Температурный расчет сварки

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

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: