Баланс энергии при сварке.

Обобщенный баланс справедлив для всех источников энергии — как внешних, так и внутренних. Большинство Т- и ТП-процессов осуществляется с внешними источниками.

Внутренний источник энергии рассматриваем как некоторый активный объем в общем случае с одинаковой глубиной в обе стороны от стыка. Считаем, что в активном объеме происходит преобразование вводной энергии из одной формы в другую (как правило, тепловую). В этом случае энергия ε_ст, Дж/мм², требуемая для сварки (или резки) единицы контактной площади, может быть приближенно определена как произведение среднего единичного активного объема V, мм³/мм², на его среднее энергосодержание ΔН, Дж/мм³. Принимая микротермическую гипотезу образования сварного соединения как результат местного повышения температуры в активном объеме, определяем ΔН как произведение удельного теплосодержания с_γ, Дж/(мм³*К) на среднюю температуру ΔТ активного объема. Тогда

$varepsilon_{с т}=V Delta H=V c_{gamma} Delta T$

Например, для холодной сварки алюминия имеем глубину активной зоны до 1 мм от стыка. Тогда V=2 мм³/мм²; ΔТ ≈0,8 Тпл; ≈500 °С; с_γ=5× 10^-3 Дж/(мм³×К).

Имеем

$varepsilon_{с т}=V c_gamma Delta T=5*2*10^{-3}*500=5 {Д ж}/{м м}^2$
Такой же порядок величин ε_ст получим при оценке требуемой энергии для сварки взрывом: для алюминия 10 Дж/мм², для молибдена ∼ 50 Дж/мм². Некоторое увеличение ε_ст получаем для сварки ультразвуком и особенно трением, где глубина и активный объем могут быть значительными.

Сравнивая ε_ст энергией ε_св, затрачиваемой на выполнение сварки, получаем термодинамический к. п. д. процесса

$eta_{т д}=varepsilon_{с т}/varepsilon_{с в}$
Например, для сварки взрывом 1 мм² соединения пластин толщиной 1 мм требуется количество взрывчатого вещества (ВВ): для алюминии G ∼ 0,01 г/мм², для молибдена G∼0,1г/мм². Учитывая удельную энергию ВВ, равную примерно ΔН=6000 Дж/г, получаем
$varepsilon_{с в}=G Delta H=0,01*600=60$
для алюминия и ε_св=600 Дж/мм² для молибдена.

Таким образом, η_тд для сварки взрывом оказывается равным примерно 0,1. Для холодной сварки, а η_тд соответственно равно 0,5—0,15.

$varepsilon_{с в}approx 10/30$

Приведенные оценки величин энергии ε_ст, ε_св, η_тд весьма приближенные. Практически полезность подобных расчетов связана с тем, что получаемые значения к. п. д., η_тд весьма хорошо отражают сравнительную энергоемкость разных процессов и ориентируют на использование менее энергоемких методов.

Баланс энергии при сварке.

Навигация

Мы в соцсетях