, oC

Tt - temperatura tališta, oC; Za čelik ~ 1500 oC

T1 - temperatura taline, T1 > Tt, oC; Za čelik ~ 1800 oC

Količina topline potrebna za zagrijavanje do tališta, taljenje i povišenje temperature taline na T1 za masu metala poprečnog presjeka AZT = ADM + AOM koji se istali u 1 s:

Q1= QG . AZT . v . r ,

gdje su:

r - gustoća,

v - brzina zavarivanja,

Q1 = Ptaljenja, W

Ako se stavi Q1 u odnos prema efektivnoj snazi izvora:

Eef = h . U . I ,

dobit će se stupanj korisnog djelovanja energije za taljenje

Stupanj korisnog djelovanja energije za taljenje h t ovisit će o postupku zavarivanja, materijalu kojeg zavarujemo, debljini materijala i obliku spoja. Što je veća toplinska vodljivost materijala, to će biti niži h t, jer će se brže odvoditi toplina od mjesta zavarivanja u okolni hladniji materijal.

Utjecaj toplinske vodljivosti je izraženiji za izvor s malim gustoćama toplinskog toka. Kada se napr. zavaruje plinskim plamenom aluminij, h t = 2 %, a 98 % su gubici topline.

Oblik i dimenzija ZT u jednom prolazu

Na oblik i dimenzije poprečnog prejesjeka rastaljene kupke odnosno gusjenice utječu:

1. Toplinski input:

Eef = . h ,

2. Koncentriranost izvora energije izražena koeficjentom "k" [ mm-2] i gustoća toka q2 max [ W/mm2] , koje opisuje izraz normalne Gaussove razdiobe toka energije:

q2 = q2 max . exp (- k . r2); q2 max = .Pef , W/mm2

3. Temperatura predgrijavanja odnosno između prolaza To.

4. Fizikalno - toplinske karakteristike materijala l , c, r

 

5. Karakter postupka zavarivanja i položaj zavarivanja.

Smanjivanjem brzine zavarivanja obično raste penetracija "p".

Ako je brzina premala tada će velika metalna kupka ispod

izvora energije sprečavati dalju penetraciju električnog luka.

Položaj zavarivanja i smjer napr. odozgor-dole i nagnutost predmeta utječu na oblik i penetraciju zavara odnosno ZT.

 

tii7.jpg (14589 bytes)

Dimenzije zone taljenja - ZT.

Širina gusjenice (širina ZT) b

Iz izraza za širinu ZT mogu se uočiti utjecaji na dimenzije ZT za čelik:

za trodimenzionalno vođenje topline.

rZT = rZT (U, I, v, h , c, r , To); b = 2 . rZT3 dim.

yZT = , za dvodimenzionalno vođenje topline

yZT = yZT (U, I, v, h , c, r , d , To); b = 2 . yZT2 dim

Dužina izvlačenja jedne elektrode li

= Eef = = ;

gdje su :

t - vrijeme taljenja jedne elektrode, s

li, - dužina izvlačenja jedne elektrode, mm pri čemu se unosi Eef=

li = . h ;

li = . h

li = li

Obično se za praktičnu primjenu treba primjenjivati korišteni toplinski input na temelju mjerenja nekih veličina, koje se mogu u praksi mjeriti, a to su:

AZT, mm2 - površina presjeka zone taljenja; AZT

b, mm - širina prolaza; b

li, mm - dužina izvlačenja jednog prolaza; li , jednom elektrodom kod ručnog REL zavarivanja.

Veličine b i li se mogu kontrolirati za svaki prolaz u proizvodnji, AZT pri analizi makro izbrusaka, napr. kod atesta postupka ili analiza otkaza.

Površina presjeka zone taljenja AZT

Iz izraza za h t može se izračunati:

AZT = = ; QV = r . QG,

AZT =

QV ..... Količina topline potrebna da se 1 mm3 metala zagrije od temperature okoline do tališta, da se rastali i da temperatura taline dosegne T1.

AZT = . Eef

AZT = const . Eef = Kt . Eef

Za neki postupak zavarivanja h i h t se ne mijenjaju bitno pri promjenama napona, struje i brzine zavarivanja, pa je približno poprečni presjek jednog prolaza proporcionalan toplinskom inputu.

Primjer. Elektrolučnim zavarivanjem polažemo gusjenicu /prolaz/ na čelik uz sljedeće uvjete:

U = 20 V h = 0,9 = h luka

I = 200 A h t = 0,3

v = 5 QV = 10

AZT = = = 21.6 mm2 ili

AZT = . Eef = 0.03 . Eef= 0.03 . 720 = 21.6 mm2 ; Kt = 0.03 = const.

Povratak na početnu stranicu - povratak na popis pitanja!!