19.02.2015 INOXE1 + CRNIE2 + CRNIE3 + INOXE4 16;45 .pdf

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


• 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


b2UČ=

2 · α2

cUČ · ρUČ · δ=

2 ⋅ 115 W

m2K

460 J

kgK· 7850

kgm3 ⋅ 0,005 m

↔ b2UČ= 0,012738853

1


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


b2NČ=

2 · α2

cNČ · ρNČ · δ=

2 ⋅ 115 W

m2K

502 J

kgK· 7880

kgm3 ⋅ 0,005 m

↔ b2NČ= 0,011628612

1


• 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


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 )




Δt28/5 ex= 74s − 43s ↔ Δt28/5 ex

= 31s

Δt28/5 pr= −

1


· 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


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


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


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

)


Na osnovu krive hlađenja ugljeničnog čelika sa 0,2% C ( CRNI E2 ) se može odrediti vrijeme hlađenja na


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


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)



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

)


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 ]





Δt28/5ex= 54s − 38s ↔ Δt28/5ex

= 16s

Δt28/5pr= −

1


· 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


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


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


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


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 )



Δt18/5ex= 0 s

Δt18/5pr= −

1


· 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


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 ]




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

)


( 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 ]





Δt28/5ex= 45s − 37s ↔ Δt28/5ex

= 8 s

Δt28/5pr= −

1


· 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


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


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


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


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

)




Δt18/5ex= 0 s

Δt18/5pr= −

1


· 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


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 ]




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 ]





Δt28/5ex= 59 s − 45 s ↔ Δt28/5ex

= 14 s

Δt28/5pr= −

1


· 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


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


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.

Documents

19.02.2015 INOXE1 + CRNIE2 + CRNIE3 + INOXE4 16;45 .pdf