тепловые процессы при сварке

Целью 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

щ я проплааления основного

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).