Температурный расчет сварки

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

по дисциплине: «ТЕОРИЯ СВАРОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ»

Аннотация

Основная задача данной курсовой работы – выполнить расчет температурных полей, которые представляются в виде графических зависимостей:

– Т=f(t) – термических циклов кривых для точек, расположенных на различном расстоянии Y от оси шва. При этом Z принимается равной Z=0;

– изотермических линий для температур Т=(0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0) Т_пл.,

где Т_пл. – температура плавления основного металла, °С;

– Т_max, где Т_max – максимальная температура точки, °С;

– максимальную температуру Т_max в точке с координатой y=2∆y, где ∆y – шаг по для термических циклов;

– мгновенную скорость охлаждения w точек, лежащих на оси шва, при температуре Т=0,4Т_пл;

– длительность пребывания выше температуры Т=0,4Т_пл точек шва с координатой y=2∆y;

– длину сварочной ванны L;

– ширину шва В;

– ширину зоны нагрева ∆1 между изотермами для температур Т=0,4Т_пл и Т=0,6Т_пл

Каждые из перечисленных величин надо определить двумя способами: при помощи расчетных формул и из графиков.

Введение

Тепловые основы сварки – прикладная научная дисциплина, изучающая источники тепла, нагрев и охлаждение металла, их влияние на протекающие при сварке процессы.

При сварке происходит изменение температуры металла шва от температуры окружающей среды до температуры плавления металла и выше. В этом промежутке температур происходит расплавление и кристаллизация металла, фазовые и структурные превращения: химические реакции в жидкой ванне; объемные изменения основного и наплавленного металла.

Для того чтобы управлять этими процессами, прогнозировать возможные трудности при сварке, и пользуются тепловой теорией, сущность которой состоит в определении температуры в любой точке тела в любой момент времени от действия источника нагрева.

1. Подготовка исходных данных для расчетов

Марка свариваемого материала: Ст3;

тип соединения: стыковое.

толщина пластины: 30 мм

способ сварки: ДФ;

диаметр сварочной проволоки: 3 мм

катет шва: 4 мм

V_св.=20–22 м/ч=0,56 см/с;

U_д=36–38B;

I_св.=550–600А;

η=0,8;

температура плавления для стали Ст3: Т_пл =1535 °С;

коэффициент теплообмена: а=0,08 см²/с;

коэффициент теплопроводимости: λ=0,38 Вт/см·К;

удельная теплоемкость С_р=4,8 Дж // см²·К;

коэффициент теплоотдачи: α=12*10^-3;

е=2,77.

2. Выбор и обоснование расчетной схемы

Определяю эффективную мощность:

Эффективная тепловая мощность, вводимая в изделие, при автоматической сварке под флюсом определяется по формуле, Вт:

следовательно

, (Вт) – эффективная тепловая мощность в моем случае.

Определяю максимальную температуру:

Тогда Т_max равна , °С.

Для расчета выбираю полубесконечное тело с точечным, быстродвижущимся источником на его поверхности.

Определяю диапазон варьирования по координатам и шаг варьирования:

Используя формулу (6.43, с. 180, 1), для нахождения ∆Т

, можно найти Х.

Для упрощения расчетов, принимаю Y=0 и Z=0; ∆Т=0,1·Т_пл=153,5 °С.

Следовательно, Х будет равен:

(см).

Х= – 43,24 см.

Чтобы найти Y, необходимо сначала определить ширину зоны термического влияния 2ℓ:

Используя формулу (7.6, с. 210, 1), для нахождения 2ℓ:

(см).

2ℓ=5,94 см.

Y=1/2*2ℓ=2,95 (см).

Определяю диапазоны варьирования по X и Y.

По Х: ∆Х=0,05·Х_max=0,05·-43,24=-2,162 см.

По Y: ∆Y=0,2·Y_max=0,2·2,95=0,590 см.

Определяю время сварки t (c) и шаг варьирования:

t= – x/v=43,24/0,56=77,22 (с).

По t: ∆t=0,05·t_max=0,05·77,22=3,86 (с).

Определяю число точек:

N_X=21,

N_Y=6,

N_t=21.

3. Определение параметров термического цикла

Аналитический метод

а) Определяю мгновенную скорость охлаждения W при температуре Т=0,4Т_пл:

Т_пл =1535 °С, тогда Т=0,4·1535=614 °С.

(°С/с).

б) Определяю максимальную температуру Т_max в точке с координатой

Y=2· ∆Y:

(°С).

в) Определяю длительность пребывания металла выше температуры Т=0,4·1535=614 °С:

Теперь при этом значении безразмерной величины по номограмме (рис. 7.9, с. 217, 1), определяю значение коэффициента k1=0,075.

Для определения продолжительности пребывания металла выше температуры Т=0,4·1535=614 °С, воспользуюсь формулой (7.24, с. 217, 1):

,

где и есть коэффициент k1=0,075.

Тогда t_n:

(с).

г) Длина сварочной ванны:

Используя формулу (7.44, с. 230, 1), для нахождения L:

,

нахожу

(см).

д) Ширина шва:

В= (см).

е) Ширина зоны нагрева ∆1 между изотермами для температур

Т=0,4Т_пл и Т=0,6Т_пл:

Т1=0,4·1535=614 °С;

Т2=0,6·1535=921 °С.

(см).

(см).

Тогда ширина зоны нагрева ∆ℓ между изотермами для температур

Т1=0,4·1535=614 °С и Т2=0,6·1535=921 °С, будет равна:

∆ℓ=ℓ₁-ℓ₂=2,971–2,426=0,55 (см).

Графический метод.

Построение термоциклов.

Использую формулу (6.43, с. 180, 1), для нахождения ∆Т при построение термоциклов, Z=0:

N_X=21,

N_Y=6.

Построение изотермических линий для температур

Т=(0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0) Т_пл., где Т_пл.–температура плавления основного металла, °С:

Т=(0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0) Т_пл:

Т0=0,2·1535=307 °С;

Т1=0,4·1535=614 °С;

Т2=0,6·1535=921 °С;

Т3=0,8·1535=1228 °С;

Т4=1,0·1535=1535 °С;

Используя формулу (6.43, с. 180, 1), для нахождения ∆Т

, можно найти Y при заданном X.

Для этого, преобразовав формулу:

Для Т0=307 °С нахожу Y:

Для Т1=614 °С нахожу Y:

Для Т2=921 °С нахожу Y:

Для Т3=1228 °С нахожу Y:

Для Т4=1535 °С нахожу Y:

Выводы

Библиографический список

1. Теория сварочных процессов. Учеб. для ВУЗов по спец. «Оборудование и технология сварочного производства» /В.Н. Волченко, В.М. Ямпольский, В.А. Винокуров и др.: под ред. В.В. Фролова. – М.: Высшая школа, 1988.-539 с.

2. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением /Под ред. Акад. Б.Е. Патона. – М.: Машиностроение, 1974. – 758 с.