19.02.2015 inoxe1 + crnie2 + crnie3 + inoxe4 16;45 .pdf
TRANSCRIPT
Postupak određivanja maksimalne temperature zavarivanja Tmax ,brzine zagrijavanja VZ ,brzine hlađenja VH
i vremena hlađenja Δt8/5 ugljeničnog i nehrđajućeg čelika
Maksimalna temperatura zavarivanja se određuje računskim putem preko izraza :
Tmax =0,484q
vcρδ2y⋅ (1 −
by2
2a) … (1)
Brzina hlađenja za tanke limove ( limovi koji se mogu zavarivati u jednom prolazu ) je određena izrazom :
VH = 2πλcρδ2
(qv
)2 · (Tmax − To)3 … (2)
Prema konceptu SEW 088 vrijeme hlađenja Δt8/5 za dvodimenzionalno provođenje je određena izrazom :
Δt8 5⁄ = − 1
4πλρc η2 E2
1
δ2 [(
1
500 − To)
2
− (1
800 − To)
2
] F2 … (3)
gdje je :
• λ − koeficijent provođenja toplote materijala [ W
mK ]
Za ugljenični čelik sa 0,2 % C ↔ λUČ = 50 W
mK pri temperaturi od 20°C
Za inox ili nehrđajući čelik tipa 18 8⁄ ( 18 % Cr , 8 % Ni ) ↔ λNČ = 20 W
mK pri temperaturi od 20°C
• c − specifična toplota materijala [ J
kgK ]
Za ugljenični čelik sa 0,2 % C ↔ cUČ = 460 J
kgK pri temperaturi od 20°C
Za inox ili nehrđajući čelik tipa 18 8⁄ ( 18 % Cr , 8 % Ni ) ↔ cNČ = 502 J
kgK pri temperaturi od 20°C
• ρ − gustina materijala [ kg
m3 ]
Za ugljenični čelik sa 0,2 % C ↔ ρUČ = 7850 kg
m3 pri temperaturi od 20°C
Za inox ili nehrđajući čelik tipa 18 8⁄ ( 18 % Cr , 8 % Ni ) ↔ ρNČ = 7880 kg
m3 pri temperaturi od 20°C
• δ − debljina materijala [m]
Debljina ugljeničnih i nehrđajućih čeličnih ploča δUČ = δNČ = δ = 0,005 m ili δ = 5 mm
• Q − ukupna snaga toplotnog izvora [W] ↔ Q = U ⋅ I gdje je :
U - napon zavarivanja [V]
I - struja zavarivanja [A]
Parametri zavarivanja su :
U1 = 24,5 V ; I1 = 122 A ; vŽICE = 9,1m
min; ↔ Q1 = U1 · I1 ↔ Q1 = 24,5V · 122A ↔ Q1 = 2989 W
U2 = 29,7 V ; I2 = 199 A ; vŽICE = 16,7m
min; ↔ Q2 = U2 · I2 ↔ Q2 = 29,7V · 199A ↔ Q2 = 5910,3 W
• η - efektivni koeficijent iskorištenja toplotnog izvora
Za MIG postupak zavarivanja topivom elektrodom η = (0,7 ÷ 0,8)
− za U1 = 24,5 V ; I1 = 122 A ; vŽICE = 9,1m
min usvojeno η1 = 0,8
− za U2 = 29,7 V ; I2 = 199 A ; vŽICE = 16,7m
min usvojeno η2 = 0,8
• q − Efektivna snaga toplotnog izvora [W] ↔ q = U · I · η ili q = Q · η
q1 = Q1 · η1 ↔ q1 = 2989 W · 0,8 ↔ q1 = 2391,2 W
q2 = Q2 · η2 ↔ q2 = 5910,3 W · 0,8 ↔ q2 = 4728,24 W
• α − koeficijent prelaza toplote između plamena toplotnog izvora i čelične ploče [ W
m2 ⋅ K ]
za gasove α = ( 14 ÷ 140 ) [ W
m2 ⋅ K ]
− za U1 = 24,5 V ; I1 = 122 A ; vŽICE = 9,1m
min usvojeno α1 = 25
W
m2 · K
− za U2 = 29,7 V ; I2 = 199 A ; vŽICE = 16,7m
min usvojeno α2 = 115
W
m2 · K
• a − koeficijent temperaturne provodljivosti materijala [ m2
s ] ↔ a =
λ
c · ρ
Za ugljenični čelik sa 0,2 % C
aUČ = λUČ
cUČ · ρUČ
=50
WmK
460 J
kgK· 7850
kgm3
↔ aUČ = 1,384657989 ∙ 10−5 m2
s pri temperaturi od 20°C
Za inox ili nehrđajući čelik tipa 18 8⁄ ( 18 % Cr , 8 % Ni )
aNČ = λNČ
cNČ · ρNČ
=20
WmK
502 J
kgK· 7880
kgm3
↔ aNČ = 5,055918458 ∙ 10−6 m2
s pri temperaturi od 20°C
• b − koeficijent brzine hlađenja [ 1
s ] ↔ b =
2 · α
c · ρ · δ
Za ugljenični čelik sa 0,2 % C
b1UČ=
2 · α1
cUČ · ρUČ · δ=
2 ⋅ 25 W
m2K
460 J
kgK· 7850
kgm3 ⋅ 0,005 m
↔ b1UČ= 0,002769316
1
s pri temperaturi od 20°C
b2UČ=
2 · α2
cUČ · ρUČ · δ=
2 ⋅ 115 W
m2K
460 J
kgK· 7850
kgm3 ⋅ 0,005 m
↔ b2UČ= 0,012738853
1
s pri temperaturi od 20°C
Za inox ili nehrđajući čelik tipa 18 8⁄ ( 18 % Cr , 8 % Ni )
b1NČ=
2 · α1
cNČ · ρNČ · δ=
2 ⋅ 25 W
m2K
502 J
kgK· 7880
kgm3 ⋅ 0,005 m
↔ b1NČ= 0,002527959
1
s pri temperaturi od 20°C
b2NČ=
2 · α2
cNČ · ρNČ · δ=
2 ⋅ 115 W
m2K
502 J
kgK· 7880
kgm3 ⋅ 0,005 m
↔ b2NČ= 0,011628612
1
s pri temperaturi od 20°C
• y − udaljenost tačke od ose šava ili udaljenost tačke od ose kretanja toplotnog izvora [m]
Za zavarivanje je važna toplotno uticajna zona tj. oblast širine 20÷50 mm od ose šava
• F2 − faktor spoja F2 ↔ Za navar F2 = 1
• v − brzina zavarivanja [ m
s ] ↔ v =
smax
t
gdje je : s - pomak [ mm ] ; t - vrijeme [ s ] ;
Sa dijagrama s = f ( t ) ↔ smax = 261,2 mm i t = 61,2 s
v = 261,2 mm
61,2 s ↔ v =
261,2 m
61200 s ↔ v = 0,004267973856
m
s ↔ v ≈ 0,004268
m
s ↔ v ≈ 4,268
mm
s
Slika - Dijagram pomaka toplotnog izvora u funkciji od vremena s = f ( t )
• E − pogonska energija [ J
m ] ↔ E =
U ∙ I
v ili E =
Q
v ↔ {
E1 =Q1
v
E2 =Q2
v
INOX E1 ( nehrđajući čelik tipa 18/8 )- navarivanje čelične ploče dimenzija 25cm x 20cm x 0,5cm
• Tmax − maksimalna temperatura zavarivanja [ °C ] Sa dijagrama termičkog ciklusa zavarivanja: T1max ex
≈ 910 °C poslije t1 ≈ 33 s
T2max ex≈ 1100 °C poslije t2 ≈ 31 s
• T0 − početna temperatura zavarivanja [ °C ] Sa dijagrama termičkog ciklusa zavarivanja: T10 ex
≈ 35 °C i T20 ex≈ 34 °C
• x − pređeni put toplotnog izvora od početka zavarivanja čelika do dostizanja maks. temp. zavarivanja [s]
x1 = v ⋅ t1 ↔ x1 = 0,004267973856 ms
⋅ 33 s ↔ x1 = 0,1408 m
x2 = v ⋅ t2 ↔ x2 = 0,004267973856 ms
⋅ 31 s ↔ x2 = 0,1323 m
Slika - Dijagram termičkog ciklusa zavarivanja E1 nehrđajućeg čelika tipa 18/8
∗ Na osnovu navedenih podataka za parametre zavarivanja U1 = 24,5 V ; I1 = 122 A ; vŽICE = 9,1m
min slijedi ∶
V1Z pr=
T1max ex
t1
↔ V1Z pr=
910 °C
33 s ↔ V1Z pr
= 27,57 °C
s
V1H pr = 2 · π · λNČ · cNČ · ρ
NČ· δ2
(q1
v)
2 · (T1max ex − T10 ex)3
V1H pr=
2 · π · 20J
smK · 502
JkgK
· 7880kg
m3 · (0,005m)2
(2391,2
Js
0,004267973856 ms
)
2 · (910°C − 35°C)3
V1H pr = 26,52 °C
s
T1max pr=
0,484 ⋅ q1
v ∙ cNČ ⋅ ρNČ ⋅ δ ⋅ 2 ⋅ y1
⋅ (1 −b1NČ
· y12
2 ⋅ aNČ
)
T1max pr=
0,484 ⋅ 2391,2 Js
0,004267973856 ms
∙ 502J
kgK⋅ 7880
kg
m3 ⋅ 0,005m ⋅ 2 ⋅ 0,00733m⋅ (1 −
0,002527959 1s
· (0,00733m)2
2 ⋅ 5,055918458 ∙ 10−6 m2
s
)
T1max pr= 910,08 °C koordinate tačke ( x1; y1) ≈ ( 0,1408 m ; 0,00733 m )
Na osnovu krive hlađenja nehrđajućeg čelika tipa 18/8 ( INOX E1 ) se može odrediti vrijeme hlađenja na
temperaturnom intervalu od 800°C do 500°C :
Δt18/5 ex= 72s − 40s ↔ Δt18/5 ex
= 32s
Δt18/5 pr= −
1
4 · π · λNČ · ρNČ
· cNČ
η1
2 · E12 ·
1
δ2 · [(1
500 − T10 ex
)
2
− (1
800 − T10 ex
)
2
] · F2
Δt18/5 pr=
−1
4 · π · 20 J
smK· 7880
kg
m3 · 502 J
kgK
· 0,82 (2989
J
s
0,004267973856 m
s
)
2
1
(0,005m)2 · [(
1
500 − 35)
2
− (1
800 − 35)
2
]1
°C2· 1
Δt18/5 pr = − 36,83 s
Znak „-” označava hlađenje spoja pri snižavanju temperature od 800°C do 500°C
T10 ≈ 35 °C
T1max≈ 910 °C
T1max > 800 °C
( 40s ; 800°C )
( 72s ; 500°C )
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 20 40 60 80
Tem
per
atura
T
1 [
°C
]
Vrijeme t [ s ]
Kriva hlađenja nehrđajućeg čelika tipa 18/8 (INOX E1)
na temperaturnom intervalu od 800°C do 500°C
∗ Na osnovu navedenih podataka za parametre zavarivanja U2 = 29,7 V ; I2 = 199 A ; vŽICE = 16,7m
min slijedi ∶
V2Z pr=
T2max ex
t2
↔ V2Z pr=
1100 °C
31 s ↔ V2Z pr
= 35,48 °C
s
V2H pr=
2 · π · λNČ · cNČ · ρNČ · δ2
(q
2
v)
2 · (T2max ex− T20 ex
)3
V2H pr=
2 · π · 20J
smK· 502
JkgK
· 7880kg
m3 · (0,005m)2
(4728,24
Js
0,004267973856 ms
)
2 ⋅ (1100°C − 34°C)3
V2H pr = 12,26 °C
s
T2max pr=
0,484 ⋅ q2
v ∙ cNČ ⋅ ρNČ ⋅ δ ⋅ 2 ⋅ y2
⋅ (1 −b2NČ
· y22
2 ⋅ aNČ
)
T2max pr=
0,484 ⋅ 4728,24Js
0,004267973856 ms
∙ 502J
kgK⋅ 7880
kg
m3 ⋅ 0,005m ⋅ 2 ⋅ 0,00967m⋅ (1 −
0,011628612 1s
· (0,00967m)2
2 ⋅ 5,055918458 ∙ 10−6 m2
s
)
T2max pr= 1100,26 °C koordinate tačke ( x2; y2) ≈ ( 0,1323m ; 0,00967m )
T20 ≈ 34 °C
T2max ≈ 1100°C
T2max >800°C
( 43s ; 800°C )
( 74s ; 500°C )
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Tem
per
atura
T
2 [
°C
]
Vrijeme t [ s ]
Kriva hlađenja nehrđajućeg čelika tipa 18/8 ( INOX E1 )
na temperaturnom intervalu od 800°C do 500°C
Na osnovu krive hlađenja nehrđajućeg čelika tipa 18/8 ( INOX E1 ) se može odrediti vrijeme hlađenja na
temperaturnom intervalu od 800°C do 500°C :
Δt28/5 ex= 74s − 43s ↔ Δt28/5 ex
= 31s
Δt28/5 pr= −
1
4 · π · λNČ · ρNČ
· cNČ
· η2
2 · E22 ·
1
δ2 · [(1
500 − T20 ex
)
2
− (1
800 − T20 ex
)
2
] · F2
Δt28/5 pr=
−1
4 · π · 20 J
smK· 7880
kg
m3 · 502 J
kgK
· 0,82 (5910,3
J
s
0,004267973856 m
s
)
2
1
(0,005m)2 · [(
1
500 − 34)
2
− (1
800 − 34)
2
]1
°C2· 1
Δt28/5 pr= − 143,23 s
Znak „-” označava hlađenje spoja pri snižavanju temperature od 800°C do 500°C
Ukupna snaga
toplotnog izvora-Q[W]
Vrijeme hlađenja -
Δt8/5pr [ s ]
2000 16,5
4000 65,9
6000 148,4
8000 263,8
Za T0 = 35 °C
Slika - Prikaz vremena hlađenja u zavisnosti od ukupne snage toplotnog izvora
T0 = 35°C
INOX E1
0
50
100
150
200
250
300
0 2000 4000 6000 8000
Δt8
/5 [
s]
Q [ W ]
Dijagram Δt8/5 = f ( Q ) za E1 nehrđajući čelik
tipa 18/8 ( 18% Cr, 8% Ni )
CRNI E2 ( ugljenični čelik sa 0,2% C ) - navarivanje čelične ploče dimenzija 25cm x 20cm x 0,5cm
• Tmax − maksimalna temperatura zavarivanja [ °C ] Sa dijagrama termičkog ciklusa zavarivanja: T1max ex
≈ 582 °C poslije t1 ≈ 37 s
T2max ex≈ 964 °C poslije t2 ≈ 33 s
• T0 − početna temperatura zavarivanja [ °C ] Sa dijagrama termičkog ciklusa zavarivanja: T10 ex
≈ 38 °C i T20 ex≈ 37 °C
• x − pređeni put toplotnog izvora od početka zavarivanja čelika do dostizanja maks. temp. zavarivanja [s]
x1 = v ⋅ t1 ↔ x1 = 0,004267973856 ms
⋅ 37 s ↔ x1 = 0,1579 m
x2 = v ⋅ t2 ↔ x2 = 0,004267973856 ms
⋅ 33 s ↔ x2 = 0,1408 m
Slika - Dijagram termičkog ciklusa zavarivanja E2 ugljeničnog čelika sa 0,2% C
∗ Na osnovu navedenih podataka za parametre zavarivanja U1 = 24,5 V ; I1 = 122 A ; vŽICE = 9,1m
min slijedi ∶
V1Z pr=
T1max ex
t1
↔ V1Z pr=
582 °C
37 s ↔ V1Z pr
= 15,73 °C
s
V1H pr = 2 · π · λUČ · cUČ · ρ
UČ· δ2
(q1
v)
2 · (T1max ex − T10 ex)3
V1H pr=
2 · π · 50J
smK · 460
JkgK
· 7850kg
m3 · (0,005m)2
(2391,2
Js
0,004267973856 ms
)
2 · (582°C − 38°C)3
V1H pr = 14,54 °C
s
T1max pr=
0,484 ⋅ q1
v ∙ cUČ ⋅ ρUČ ⋅ δ ⋅ 2 ⋅ y1
⋅ (1 −b1UČ
· y12
2 ⋅ aUČ
)
T1max pr=
0,484 ⋅ 2391,2 Js
0,004267973856 ms
∙ 460J
kgK⋅ 7850
kg
m3 ⋅ 0,005m ⋅ 2 ⋅ 0,0125 m⋅ (1 −
0,002769316 1s
· ( 0,0125 m)2
2 ⋅ 1,384657989 ∙ 10−5 m2
s
)
T1max pr= 581,98 °C koordinate tačke ( x1; y1) ≈ ( 0,1579 m ; 0,0125 m )
Na osnovu krive hlađenja ugljeničnog čelika sa 0,2% C ( CRNI E2 ) se može odrediti vrijeme hlađenja na
temperaturnom intervalu od 800°C do 500°C :
Δt18/5ex= 50s − 37s ↔ Δt18/5ex
= 13s
Δt18/5pr= −
1
4 · π · λUČ · ρUČ
· cUČ
η1
2 · E12 ·
1
δ2· [(
1
500 − T10ex
)
2
− (1
800 − T10ex
)
2
] · F2
Δt18/5pr=
−1
4 · π · 50 J
smK· 7850
kg
m3 · 460 J
kgK
· 0,82 (2989
J
s
0,004267973856 m
s
)
2
1
(0,005m)2 · [(
1
500 − 38)
2
− (1
800 − 38)
2
]1
°C2· 1
Δt18/5pr= − 16,39 s
Znak „-” označava hlađenje spoja pri snižavanju temperature od 800°C do 500°C
T10 ≈ 38 °C
T1max ≈ 582°C
T1max > 500°C
T1max < 800°C
( 50s ; 500 °C )
( 37s ; 582 °C )
490
500
510
520
530
540
550
560
570
580
590
0 10 20 30 40 50 60
Tem
per
atura
T
1 [
°C
]
Vrijeme t [ s ]
Kriva hlađenja ugljeničnog čelika sa 0,2% C (CRNI E2)
na temperaturnom intervalu od 800°C do 500°C
∗ Na osnovu navedenih podataka za parametre zavarivanja U2 = 29,7 V ; I2 = 199 A ; vŽICE = 16,7m
min slijedi ∶
V2Zpr=
T2max ex
t2
↔ V2Zpr=
964 °C
33 s ↔ V2Zpr
= 29,21 °C
s
V2Hpr =
2 · π · λUČ · cUČ · ρUČ · δ2
(q
2
v)
2 · ( T2max ex− T20 ex
)3
V2Hpr=
2 · π · 50J
smK· 460
JkgK
· 7850kg
m3 · (0,005m)2
(4728,24
Js
0,004267973856 ms
)
2 (964°C − 37°C)3
V2Hpr = 18,41 °C
s
T2max pr=
0,484 ⋅ q2
v ∙ cUČ ⋅ ρUČ ⋅ δ ⋅ 2 ⋅ y2
⋅ (1 −b2UČ
· y22
2 ⋅ aUČ
)
T2max pr=
0,484 ⋅ 4728,24Js
0,004267973856 ms
∙ 460J
kgK⋅ 7850
kg
m3 ⋅ 0,005m ⋅ 2 ⋅ 0,013m⋅ (1 −
0,012738853 1s
· (0,013m)2
2 ⋅ 1,384657989 ∙ 10−5 m2
s
)
T2max pr= 964,63 °C koordinate tačke ( x2; y2) ≈ ( 0,1408 m ; 0,013 m )
T20 ≈ 37°C
T2max ≈ 964°C
T2max > 800°C
( 38s ; 800°C )
( 54s ; 500°C )
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 10 20 30 40 50 60
Tem
per
atura
T
2 [
°C
]
Vrijeme t [ s ]
Kriva hlađenja ugljeničnog čelika sa 0,2% C (CRNI E2)
na temperaturnom intervalu od 800°C do 500°C
Na osnovu krive hlađenja ugljeničnog čelika sa 0,2% C ( CRNI E2 ) se može odrediti vrijeme hlađenja na
temperaturnom intervalu od 800°C do 500°C :
Δt28/5ex= 54s − 38s ↔ Δt28/5ex
= 16s
Δt28/5pr= −
1
4 · π · λUČ · ρUČ
· cUČ
· η2
2 · E22 ·
1
δ2 · [(1
500 − T20ex
)
2
− (1
800 − T20ex
)
2
] · F2
Δt28/5pr=
−1
4 · π · 50 J
smK· 7850
kg
m3 · 460 J
kgK
· 0,82 (5910,3
J
s
0,004267973856 m
s
)
2
1
(0,005m)2 · [(
1
500 − 37)
2
− (1
800 − 37)
2
]1
°C2· 1
Δt28/5pr= − 63,76 s
Znak „-” označava hlađenje spoja pri snižavanju temperature od 800°C do 500°C
Ukupna snaga toplotnog
izvora - Q [ W ]
Vrijeme hlađenja
- Δt8/5pr [ s ]
2000 7,3
4000 29,3
6000 66,1
8000 117,4
Za T0 = 38 °C
Slika - Prikaz vremena hlađenja u zavisnosti od ukupne snage toplotnog izvora
T0 = 38° C
CRNI E2
0
20
40
60
80
100
120
140
0 2000 4000 6000 8000
Δt8
/5 [
s]
Q [ W ]
Dijagram Δt8/5 = f ( Q ) za E2 ugljenični čelik
sa 0,2% C
CRNI E3 ( ugljenični čelik sa 0,2% C ) - navarivanje čelične ploče dimenzija 25cm x 20cm x 0,5cm
• Tmax − maksimalna temperatura zavarivanja [ °C ] Sa dijagrama termičkog ciklusa zavarivanja: T1maxex
≈ 340 °C poslije t1 ≈ 45 s
T2maxex≈ 727 °C poslije t2 ≈ 37s
• T0 − početna temperatura zavarivanja [ °C ] Sa dijagrama termičkog ciklusa zavarivanja: T10ex
≈ 22 °C i T20ex≈ 23 °C
• x − pređeni put toplotnog izvora od početka zavarivanja čelika do dostizanja maks. temp. zavarivanja [s]
x1 = v ⋅ t1 ↔ x1 = 0,004267973856 ms
⋅ 45 s ↔ x1 = 0,1920 m
x2 = v ⋅ t2 ↔ x2 = 0,004267973856 ms
⋅ 37 s ↔ x2 = 0,1579 m
Slika - Dijagram termičkog ciklusa zavarivanja E3 ugljeničnog čelika sa 0,2% C
∗ Na osnovu navedenih podataka za parametre zavarivanja U1 = 24,5 V ; I1 = 122 A ; vŽICE = 9,1m
min slijedi ∶
V1Zpr=
T1maxex
t1
↔ V1Zpr=
340 °C
45 s ↔ V1Zpr
= 7,55 °C
s
V1Hpr = 2 · π · λUČ · cUČ · ρUČ · δ2
(q1
v)
2 · ( T1maxex − T10ex)3
V1Hpr=
2 · π · 50J
smK · 460
JkgK
· 7850kg
m3 · (0,005m)2
(2391,2
Js
0,004267973856 ms
)
2 · (340°C − 22°C)3
V1Hpr = 2,90 °C
s
T1maxpr=
0,484 ⋅ q1
v ∙ cUČ ⋅ ρUČ ⋅ δ ⋅ 2 ⋅ y1
⋅ (1 −b1UČ
· y12
2 ⋅ aUČ
)
T1maxpr=
0,484 ⋅ 2391,2 Js
0,004267973856 ms
∙ 460J
kgK⋅ 7850
kg
m3 ⋅ 0,005m ⋅ 2 ⋅ 0,0203 m⋅ (1 −
0,002769316 1s
· ( 0,0203 m)2
2 ⋅ 1,384657989 ∙ 10−5 m2
s
)
T1maxpr= 339,44 °C koordinate tačke ( x1; y1) ≈ ( 0,1920 m ; 0,0203 m )
Na osnovu krive hlađenja ugljeničnog čelika sa 0,2% C ( CRNI E3 ) se može odrediti vrijeme hlađenja na
temperaturnom intervalu od 800°C do 500°C :
Δt18/5ex= 0 s
Δt18/5pr= −
1
4 · π · λUČ · ρUČ
· cUČ
η1
2 · E12 ·
1
δ2 · [(1
500 − T10ex
)
2
− (1
800 − T10ex
)
2
] · F2
Δt18/5pr=
−1
4 · π · 50 J
smK· 7850
kg
m3 · 460 J
kgK
· 0,82 (2989
J
s
0,004267973856 m
s
)
2
1
(0,005m)2 · [(
1
500 − 22)
2
− (1
800 − 22)
2
]1
°C2· 1
Δt18/5pr= − 15,07 s
Znak „-” označava hlađenje spoja pri snižavanju temperature od 800°C do 500°C
T10 ≈ 22°C
T1max ≈ 340°C
T1max < 500°C
( 44s ; 340°C )
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 10 20 30 40 50 60 70
Tem
per
atura
T
1 [
°C
]
Vrijeme t [ s ]
Kriva hlađenja ugljeničnog čelika sa 0,2% C (CRNI E3)
na temperaturnom intervalu od 800°C do 500°C
∗ Na osnovu navedenih podataka za parametre zavarivanja U2 = 29,7 V ; I2 = 199 A ; vŽICE = 16,7m
min slijedi ∶
V2Zpr=
T2maxex
t2
↔ V2Zpr=
727 °C
37 s ↔ V2Zpr
= 19,65 °C
s
V2Hpr=
2 · π · λUČ · cUČ · ρUČ · δ2
(q
2
v)
2 · ( T2maxex− T20ex
)3
V2Hpr=
2 · π · 50J
smK· 460
JkgK
· 7850kg
m3 · (0,005m)2
(4728,24
Js
0,004267973856 ms
)
2 · (727°C − 23°C)3
V2Hpr = 8,06 °C
s
T2maxpr=
0,484 ⋅ q2
v ∙ cUČ ⋅ ρUČ ⋅ δ ⋅ 2 ⋅ y2
⋅ (1 −b2UČ
· y22
2 ⋅ aUČ
)
T2maxpr=
0,484 ⋅ 4728,24Js
0,004267973856 ms
∙ 460J
kgK⋅ 7850
kg
m3 ⋅ 0,005m ⋅ 2 ⋅ 0,01575 m(1 −
0,012738853 1s
· (0,01575 m)2
2 ⋅ 1,384657989 ∙ 10−5 m2
s
)
T2maxpr= 727,63 °C koordinate tačke ( x2; y2) ≈ ( 0,1579 m ; 0,01575 m )
( 45s ; 500°C )
T20 ≈ 23°C
T2max ≈ 727°C
T2max > 500°C
T2max < 800°C
( 37s ; 727°C )
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 10 20 30 40 50
Tem
per
atura
T
2 [
°C
]
Vrijeme t [ s ]
Kriva hlađenja ugljeničnog čelika sa 0,2% C (CRNI E3)
na temperaturnom intervalu od 800°C do 500°C
Na osnovu krive hlađenja ugljeničnog čelika sa 0,2% C ( CRNI E3 ) se može odrediti vrijeme hlađenja na
temperaturnom intervalu od 800°C do 500°C :
Δt28/5ex= 45s − 37s ↔ Δt28/5ex
= 8 s
Δt28/5pr= −
1
4 · π · λUČ · ρUČ
· cUČ
· η2
2 · E22 ·
1
δ2 · [(1
500 − T20ex
)
2
− (1
800 − T20ex
)
2
] · F2
Δt28/5pr=
−1
4 · π · 50 J
smK· 7850
kg
m3 · 460 J
kgK
· 0,82 (5910,3
J
s
0,004267973856 m
s
)
2
1
(0,005m)2 · [(
1
500 − 23)
2
− (1
800 − 23)
2
]1
°C2· 1
Δt28/5pr= − 59,26 s
Znak „-” označava hlađenje spoja pri snižavanju temperature od 800°C do 500°C
Ukupna snaga toplotnog
izvora - Q [ W ]
Vrijeme hlađenja
- Δt8/5pr [ s ]
0 0
2000 6,7
4000 27,1
6000 61,1
8000 108,5
Za T0 = 23 °C
Slika - Prikaz vremena hlađenja u zavisnosti od ukupne snage toplotnog izvora
T0 = 23° C
CRNI E3
0
20
40
60
80
100
120
0 2000 4000 6000 8000
Δt8
/5 [
s]
Q [ W ]
Dijagram Δt8/5 = f ( Q ) za E3 ugljenični čelik
sa 0,2% C
INOX E4 ( nehrđajući čelik tipa 18/8 )- navarivanje čelične ploče dimenzija 25cm x 20cm x 0,5cm
• Tmax − maksimalna temperatura zavarivanja [ °C ] Sa dijagrama termičkog ciklusa zavarivanja: T1maxex
≈ 448 °C poslije t1 ≈ 49 s
T2maxex≈ 869 °C poslije t2 ≈ 43 s
• T0 − početna temperatura zavarivanja [ °C ] Sa dijagrama termičkog ciklusa zavarivanja: T10ex
≈ 21 °C i T20ex≈ 20 °C
• x − pređeni put toplotnog izvora od početka zavarivanja čelika do dostizanja maks. temp. zavarivanja [s]
x1 = v ⋅ t1 ↔ x1 = 0,004267973856 ms
⋅ 49 s ↔ x1 = 0,2091 m
x2 = v ⋅ t2 ↔ x2 = 0,004267973856 ms
⋅ 43 s ↔ x2 = 0,1835 m
Slika - Dijagram termičkog ciklusa zavarivanja E4 nehrđajućeg čelika tipa 18/8
∗ Na osnovu navedenih podataka za parametre zavarivanja U1 = 24,5 V ; I1 = 122 A ; vŽICE = 9,1m
min slijedi ∶
V1Zpr=
T1maxex
t1
↔ V1Zpr=
448 °C
49 s ↔ V1Zpr
= 9,14 °C
s
V1Hpr = 2 · π · λNČ · cNČ · ρ
NČ· δ2
(q1
v)
2 · ( T1maxex − T10ex)3
V1Hpr=
2 · π · 20J
smK · 502
JkgK
· 7880kg
m3 · (0,005m)2
(2391,2
Js
0,004267973856 ms
)
2 · (448°C − 21°C)3
V1Hpr = 3,08 °C
s
T1maxpr=
0,484 ⋅ q1
v ∙ cNČ ⋅ ρNČ ⋅ δ ⋅ 2 ⋅ y1
⋅ (1 −b1NČ
· y12
2 ⋅ aNČ
)
T1maxpr=
0,484 ⋅ 2391,2 Js
0,004267973856 ms
∙ 502J
kgK⋅ 7880
kg
m3 ⋅ 0,005m ⋅ 2 ⋅ 0,0138 m⋅ (1 −
0,002527959 1s
· (0,0138 m)2
2 ⋅ 5,055918458 ∙ 10−6 m2
s
)
T1maxpr= 449,44 °C koordinate tačke ( x1; y1) ≈ ( 0,2091 m ; 0,0138 m )
Na osnovu krive hlađenja nehrđajućeg čelika tipa 18/8 ( INOX E4 ) se može odrediti vrijeme hlađenja na
temperaturnom intervalu od 800°C do 500°C :
Δt18/5ex= 0 s
Δt18/5pr= −
1
4 · π · λNČ · ρNČ
· cNČ
· η1
2 · E12 ·
1
δ2 · [(1
500 − (T10)exp
)
2
− (1
800 − (T10)exp
)
2
] · F2
Δt18/5pr=
−1
4 · π · 20 J
smK· 7880
kg
m3 · 502 J
kgK
· 0,82 (2989
J
s
0,004267973856 m
s
)
2
1
(0,005m)2 · [(
1
500 − 21)
2
− (1
800 − 21)
2
]1
°C2· 1
Δt18/5pr= − 34,23 s
Znak „-” označava hlađenje spoja pri snižavanju temperature od 800°C do 500°C
T10 ≈ 21°C
T1max ≈ 448°C
T1max < 500°C
( 48 ; 448 )
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Tem
per
atura
T
1 [
°C
]
Vrijeme t [ s ]
Kriva hlađenja nehrđajućeg čelika tipa 18/8 ( INOX E4 )
na temperaturnom intervalu od 800°C do 500°C
∗ Na osnovu navedenih podataka za parametre zavarivanja U2 = 29,7 V ; I2 = 199 A ; vŽICE = 16,7m
min slijedi ∶
V2Zpr=
T2maxex
t2
↔ V2Zpr=
869 °C
43 s ↔ V2Zpr
= 20,21 °C
s
V2Hpr=
2 · π · λNČ · cNČ · ρNČ · δ2
(q
2
v)
2 · ( T2maxex
− T20ex)
3
V2Hpr=
2 · π · 20J
smK· 502
JkgK
· 7880kg
m3 · (0,005m)2
(5910,3
Js
0,004267973856 ms
)
2 (869°C − 20°C)3
V2Hpr = 6,19 °C
s
T2maxpr=
0,484 ⋅ q2
v ∙ cNČ ⋅ ρNČ ⋅ δ ⋅ 2 ⋅ y2
⋅ (1 −b2NČ
· y22
2 ⋅ aNČ
)
T2maxpr=
0,484 ⋅ 4728,24Js
0,004267973856 ms
∙ 502J
kgK⋅ 7880
kg
m3 ⋅ 0,005m ⋅ 2 ⋅ 0,01115 m· (1 −
0,011628612 1s
· (0,01115m)2
2 ⋅ 5,055918458 ∙ 10−6 m2
s
)
T2maxpr= 868,06 °C koordinate tačke ( x2 ; y2) ≈ ( 0,1835 m ; 0,01115 m )
T20 ≈ 20 °C
T2max ≈ 869°C
T2max > 800°C
( 45 ; 800 )
( 59 ; 500 )
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 10 20 30 40 50 60 70
Tem
per
atura
T
2 [
°C
]
Vrijeme t [ s ]
Kriva hlađenja nehrđajućeg čelika tipa 18/8 ( INOX E4 )
na temperaturnom intervalu od 800°C do 500°C
Na osnovu krive hlađenja nehrđajućeg čelika tipa 18/8 ( INOX E4 ) se može odrediti vrijeme hlađenja na
temperaturnom intervalu od 800°C do 500°C :
Δt28/5ex= 59 s − 45 s ↔ Δt28/5ex
= 14 s
Δt28/5pr= −
1
4 · π · λNČ · ρNČ
· cNČ
· η2
2 · E22 ·
1
δ2 · [(1
500 − T20ex
)
2
− (1
800 − T20ex
)
2
] · F2
Δt28/5pr=
−1
4 · π · 20 J
smK· 7880
kg
m3 · 502 J
kgK
· 0,82 (5910,3
J
s
0,004267973856 m
s
)
2
1
(0,005m)2 · [(
1
500 − 20)
2
− (1
800 − 20)
2
]1
°C2· 1
Δt28/5pr= − 133,15 s
Znak „-” označava hlađenje spoja pri snižavanju temperature od 800°C do 500°C
Ukupna snaga
toplotnog izvora- Q[W]
Vrijeme hlađenja -
Δt8/5pr [ s ]
2000 15,3
4000 61,3
6000 137,9
8000 245,2
Za T0 = 21 °C
Slika - Prikaz vremena hlađenja u zavisnosti od ukupne snage toplotnog izvora
T0 = 21 °C
INOX E4
0
50
100
150
200
250
300
0 2000 4000 6000 8000
Δt8
/5 [
s]
Q [ W ]
Dijagram Δt8/5 = f ( Q ) za E4 nehrđajući čelik
tipa 18/8 ( 18%Cr , 8% Ni )
OZNAKA ČELIKA
Ukupna
snaga
toplotnog
izvora
- Q [W]
Početna
Temper.
- T0 [°C]
Pređeni put
toplotnog
izvora pri
Tmax
- x [ m ]
Udaljenost
tačke od ose
šava pri
Tmax
- y [ m ]
Tmaxex
- [°C]
Tmaxpr
- [°C]
Δt8 5⁄ ex
- [s]
Δt8 5⁄ pr
- [s]
INOX E1 Nehrđajući
čelik tipa
18/8 ( 18% Cr; 8% Ni)
2989
35 0,1408 0,00733 910 910,08 32 36,83
5910,3
34 0,1323 0,00967 1100 1100,26 31 143,23
CRNI E2
Ugljenični čelik sa
0,2% C
2989
38 0,1579 0,01250 582 581,98 13 16,39
5910,3
37 0,1408 0,01300 964 964,63 16 63,76
CRNI E3
Ugljenični
čelik sa 0,2% C
2989
22 0,1920 0,02030 340 339,44 0 15,07
5910,3
23 0,1579 0,01575 727 727,63 8 59,26
INOX E4
Nehrđajući
čelik tipa 18/8 ( 18%
Cr; 8% Ni)
2989
21 0,2091 0,01380 448 449,44 0 34,23
5910,3
20 0,1835 0,01115 869 868,06 14 133,15
Opšta tendencija zavarivačke tehnike je da se prilikom spajanja materijala postupkom zavarivanja poveća
brzina zavarivanja i snaga toplotnog izvora uz istovremeno dobijanje što kvalitetnijeg zavarenog spoja. Svaki
termički ciklus karakterišu tri osnovne veličine i to :
- brzina zagrijavanja Vz [°C
s] ;
- maksimalna temperatura Tmax [°C] ;
- brzina hlađenja VH [°C
s] ;
Brzina zagrijavanja ( Vz ) se u većini zavarivačkih tehnologija kreće od 50 °C
s do 400
°C
s a kod nekih postupaka kao
što su elektrootporno, elektronsko i laser zavarivanje se kreće i do 1000 °C
s . Maksimalna temperatura (Tmax) utiče na
strukturnu transformaciju materijala u procesu zavarivanja. Brzina toplotnog izvora ili brzina zavarivanja (v)
predstavlja najutjecajniju veličinu na konačnu strukturu zavarenog spoja. Ako se toplotni izvor kreće većom
brzinom zavarivanja ( v ) zagrijana oblast će biti uska traka na putanju toplotnog izvora i toplota se širi uglavnom
normalno na pravac kretanja toplotnog izvora.
Na osnovu izraza za brzinu hlađenja ( VH ) se može uočiti da ona zavisi od:
- parametara zavarivanja ( snage toplotnog izvora q = U·I [W] i brzine zavarivanja v [m
s] )
- fizičkih konstanti materijala ( specifične toplote materijala c [J
kgK] ; gustine materijala ρ [
kg
m3] ;
koeficijenta provođenja toplote kroz materijal λ [J
smK] ; debljine materijala δ [ m ] )
- maksimalne temperature zavarivanja Tmax [ °C ]
- početne temperature zavarivanja To [ °C ]
Ukoliko se povećava snaga toplotnog izvora q ( povećanjem U i I ) a da se pri tome svi ostali navedeni
parametri ne mijenjaju (v, c, ρ, λ, δ, To) tada će doći do povećanja maksimalne temperature (Tmax) što će uticati na
vrijednosti brzine hlađenja (VH) i vremena hlađenja (Δt8/5) odnosno zavareni spoj se sporije hladi što utiče na
formiranje konačne strukture spoja te je poznavanje brzine hlađenja ( VH ) neophodno kako u cilju praćenja
tako i u cilju regulisanja strukturnih transformacija spoja.