Додаткова_література / Додаткова література / metod_tzp_rgr
.pdfМІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ «КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»
ТЕОРІЯ ПРОЦЕСІВ ЗВАРЮВАННЯ
М Е Т О Д И Ч Н І В К А З І В К И
до виконання розрахункової роботи з дисципліни для студентів напряму підготовки 6.050504 «Зварювання»
затверджено методичною радою НТУУ “ КПІ”
Київ
2009
Теорія процесів зварювання: Метод. вказівки до викон. розрахункової роботи з дисципліни для студ. напряму 050504 «Зварювання» /Уклад.: О. А. Сливінський, В. М. Коперсак, Л. А. Жданов, В. Л. Коваленко. − К., 2009. − 53 с.
Гриф надано Методичною радою НТУУ «КПІ»
(Протокол № |
від |
2009 р.) |
Н а в ч а л ь н е е л е к т р о н н е в и д а н н я
ТЕОРІЯ ПРОЦЕСІВ ЗВАРЮВАННЯ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до виконання розрахункової роботи з дисципліни для студентів напряму підготовки 6.050504 «Зварювання»
Укладачі: Сливінський Олексій Анатолійович Коперсак Віктор Миколайович Жданов Леонід Альбертович Коваленко Владислав Леонідович
Рецензент: В.Д. Кузнецов, д-р техн. наук, проф.
ВСТУП
Розрахункова робота з дисципліни “ Теорія процесів зварювання” передбачена навчальним планом напряму підготовки 050504 “ Зварювання” для студентів, як денної, так і інших форм навчання, її виконання обов’язкове.
Розрахункова робота вимагає від студентів застосування теоретичних положень дисципліни “ Теорія процесів зварювання” для практичного аналізу конкретного зварювального процесу з метою оптимізації умов і параметрів режиму зварювання деякого типового зварного з’єднання.
Абсолютна більшість методів і способів зварювання та наплавлення в нинішній час пов’язана з місцевим нагріванням і наступним охолодженням матеріалу, який зварюється чи наплавляється. Проблеми, обумовлені тепловими процесами, які відбуваються при зварюванні, − найважливіші в сучасному зварювальному виробництві. Це температурні деформації та напруження, структурні зміни та перетворення, утворення тріщин та інших дефектів зварних з’єднань, ін. У відповідності до цього в більшій частині завдань по розрахунковій роботі необхідно використовувати положення певних розділів супутніх дисциплін: “ Термодинаміка та теплові процеси при зварюванні”, “ Металознавство та термічна обробка зварних з’єднань”.
Розрахункову частину роботи рекомендується виконувати за допомогою обчислювальної техніки відповідного рангу. Заохочується використання для розрахунків та для побудови графіків сучасного програмного забезпечення, як стандартного, так і спеціалізованого.
Встановлення закономірностей протікання теплових процесів у виробі, який зварюється, лише інструмент для аналізу процесів утворення та існування зони термічного впливу (ЗТВ). Велику роль грає хімічний склад металу, що зварюється, форма і розміри виробу, інші фактори. Відповідно до отриманих завдань, студенти визначають довжину ділянок ЗТВ, які впливають на якість з’єднання, розраховують розміри зони проплавлення, швидкості охолодження при заданих температурах, визначають і аналізують структури розпаду аусте-
3
ніту в даних умовах (з врахуванням темпу охолодження), оцінюють зварність заданого матеріалу з погляду ймовірності утворення холодних тріщин, роблять висновки про придатність заданого режиму зварювання для заданого матеріалу, та про шляхи усунення невідповідностей, якщо такі будуть мати місце.
МЕТА, ТЕМАТИКА І ЗАДАЧІ РОЗРАХУНКОВОЇ РОБОТИ
Мета розрахункової роботи
Метою розрахункової роботи з дисципліни “ Теорія процесів зварювання” є навчити студентів зварювальних спеціальностей застосовувати теоретичні знання, отримані при вивченні дисципліни “ Теорія процесів зварювання” та інших, споріднених їй, для вирішення практичних задач зварювального виробництва; виробити навички застосування теоретичних положень до початкового прогнозування працездатності зварного з’єднання та придатності призначеного для заданого матеріалу режиму зварювання.
Тематика розрахункової роботи
Завдання на розрахункову роботу індивідуальні. Дослівне запозичення з тексту інших робіт, підручників, конспекту, методичних вказівок, інших джерел не допускається. Загальні положення, судження про вибір схеми розрахунків, аналіз структурних змін та їхнього впливу на властивості матеріалу, висновки та рекомендації осмислюються і викладаються в тексті записки самостійно.
Завдання на розрахункову роботу може бути одного з двох видів: оригінальне або типове.
Тематика оригінальних завдань ґрунтується на теоретичних аспектах фізики дуги та інших джерел зварювального нагрівання, теорії металургійних процесів при зварюванні, теорії технологічної міцності зварних з’єднань, ін. Оригінальні завдання можуть містити, наприклад, розрахунки складу газової фази при дисоціації сумішей багатоатомних газів, або може визначатись ступінь іонізації газової фази при зварюванні в різних газових сумішах, густина
4
струму в дузі, температура стовпа дуги. Може бути запропоновано обчислити і побудувати вольт-амперну характеристику зварювальної дуги, знайти параметри процесу саморегулювання дуги. Також предметом оригінальних завдань можуть бути процеси катодної емісії, складання балансів енергій в різних областях дуги; розрахунки процесів металургійних взаємодій в реакційній зоні зварювання. Оригінальні завдання можуть включати в себе й виконання деяких практичних дослідних робіт з подальшим їх науковим аналізом, або участь у виконанні наукових експериментів відповідно до тематики кафедри. Розрахункові роботи за оригінальним завданням виконують по спеціальних методиках з використанням лекційного матеріалу та додаткових літературних джерел по дисципліні при більшому числі індивідуальних консультацій.
Тематика типових завдань ґрунтується на розрахункових схемах теплових режимів зварюваних виробів та зосереджена на аналізі впливу термічного циклу зварювання на властивості металу навколошовної зони при різних способах зварювання та наплавлення. Варіанти розрізняються конфігурацією, розмірами виробів, хімічним складом матеріалу, що зварюються, параметрами режиму зварювання.
Задачі розрахункової роботи
В залежності від тематики завдання перед виконавцем розрахункової роботи можуть бути поставлені різні задачі.
Задачі розрахункової роботи за оригінальним завданням не лімітуються, вони узгоджуються студентом з керівником роботи в індивідуальному порядку. При цьому рекомендується дотримуватись правила, відповідно до якого кількість часу, витраченого на виконання розрахункової роботи за будь-яким завданням, повинна бути приблизно однаковою. Вимоги до оформлення розрахункових робіт, виконаних за нетиповими завданнями, відповідають нижченаведеним (п. 14).
5
Задачами розрахункової роботи, яка виконується за типовим завданням, є виконання таких вимог:
1. Вибрати й обґрунтувати аналітичну схему розрахунку температурного поля по запропонованих в завданні умовах зварювання деякого зварного з’єднання, чи наплавлення деякої деталі (конфігурація і розміри деталі, хімічний склад матеріалу, який зварюється, параметри режиму зварювання, інші умови).
Варіанти завдань охоплюють основні типові розрахункові схеми температурних полів при зварюванні та наплавленні.
2. Розрахувати розподіл температур вздовж осі шва і на деякому віддаленні від неї. Побудувати криві розподілу температур T = ¦(x) (ізохрони) в єдиній координатній сітці для всіх обраних значень поперечної координати y (у1,2,…,n = const) (для масивних тіл – на поверхні тіла: z = 0).
3.Побудувати (будь-яким способом: розраховуючи, графічно чи графоаналітично) поверхневі ізотерми для температур 1350, 910, 660, 240° С.
4.Розрахувати і побудувати графік термічного циклу T = ¦(t) точки, яка нагрівається до максимальної температури 1350° С.
5.Знайти і побудувати розподіл максимальних (граничних) температур у поперечному перетині зварюваного виробу перпендикулярно до осі шва: Tmax =
¦(y), використовуючи дані графіків, побудованих за результатами розрахунку температурного поля (п. 2, п. 3). Для схем розрахунків потужних швидкодіючих джерел тепла належить використовувати відповідні аналітичні залежності.
6. Виконати розрахунки температур в зоні термічного впливу зварюваного виробу в період теплонасичення (в неусталеному режимі). Розрахувати і побу-
дувати на єдиному координатному полі графіки залежності T=¦(y) для усталеного режиму, та для двох різних моментів часу періоду теплонасичення (на початку виконання зварного шва), відповідно до завдання. Порівняти та проаналізувати отримані результати.
6
7. По графіку термічного циклу точки з максимальною температурою
1350°С (п. 4) для температур 910, 723, 400° С графічним методом визначити миттєву швидкість охолодження. Для тих же умов знайти величину швидкостей охолодження аналітично. Порівняти отримані значення, проаналізувати точність збігу.
8.Визначити аналітично, або графічно, величини, що відносяться до зони проплавлення основного металу: довжину, ширину зварювальної ванни, час її існування, глибину та площу проплавлення.
9.Зобразити в трьох проекціях та ізометрію обрисів зварювальної ванни, вважаючи її окресленою ізотермою плавлення.
10.Використовуючи сумісно отриману в результаті обчислень інформацію про розподіл максимальних температур (п. 5) та діаграму стану “ залізо – вуглець” визначити графічно для заданих умов, відповідно до хімічного складу зварюваного металу, величину окремих ділянок зони термічного впливу (ЗТВ): неповного розплавлення, перегріву, нормалізації, неповної перекристалізації, рекристалізації, відпуску (для високоміцних сталей). Уточнити розміри ділянок ЗТВ за допомогою аналітичних розрахунків, порівняти отримані результати, зробити висновки. Описати структури (з ескізами), особливості утворення кожної з ділянок, їхні механічні властивості та можливі наслідки для працездатності зварного з’єднання. Особливо вказати умови утворення та властивості ділянки рекристалізації.
11.Визначити кінцеву структуру ділянки ЗТВ, яка нагрівається до температури 1350° С, використовуючи термічний цикл точок цієї ділянки (п.5) та діаграму анізотермічного розпаду переохолодженого аустеніту. Зробити висновок про можливість появи холодних тріщин.
12.Визначити для заданого матеріалу величину показника еквівалентного вуглецю і розрахувати за різними методиками необхідну температуру попереднього підігрівання, враховуючи прогнозовані показники вмісту водню в металі шва. Порівняти отримані результати, зробити висновки.
7
13.Уточнити, приймаючи за початкову щойно знайдену температуру попереднього підігрівання, основні показники попередніх розрахунків: розміри зон ЗТВ, параметри зварювальної ванни, швидкості охолодження, кінцеву структуру відповідно до діаграми анізотермічного розпаду аустеніту. Порівняти з попередніми результатами, зробити висновки.
14.Оформити результати по розрахунковій роботі у вигляді звіту про нау- ково-дослідну роботу відповідно до вимог Державних стандартів до такого роду документів.
В додатках до даних методичних вказівок наведені необхідні для виконання типової розрахункової роботи значення теплофізичних властивостей матеріалів, табличних величин, діаграми та номограми, ін.
Подальший виклад стосується виконання тільки типових завдань по розрахунковій роботі.
8