тепловые процессы при сварке
.pdfЦелью курсовой работы является |
углубление и закрепление знаний сту- |
дентами отдельных разделов курса |
"Теория сварочных процессов". |
при выполнении курсовой работа студенты приобретают |
навыки использо- |
вания аналитических методов расчета тепловых процессов |
при сварке, вы- |
боре параметров режима дуговой сварки, учатся правильно использовать данные справочной литературы по сварке.
Курсовая работа выполняется в пятом семестре студентами дневной форм мы обучения специальности 120500 "Оборудование и технология сварочного производства".
I . ТЕМАТИКА И ОБЪЕМ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Тема курсовой работы связана с расчетами тепловых процессов при ду говой сварке плавлением в стык стальных пластин разной толщины.
Входе курсовой работы необходимо:
1.По указанной марке стали выбрать способ сварки.
2. йо заданной тоедине пластины выбрать параметры режша дуговой свар ки плавяенивм:величину сварочного тока 1св, напряжение на дуге % , скорость, сварки исв, диаметр электродной проволоки аэи* скорость подачи электродной проволоки v ^ q , вылет электродной проволоки 1 ^ ^ .
3. Рассчитать распределение температуры поперек шва в зависимости от расстсшда у0 для разных моментов времени и максимальную температуру.
4. Построить изотермы температурного поля предельного состояния для несколышх температур и геометрическое место точек с максимальными тем пературами.
5. Рассчитать термический цикл в точках, отстоящих от оси шва на раз ных расстояниях, определить время наступления максимальных температур в , ЭТИХ точках.
6.Определить площади наплавки Тн и прошюаяеяия Р^основного металла.
7.Определить длину L, ширину В сварочной ВВИВИ, глубину проплавления
основного металла Н . - |
' |
|
|
. 8. |
Рассчитать высоту усиления шва А . |
|
|
9. |
Рассчитать температуру нагрева эле|орр)||в^1)револоки проходящим то |
||
ком и сварочной дугой. |
' |
|
|
Пояснительная записка к курсовой рабоч№-:^ЙЙяа содержать расчетную- и |
|||
графическую части. Расчетная часть выполняется на листах |
формата I I , |
||
графики - на мшииметровой бумаге. Ориеижрбвечный объем |
пояснительной |
записки х курсовой работе составляет 2&'ч.Щ страниц. При оформлении по яснительной записки необходимо руководствоваться документом РД 40.
РСФСР - 060 - 87 "Проекте (работе) дипломные и курсовые. Нравила оформ л я е т ".
2. ИНЛИЩЩШ ПО ВШКШШШ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
2.Z . Выбор способа и параметров режима сварки
Каждому студенту выдастся сведения о марке свариваемого материала, •го толщине. Согласно марке свариваемого материала необходим вибрать способ сварки. В курсовой работе рекомендуется внбиратъ дуговые механмвированние односторонние способы сварки: под флюсом я т в среде углекис лого газа. Зная способ сварки и толщину свариваемого изделия, ив спра вочной литературы необходимо выбрать параметры режиме сварки:
1с6*’ *8.* «св.* йал.* ияо в .' Ьвьи. 11*2»31*
2 .2 . Распределение температуры поперек шва в зависимости от расстояния у0 для разных моментов времени
Для расчета распределения температуры поперек ива в зависимости от расстояния yQ в рззшю моменте времени используем схему мощного бнстродаФипегооя линейного источника тепла в •пластине о теплоотдачей:
Uvn.i ) |
% |
►в*ч) |
- |
.. (I) 14) |
|
где Цц -аффективная тепловая |
Нагрева. Дж/с; |
|
Mgg - |
скорость сварки, м/с; |
|
б- толщин» пластины, м;
а |
- |
коеффнщиирг температ; |
|
|
|
|
|
(а - 8*10“® м2/с для |
|
|
|
ор |
- |
объемная теплоемкость, |
|
|
|
|
|
(ср ч БОЙ® Дж/(м3'К ); |
|
|
|
1 |
- |
время, прощедвее с |
тения плоскости, в которой |
|
|
|
|
находится |
с» |
" . |
\ |
и |
- |
расстояние точки от оси |
|
|
|
8 |
- |
коэффициент, учитевавдмщ |
|
понижения температуряt |
|
|
|
1фи теплоотдаче в окр; |
НФИЯГ о двух сторон пластинн. |
|
ГДв I,•ев |
Чц ” 1еб '% ”»и * |
|
|
(2) |
|
|
сварочный ток, |
А; |
|
|
|
|
|
Шф - нащэежеиие дуги, В;* |
|
|
|
|
||
т)ц - |
эффективный коэффициент полезного действия нагрева изделия ду |
|||||
|
гой (для дуговой механизированной сварки под флюсом |
|
||||
|
tjy = 0,80-0,96, |
для дуговой механизированной сварки в |
|
|||
|
углекислом газе |
- 0,80-0,84) |
(7). |
|
|
|
|
2»а |
|
|
|
О») |
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
ер'в |
|
|
|
|
|
где а - коэффициент полной поверхностной теплоотдачи, Дж/(м2.С"К), (для |
||||||
низкоуглеродистой стали « = 33,5 Дк/м^с-К)). |
|
v |
|
|||
В курсовой работе принимаются у0 = 0.003: 0-005; |
0Т007: 0,01; |
0,012;; |
||||
0,015; O.QSSO; 0,045 м; £ * ^ 2 ,3 ,4 ,6 ,9 ,1 6 ,2 5 ,3 6 |
04 |
"" |
' |
|||
* В формулу (I) подставляем первое |
шачение |
% и производим |
расчет |
НУр,?! при всех значениях yQ. Затем берем второе Значение г и снова оп
ределяем t(y0,x ; при всех значениях у0. Расчеты t (уал ) |
щюводиы при |
всех значениях ч x y Q, а их результаты сводим в табл-1. |
|
Таблица I' |
|
Распределение температуры в зависимости от yQ и ч |
|
Температура, °С |
|
Время,с |
|
Расстояние, м |
|
: |
1 |
По полученным значениям yja t(y0,4) npcipearfb
Ври этом по -оси абсцисс отложить расстояяи*^ от оси шва, а по оси ор динат - температуры Ку0,ч) в соответствуадЦ^-момееты времени г. Расйрвделение температуры в определенные мой^Щрйремени ч - const будет представлено плавными кривши-изохронамиД р иуры (рис.1).
Максимальные температуры в точках пязфЩ£)фи действии быстродвийу-
ЫаГося линейного источника определяем ii6’t |
|
|
0,484.4ц |
в>у§ |
(4) |
|
)«* |
ШХС(У, '$0 ео£'СР’0 ‘2'Уо |
^ 2 ‘С |
Л.Распредеювде температуры в зависимости от уа и %
Подставляя в формулу (4) заданные значения yQ и выбранные параметры режима сварка, получаем ta^rJ y fi) -Результаты расчета заносим в табл.2.
Максимальные теикратуры в |
|
|
||
У«* м |
,, - |
т Т ^ т Г ......... |
— |
'— ; .. |
W»o>* °с |
|
^‘«ниИН'1»*1 |
|
|
|
|
|
.............. |
|
На графике нвохрон (рисЛ) для каадф^ т т т ят у0 |
отеладываем зна- |
|||
ч*яив tm z(Vo) |
* Йв*Г**®8вв точки с о е д и ^ ш и ^ й пунктирной кривой, |
которая является огкбавдей изохрон, ийо<#Ъюяи ошюявыми линиями.
2.3 . Построение изотерм температурного поля предельного состояния и геометрического места точек с максимальными температурами
Изотермы температурного поля предельного состояния построить для
t -т 1600, 1300, 1100, 900, 700 °С. ЭТо построение выполняем графическим способом, используя изохроны (рис.1).
На оси ординат отмечаем температур! 1600, 1300, 1100, 900, 700 °С. Из точек, соответствующих этим температурам, проводим прямые, параллель ные оси абсцисс. Эти прямые шресекаюг изохроны в нескольких точках. Чем меньше температура, тем больше будет точек пересечения с изохронами. Эти точки проектируем на ось у0 и определяем отрезки от начала координат до проекции каждой точки. Затем устанавливаем значения времени ч на каждой кришй-изохроне, соответствующее спроектированному значению yQ.
Полученные значения yQ и ч для каждой температур! заносим в табд.З.
|
, |
' |
' |
Таблица 3 |
|
|
Расстояние у6 от .оси шва при раэдшс ч |
|
|||
1600 °0 |
1300 °0 |
1100 °С |
900 °С |
700 °С |
|
ч, с|у0, н |
ч, с ■ Уо• “ |
ч, с |
V » |
ч, с у0. м |
ч, с У0- м |
Определяем расстояние, пройденное источником нагрева за время ч, по |
|||||
формуле'.; |
. |
|
|
|
|
|
- Уов*Ч . |
|
. |
|
(5> |
Значения х . отрицательные, так как точки взяты позади |
источника на- |
||||
грева. |
|
|
•»*- -t |
|
|
Подставляя в формулу (5),выбраннув'ф^беть сварки осв и разнив зав-, чения времени ч ив табл.З, подучаем ивф|иаа& «печений х%. Значения х %
и ч заносим в табл.4. .
Таблица 4
Значении хт при радШШ|:
Ш '9£яренвым значениям у и xt стрвйврвртермн (рис.2). На оси абс цисс откмдивеем отрицательные з н а ч е н и й и из этих значений восстанав ливаем перпендикуляры, на которых вверх и вниз откладываем значения уа.
соответствующие определенным температурам. Полученные точки соединяем плавной кривой и получаем Части изотерм. Достроить изотермы можно пунк-
Уравнеяие геометрического места точек с максимальными температурами в координатах X , у 0 находш из условия максимума температуры при
4. |
1 |
|
|
4»fl’V y |
♦ 8 |
'Ъяах |
|
2 |
|
|
|
Надставляя в формулу |
(6) т - |
находим |
ет ф а я . из табл.З.
Результаты расчета сводим в табд.Б.
(61 C4J
Значения ’^ .« сл ед у
|
|
таблица s |
Значеиия уп в зависимости с» |
||
Ъюхг 0 |
11 • |
' 1 |
|
■ |
|
V “ |
|
"£ч <iSJg' ’ - |
|
|
_ ,'.4i |
На графике изотерм |
(рис.2) построить кривую максшальных температур |
в подвижном температурном поле x%oyQ ОЯГИШфная линия), используя фор мулу (5 ). г
Эту криьую можно построить и графически. Для чего к каждой изотерме температурного поля (рис.2) необходимо провести касательные, параллель-
6
ные оси ох%. Точки касания соединить плавной пунктирной кривой, которая представляет геометрическое место точек с максдаальшми температурами на поверхности листов xxoyQ.
• •
2.4. Расчет термического цикла
2 .4 .1 . Аналитический метод рзсчета
' Для расчета термического цикла в точках, отстоящих на различном рас стоянии от оси шва, используем уравнение (I). В это уравнение нужно под ставить значения у0 и т. Значения т берем прежние, а у0 = О; 0,005; 0,01; 0,015; 0,02 м. Подставим в уравнение (I) различные значения i при одном значении yQ и получим t(yQ,x), затем подставим второе значение yQ при тех же значениях г. Результаты расчета сведем в табл.6.
Таблица 6
Температуры в точках в зависимости от у0 и а
'Температура, °С
Время, с
РассТодаие, и
1
По результатам расчета построить кривые изменения температуры в разЛаЧвзЙЕ точках в зависимости от времени, прошедшего после пересечения центром дуги поперечных сечений, в коТ^рх находятся точки (рис.З).
Время наступления максимальных тонррёазфр а точках определить по формуле 16), подставляя в нее разня»,евачейю у0- Температуры, соответствущяие ^ соединить пувкт^р^'ррийй (рис.З).
. 2.4.2. Расчет термического цикла на 1ВИ 7й ‘ ■
Расчет термического цикла можно гфо9Рря^1а'IBM PC 386 15]-
I приведен призер p a c t^ ji ^ю даве даншде, таблица тем-
ператур Двух точек пластины в процессе |
и охлаждения, терми- |
чйЮО* ||вслы этих точек. |
" |
9
Рис.З. Изменение температуры в раздала точках шастаны в зависимости от времени (термические циклы)
2.6. Определение площадей наплавки и проплавления основного металла
В
Рис.4. Площади металла
Площадь наплавленного металла оВфЩДммем по формуле:
|
'■’«Г'’ |
(?> |
ш |
|
«св'Р |
|
|
где CL. - |
ковффициент расплавления, кг/ i в. |
|
|
** |
' I©. ■ |
|
|
Для механизированной сварки под флюсом ар * (3-6)*10, кг/А с, для механизированной свар® в среде углекислого rasa - (4-6)•10“®,кг/А с;
ф - коэффициент потерь на угар, разбрнзгивзние и испарение присадочного металла, (ф = 0,01-0,02 для механизированной свар® под флюсом, 0,045-0,2 - для механизированной сварки в среде С02, 171);
р- плотность материала, кг/м3 (для углеродистых сталей
р* ?,8‘1(Р, кг/м3).
•Площадь проплавления основного металла сварочной дугой определяем да
Йркуле
|
|
|
% |
■ |
(8) |
£63 |
|
|
яр |
ис6’Р'®ал |
|||
|
|
|
|
|
||
где |
- |
теплосодержание расшгавлешого металла, Дж/кг (для углеродис |
||||
той стали |
|
* 1340>Ю3, Дж/кг); _ |
|
|
||
rit |
- |
термический K-IUA. расплавления (для пластины |
|
= 0,484). |
2.6. Определение длины, ширины сварочнойванян, глубина пропяаалеяия основного металла
Рис.5. Длина и ширина сварочаовДЖИШ Длину сварочной ванна при дуговой хявацЦ^Щмеяш определяем по
Формуле- |
|
|
|
|
^ |
\ ч |
|
|
|
|
Ь - |
-----:----- |
3 |
, |
а |
V |
" |
(9) |
№1 |
|
|
4-e-a:v ce(6‘op-ttu r |
|
А |
|
|
|
||
Г»э („д. - |
|
|
|
|
|
ЩР. |
|
|
|
температура плавления сварипмрпя» материала, °С (для низкой |
|||||||||
угли |
стали ^ *1450 |
С). |
|
|
|
|
|
|