ΘΕΡΜΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΣΤΗ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ

Transcript

1 ΘΕΡΜΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΣΤΗ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ Στις συγκολλήσεις τήξης: Κινούμενη πηγή θερμότητας και μεταφορά τηγμένου υλικού σε επιφάνεια Υψηλές θερμοκρασίες στην περιοχή συγκόλλησης, χαμηλές θερμοκρασίες μακριά απ αυτήν Σημαντικότητα πεδίου θερμοκρασιών: Μέγεθοςκαιδομήζώνηςσυγκόλλησης Μέγεθος και δομή θερμικά επηρεασμένης ζώνης Παροδικές θερμικές τάσεις και μετατοπίσεις Παραμένουσες τάσεις και παραμορφώσεις/ στρέβλωση της κατασκευής

2 Θερμικοί κύκλοι στη συγκόλληση Θερμικός κύκλος συγκεκριμένου σημείου στη γειτονιά μιας συγκόλλησης: Η μεταβολή της θερμοκρασίας του σημείου (στην επιφάνεια ή στο εσωτερικό τουμετάλλουβάσης) από την αρχική του θερμοκρασία, τη στιγμή έναρξης της κατεργασίας (t=0) έως την πλήρη απόψυξη της συγκολλητής κατασκευής Γενικευμένη μορφή θερμικού κύκλου σημείου συγκόλλησης

3 Θερμικοί κύκλοι στη συγκόλληση Οι θερμικοί κύκλοι εξαρτώνται από: Την τεχνική συγκόλλησης και τις παραμέτρους εργασίας Τη θέση του σημείου και την απόστασή του από τον άξονα μετακίνησης της πηγής θερμότητας Τις διαστάσεις των συγκολλούμενων τεμαχίων και τη γεωμετρία της συγκόλλησης Τις φυσικές ιδιότητες του συγκολλούμενου υλικού και του υλικού πλήρωσης Την αρχική θερμοκρασία των συγκολλούμενων τεμαχίων

4 Επίδραση της θέσης του σημείου Όλα τα σημεία στον άξονα της συγκόλλησης θα έχουν τον ίδιο θερμικό κύκλο, με χρονική υστέρηση που εξαρτάται από την ταχύτητα μετατόπισης της πηγής Σημεία συμμετρικά ως προς τον άξονα της συγκόλλησης θα έχουν τον ίδιο θερμικό κύκλο, με τιμές θερμοκρασίας χαμηλότερες εκείνων των σημείων στον άξονα συγκόλλησης

5 Επίδραση της θέσης του σημείου Θερμοκρασιακή κατανομή: η μέγιστη θερμοκρασία που αποκτούν όλα τα σημεία σε ευθεία κάθετη της συγκόλλησης Σχεδιάζεται αν ενωθούν τα μέγιστα όλων των θερμικών κύκλων σημείων στο ίδιο επίπεδο Η μορφή της καμπύλης παραμένει σταθερή και αμετάβλητη κατά μήκος της συγκόλλησης και είναι, συνήθως συμμετρική ως προς τον άξονα των θερμοκρασιών

6 Επίδραση της θέσης του σημείου Ισοθερμοκρασιακές καμπύλες στο επίπεδο της συγκόλλησης: ελλείψεις που συνωθούνται μπροστά από το μέτωπο της συγκόλλησης (σημεία σε φάση θέρμανσης) και «αραιώνουν» πίσω από αυτό (σημεία σε φάση απόψυξης)

7 Επίδραση των φυσικών ιδιοτήτων του μετάλλου βάσης Συντελεστής θερμικής διάχυσης ή διαχυσιμότητα (Α): Όπου: k, η θερμικήαγωγιμότητα(w/m.k) c, η ειδική θερμότητα (J/kg.K) ρ, η πυκνότητα του υλικού (kg/m 3 ) α = k c. ρ

8 Επίδραση των φυσικών ιδιοτήτων του μετάλλου βάσης

9 Επίδραση των διαστάσεων των τεμαχίων και της γεωμετρίας της συγκόλλησης Το μεγαλύτερο ποσοστό της απορροφούμενης θερμότητας απομακρύνεται με αγωγή μέσω του υλικού και ελάχιστο προς το περιβάλλον Αύξηση πάχους συγκολλούμενων ελασμάτων αύξηση του ρυθμού απόψυξης Αύξηση των «δρόμων» απαγωγής της θερμότητας αύξηση του ρυθμού απόψυξης Αναγόμωση: χαμηλότεροι ρυθμοί απόψυξης Μετωπική συγκόλληση: ενδιάμεσοι ρυθμοί απόψυξης Για ίδιες λοιπές παραμέτρους Συγκόλληση «Τ»: υψηλότεροι ρυθμοί απόψυξης

10 ΠΗΓΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΎ ΤΌΞΟΥ 1. Η θερμότητα που παράγεται από την ηλεκτρική ισχύ του τόξου: Q=ηVI (V ητάση(v), Ι ηένταση(α) και η ο συντελεστής απόδοσης του τόξου) Συντελεστής απόδοσης, λόγω απωλειών: Προς το ηλεκτρόδιο συγκόλλησης, με αγωγή Προς την περιβάλλουσα ατμόσφαιρα, λόγω συναγωγής και ακτινοβολίας 2. Η θερμότητα που εκλύεται από εξώθερμες χημικές αντιδράσεις στην επένδυση του ηλεκτροδίου, την ατμόσφαιρα του τόξου, μεταξύ σκωρίας και τηγμένου μετάλλου 3. Λανθάνουσα θερμότητα λόγω αλλοτροπικών μετασχηματισμών στο μέταλλο

11 KIΝΟΥΜΕΝΗ ΠΗΓΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΎ ΤΌΞΟΥ Ρυθμός εισαγωγής θερμότητας ή ειδική θερμική παροχή (h): h = ηvi u, σε J/m

12 ΓΕΝΙΚΗ ΔΙΑΤΥΠΩΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ * * Γ.Ν. Χαϊδεμενόπουλος (2010): «Εισαγωγή στις Συγκολλήσεις», εκδόσεις Τζιόλα, Αθήνα

13 ΓΕΝΙΚΗ ΔΙΑΤΥΠΩΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ * Αν δεν υπάρχουν άλλες πηγές θερμότητας: Q & = G 0 και Αν συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας ανεξάρτητος της θερμοκρασίας: k = 0 * Γ.Ν. Χαϊδεμενόπουλος (2010): «Εισαγωγή στις Συγκολλήσεις», εκδόσεις Τζιόλα, Αθήνα

14 ΕΠΙΛΥΣΗ ROSENHAL Υπολογισμός Θερμοκρασιακών Κατανομών Η θερμοκρασιακή κατανομή είναι μόνιμη ως προς σύστημα συντεταγμένων Οxyw, που κινείται με την πηγή (w=x-ut) Ημιάπειρo έλασμα μεγάλου πάχους Ελασμα πεπερασμένου πάχους Μικρού πάχους έλασμα άπειρου πλάτους * Γ.Ν. Χαϊδεμενόπουλος (2010): «Εισαγωγή στις Συγκολλήσεις», εκδόσεις Τζιόλα, Αθήνα

15 ΡΥΘΜΟΣ ΑΠΟΨΥΞΗΣ Επίλυση Adams * Γ.Ν. Χαϊδεμενόπουλος (2010): «Εισαγωγή στις Συγκολλήσεις», εκδόσεις Τζιόλα, Αθήνα t w w t = u t w = w u t = h k t 2 0) ( 2 = π Παχύ έλασμα ) ( 2 h H c k t = ρ π Λεπτό έλασμα Σχετικό πάχος ελάσματος (Η 0 ): h c H H ( 0) 0 = ρ Η 0 >0,75 Παχύ έλασμα Η 0 <0,75 Λεπτό έλασμα