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 T_o do T_t, rastali i da se talina zagrije do neke temperature T₁:

Q_G = c . (T_t - T_o) + q_t + c_t (T₁ - T_t), J/g

gdje su:

c - specifična toplina krutog metala za interval T_o do T_t , J/g° C

c_t - specifična toplina taline za interval T_t do T₁, J/g° C

q_t - latentna toplina taljenja, J/g

T_o - početna temperatura metala, ^oC

T_t - temperatura tališta, ^oC; Za čelik ~ 1500 oC

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

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

Q₁= Q_G . A_ZT . v . r ,

gdje su:

r - gustoća,

v - brzina zavarivanja,

Q₁ = P_taljenja, W

Ako se stavi Q₁ u odnos prema efektivnoj snazi izvora:

E_ef = 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:

E_ef = . h ,

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

q₂ = q_{2 max} . exp (- k . r²); q_{2 max} = .P_ef , W/mm²

3. Temperatura predgrijavanja odnosno između prolaza T_o.

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

Širina gusjenice (širina ZT) b

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

za trodimenzionalno vođenje topline.

r_ZT = r_ZT (U, I, v, h , c, r , T_o); b = 2 . r_{ZT3 dim}.

y_ZT = , za dvodimenzionalno vođenje topline

y_ZT = y_ZT (U, I, v, h , c, r , d , T_o); b = 2 ^. y_{ZT2 dim}

Dužina izvlačenja jedne elektrode l_i

= E_ef = = ;

gdje su :

t - vrijeme taljenja jedne elektrode, s

l_i, - dužina izvlačenja jedne elektrode, mm pri čemu se unosi E_ef=

l_i = . h ;

l_i = . h

l_i = l_i

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

A_ZT, mm² - površina presjeka zone taljenja; A_ZT

b, mm - širina prolaza; b

l_{i, mm} - dužina izvlačenja jednog prolaza; l_i , jednom elektrodom kod ručnog REL zavarivanja.

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

Površina presjeka zone taljenja A_ZT

Iz izraza za h _t može se izračunati:

A_ZT = = ; Q_V = r ^. Q_G,

A_ZT =

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

A_ZT = . E_ef

A_ZT = const . E_ef = K_t . E_ef

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 Q_V = 10

A_ZT = = = 21.6 mm² ili

A_ZT = . E_ef = 0.03 . E_ef= 0.03 . 720 = 21.6 mm² ; K_t = 0.03 = const.

Povratak na početnu stranicu - povratak na popis pitanja!!