3 Розрахунок термічного циклу точки нагрітої до температури 1350°с

Термічним циклом данной точки називають зміне­ння температури її в часі. Рост чи зниження температу­ри точки може бути викликано, наприклад, тимчасовою дією нерухомого джерела чи проходження поблизу точки рухомого джерела тепла. У тому чи іншому випадку можно бачити період нагрівання точки тіла, а потім — період охолодження.

Для побудови термічного циклу точки виробу необхідно знати її температуру в будь-який момент часу, починаючи з t = 0.

З ізотерми 1350°С графічно знаходимо координати точки зварного зєднання, нагрітого до Т=1350°С. Y =0.0116 (м).

де: V_зв.t= х;

Значення t приймаємо 1; 2; 3; 4; …(c).

Результати розрахунку наведені в таблиці 3.

Таблиця 3 - Розрахункові значення температур розрахункового циклу

t, c	T, ^0C	t, c	T, ^0C
0	0	35	366
1	290	36	357
2	1027	37	349
3	1298	38	340
4	1351	39	333
5	1314	40	325
6	1243	41	318
7	1172	42	311
8	1102	43	304
9	1031	44	298
10	971	45	292
11	912	46	286
12	863	47	280
13	818	48	275
14	774	49	270
15	737	50	265
16	701	51	260
17	670	52	255
18	640	53	251
19	614	54	247
20	590	55	243
21	566	56	239
22	546	57	235
23	525	58	231
24	507	59	227
25	491	60	224
26	474	61	220
27	460	62	217
28	445	63	214
29	432	64	211
30	419	65	208
31	407	66	204
32	397	67	202
33	386	68	199
34	376	69	196

4 Розрахунок розподілу максимальних температур. Визначення протяжності ділянок зтв

У деякий момент часу t_m точка буде мати максимальну температуру Т. Вміння знайти цю температуру в процесі зварювання дуже важливо для практики. Відомо, наприклад, що при перегріві више 400—800 °С деякі аустенитні сталі втрачають свою коррозійну стійкість. Враховуючи це, можливо заздалегідь розрахувати величину зони перегріву. Визначення макси­мальної температури нагріву дозволяє встановити протя­жність зони можливої загартовки при зварюванні загартованих сталей (на­грів вище А_с1 — 760 °С).

Максимальна температу­ра точок тіла, досягаєма в процесі нагріву й охолодж­ення при зварюванні, залежить від параметрів режима зварювання, теплофізичних властивостей металу, а також від відстані розглядаємої точки від шва.

Для розрахунку максимальних температур використаємо формулу:

; (2)

де: cγ – об’ємна теплоємкість металу, cγ = 4,810⁶ (Дж/м³К);

r_x = y = 0,001; 0,002; 0,003…м;

- ефективна теплова потужність джерела, Вт.

Результати розрахунку наведені в таблиці 4.

Таблиця 4 - Розрахункові значення максимальних температур

Y,м	T,^0С
0	0
0,001	184100
0,002	46020
0,003	20450
0,004	11510
0,005	7364
0,006	5114
0,007	3757
0,008	2876
0,009	2273
0,01	1841
0,011	1521
0,012	1278
0,013	1089
0,014	939
0,015	818
0,016	719
0,017	637
0,018	568
0,019	510
0,02	460
0,021	417
0,022	380
0,023	348
0,024	320
0,025	295
0,026	272
0,027	253
0,028	235
0,029	219
0,03	205
0,031	192
0,032	180
0,033	169
0,034	159
0,35	150

Сумісно на одному рисунку T=f(y) і діаграммі «залізо-вуглець», визначимо протяжність найбільш характерних ділянок околошовної зони. Розміри зон визначимо по кількості вуглеця в сталі, а також еквівалентному вмісту вуглеця.:

Сталь марки 18ХГТ - хромомарганцева сталь містить 0,18% вуглецю, до 1 хрому, марганецю. Ця марка відноситься до групи легованих конструкційних сталей.

Хімічний склад сталі 18ХГТ: С=0,18%; Si=0,3%; Mn=0,8%; Cr=1%; Ni=0,3%.

Ф-ла эквивалента с моими цифрами

На діаграмі «залізо-вуглець» вертикальною прямою показуємо вміст вуглецю в сталі 18ХГТ. На данній прямій помічаємо температурні межі ділянок ЗТВ. Переносимо ці границі на криві максимального розподілу температур та зносимо їх униз на поперечний перетин шва. Таким чинов встановлюючи лінійні розміри ЗТВ.

ЗТВ складається з слідуючих характерних ділянок:

1. Ділянка неповного розплавлення.

2. Ділянка перпегріву.

3. Ділянка нормалізації.

4. Ділянка неповної перекристалізації.

5. Ділянка рекристалізації.

6. Ділянка синьоламкості.

Ділянка перегріву. На цій ділянці метал не нагрівається до температури плавлення хоча температура нагріву його достатньо висока і лежить в межах 1100-1500 ͦ С, що викликає значне зростання зерен на даній ділянці. Ця частина шва є найбільш слабким місцем і тут метал володітиме найбільшою крихкістю. Структура аустенітна, ширіна зони складає 2 мм.

У міру віддалення від осі шва температура нагріву знижується. В межах температур 900 - 1100С знаходиться ділянка нормалізації, що характеризується найбільш дрібнозернистою будовою, так як тут температура нагріву лише трохи перевищує критичну температуру. На ділянці нормалізації метал зварного з’єднання буде володіти найбільшою міцністю і пластичністю.

Наступна ділянка розташована в межах температур 720 - 900 ͦ С, схильна лише частковій зміні структури основного металу і тому називається ділянкою неповної перекристалізації. В цій ділянці на ряду з досить крупними зернами є скупчення дрібних зерен. У цій частині металу підведеної кількості тепла вже недостатньо для подрібнення усіх зерен.

Ділянка, яка відповідає нагріву від 500 до 720 ͦС, називається ділянкою рекристалізації. В цій ділянці структура сталі не змінюється, а відбувається лише відновлення колишньої форми і розмірів зерен, зруйнованих і деформованих при прокатуванні металу. При подальшому зниженні температури від 500 ͦ С і нижче вже не можна відмітити ознак теплової дії на основний метал.

Загальна ширина зони термічного впливу приблозно сладає 20 мм.

5. Визначення структури металу, що зварюється, по точці, що нагрівається до Т=1350 ⁰С

Характер структури металу залежить від хімічного складу основного металу, та швидкості нагріву і охолодження. Найбільший вплив на характер структури здійснює швидкість охолодження аустеніту, вона повинна бути менше критичної швидкості охолодження.

Швидкість охолодження розраховується за формулою:

; (3)

де: Т₀ – початкова температура, Т₀=20°С;

V_зв – швидкість зварювання, м/с;

Т – температура А_С3 + (20…40)°С;

̶ ефективна теплова потужність джерела, Вт.

Моя формула

Критична швидкість охолодження, визначається за формулою:

Формула!

де: Т_min ̶ температура найменшої стійкості аустеніту у верхньому субкритичному інтервалі температур при ізозотермічному розпаді, яка визначається по кривій ізотермічного розпаду для заданої сталі;

t_min ̶ мінімальна тривалість повного перетворення аустеніту при ізотермічному розпаді, визначається по кривій ізотермічного розпаду для заданої сталі;

К ̶ коефіцієнт, який враховує ріст зерна аустеніту, приймається К = 2;

Моя формула!

W_охл < W_кр.

Для того,щоб побудувати криву охолодження, необхідно визначити координати точое на кривих охолодження. Значення часу в секундах від початку охолодження (t_i) обираємо довільно, а відповідаючи йому температури знайдемо з формули (5) :

Т = Т_А3 + 20 ̶ W_охл  t_i ; (5)

Результати розрахунку наведені в таблиці 5.

Таблиця 5 - Залежність температури від швидкості охолодження

t, с	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	20	30	40
T,°С	840	825	809	794	778	763	747	732	716	701	686	532	378	224

При охолодженні сталі 18ХГТ починаючи з точки А₃ + 20, температура якої 840°С, вона знаходиться у фазі аустеніту. Далі перетворення переохолодженного аустеніту нижче температури 735°С починається виділення надлишкової фази – фериту. При подальшому охолодженні протікає дифузійний разпад аустеніту з виникненням механічної суміши двох фаз (ферита і цементита) пластинчастої будови, тобто перліта.Розпад аустені завершується при температурі 660°С. Подальше охолодження не супроводжується змінами фазового і структурного стану сталі.

Висновки

1. Поверхневі ізотерми від ШПТД - овальні замкнуті криві, зміщені щодо джерела в бік, протилежний переміщенню. Чим менша теипература, тим більш більш витягнуті ізотерми.

2. З розрахунку у поперечному перетині тіла тепло поширюється симетрично, внаслідок того,що теплота від швидкорухомого джерела розповсюджується рівномірно в усі сторони.

3. Структура ЗТВ при зварюванні - у перший момент часу після запалювання дуги кількість внесеного тепла перевищує тепловідвід і область розігріву збільшується. Такий процес називається теплонасиченням. У цей період розігрів виробу і проплавлення основного металу можуть бути недостатніми. Надалі при переміщенні з постійною швидкістю джерела нагріву настає теплова рівновага.

̶ ділянка неповного розплавлення y = 0 ... 0,01 (м);

̶ ділянка перпегріву y = 0,01 ... 0,015 (м);

̶ ділянка нормалізації y = 0,015 ... 0,018 (м);

̶ ділянка неповної перекристалізації y = 0,018 ... 0,02 (м);

̶ ділянка рекристалізації y = 0,02 ... 0,023 (м);

4. З розрахунку, швидкість охолодження W_охл < W_кр. , тому попередній і супутній підігрів не потрібен.

Перелік посилань

1. Богуцкий А.А. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Теория сварочных процессов», Краматорск 2002г. 24с.

2. Багрянский К.В., Добротина З.А., Хренов К.К., «Теория сварочных процессов», 2-е издание Киев: Высшая школа, 1966г. 424с.

3. Петров Г.Г. Гумарев А.С. «Теория сварочных процессов», Высшая школа, 1977г. 528с.