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) Тпл ., где Тпл . – температура плавления основного металла, °С; – Тmax , где Тmax – максимальная температура точки, °С; – максимальную температуру Тmax 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=0,4Тпл ; – длительность пребывания выше температуры Т=0,4Тпл точек шва с координатой y =2∆ y ; – длину сварочной ванны L ; – ширину шва В ; – ширину зоны нагрева ∆1 между изотермами для температур Т=0,4Тпл и Т=0,6Тпл 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 Ср =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 Тmax 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·Тпл =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·Хmax =0,05·-43,24=-2,162 см. По Y: ∆Y=0,2·Ymax =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·tmax =0,05·77,22=3,86 (с). Определяю число точек: NX =21, NY =6, Nt =21. 3. Определение параметров термического цикла Аналитический метод а) Определяю мгновенную скорость охлаждения W при температуре Т=0,4Тпл : Т пл =1535 °С, тогда Т=0,4·1535=614 °С. (°С/с). б) Определяю максимальную температуру Тmax 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 tn : (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=0,4Тпл и Т=0,6Тпл : 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: NX =21, NY =6. Построение изотермических линий для температур Т=(0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0) Тпл ., где Тпл .–температура плавления основного металла, °С: Т=(0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0) Тпл : 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 Аналитический метод Графический метод Максимальная температуру Тmax в точке с координатой Y=2· ∆Y=2·0,59=1,18 см: Тmax =973,156 °С Тmax =999,271 °С Мгновенная скорость охлаждения W при температуре Т=0,4·1535=614 °С: W=-31,806 °С/с W=38,2 °С/с Длительность tn пребывания металла выше температуры Т=0,4·1535=614 °С: tn =11,473с tn =15,3с Длина сварочной ванны L: L=10,81 см L=10,81 см Ширина шва В: В=2,97 см В=3,0 см Ширина зоны нагрева ∆ ℓ между изотермами для температур Т1=614 °С и Т2=921 °С: ∆ℓ=0,55 см ∆ℓ=0,6 см 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.