Министерство  образования и  науки Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение высшего  профессионального  образования 
 
 
 
 
 

Кафедра Теория сварочных процессов 
 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ 

  

 

                                
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                                                        Выполнил: 

                                                                                                                       Проверил: 
 
 
 
 
 
 
 

Красноярск 2009    
Содержание 
 
 
 
 
 
 
 

 

Введение

     Почти все существующие виды сварки основаны на местном  концентрированном  нагреве участков изделия до температур расплавления или до пластического состояния. Неправильный режим нагрева и охлаждения изделия в процессе сварки плавлением может стать причиной появления таких серьезных дефектов сварки, как трещины, непровары, подрезы и другое.

     Тепловое  состояние металлического шлака и других компонентов, взаимодействующих в процессе образования сварного соединения, в значительной мере обуславливает характер, направление и скорость протекания всех физико-химических и металлургических процессов. Величина и характер деформаций и напряжений, возникающих в конструкциях при сварке, зависит, главным образом, от цикла нагрева и охлаждения изделия, от характера температурных полей.

     С тепловыми процессами непосредственно связаны такие важнейшие характеристики сварки, как скорость  нагрева металла, скорость расплавления, производительность сварки и ее технико-экономическая эффективность.

     Таким образом, без учета теплового  состояния металла нельзя достаточно глубоко объяснить большинство явлений, наблюдаемых при сварке.

     Наука о тепловых основах сварки рассматривает процессы распространения тепла при нагреве металла различными источниками, влияние их на процессы плавления металла, а также на термический цикл и возникающие в шве и в основном металле структурные и объемные изменения.

     В расчетах тепловых процессов при сварке широко используют зависимости, полученные путем схематизации и упрощения действующих процессов распространения теплоты.

     Эти упрощения в основном сводятся к  следующему:

     1.Источники теплоты считают либо сосредоточенными, либо распространенными по соответствующему закону, который позволяет относительно просто описать процесс распространения теплоты;

     2.Формы тела упрощают;

     3.Теплофизические  коэффициенты: λ, a, α, cρ принимаются независимо от температуры.

     Принимаются следующие схемы нагреваемого тела:

а) бесконечное тело. Бесконечное тело ― тело,                                                                                                                                                                           которое имеет такую протяженность по осям xx,yy,zz, при которых его границы не влияют на характер теплового поля;

                                  

б) полубесконечное тело. Полубесконечное тело-тело с одной ограничивающей плоскостью, которая влияет на распространение тепла, тогда как остальные граничные поверхности достаточно удалены от

источника тепла и наличие их не сказывается на распространении тепла по изделию; 
 

в) плоский слой. Плоский слой- это тело, ограниченное двумя параллельными плоскостями, расположенными близко от источника тепла, что их наличие приводит к истеканию теплового поля. Другие ограничивающие поверхности тела достаточно удалены от источника и не влияют на распространение тепла. В данном случае температура точек по толщине непостоянна;

                        

г) бесконечная пластина. Бесконечная пластина представляет собой тело, ограниченное двумя параллельными плоскостями z=0 и z=σ. При использовании этой схемы всегда предполагают, что температура по толщине листа равномерна, а теплота может распространяться только в плоскости с координатными осями x и y;

д) полубесконечная пластина. Полубесконечная пластина - тело, ограниченное двумя параллельными

плоскостями z=0 и z=σ и плоскостью y. Остальные условия те же, что и у бесконечной пластины; 

е) стержень.  Стержень- тело с прямолинейной осью,

      размеры которого по оси настолько значительны, что        концевые поверхности не влияют на распределение тепла. Температура в любой точке произвольного поперечного сечения постоянна. Тепловой поток в стержне линейный и распространяется вдоль оси.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 1. Анализ, выбор, обоснование расчетной схемы      температурного поля.

     По  заданным условиям сварки выбрать и  обосновать расчетную схему определения температурного поля.

     Выбор правильной схемы тела и источника  теплоты определяют возможность приближения расчета к реальным условиям в соответствующих конкретных случаях. Вот почему так важно правильно подобрать расчетную схему процесса распространения тепла при сварке.

     Согласно  рекомендациям по выбору расчетных  схем [3,с.178] для наплавки валика на поверхность массивного тела дуговой сваркой за один проход при длительном воздействии источника теплоты, перемещается практически прямолинейно и равномерно, наиболее близко к реальному характеризует процесс сварки.

     Расчетная схема: точечный подвижный источник тепла в полубесконечном теле. Все расчеты в работе производятся согласно этой схемы.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 2. Расчет распределения температур вдоль оси шва и построение кривых распределения температур.

Расчет температур ведем по формуле:

                 

,                           (1)

где - эффективная тепловая мощность дуги, Вт;

- коэффициент теплопроводности, Дж/см∙с∙град;

- скорость сварки, см/с;

a - коэффициент температуропроводности, см²/с;

R- расстояние  от точки плавления до точки, в которой необходимо определить температуру, см;

                        ,                                             (2)

где z- аппликата  заданной точки (z=0), см; 

Найдем эффективную  тепловую мощность по следующей формуле:

                    

,                                                 (3)

где I_св - сила тока, А;

- напряжение источника, В;

- КПД источника.

(Вт) 

Рассчитаем температуру  точек вдоль оси шва для  y=0; y=±1; y=±2; y=±3; y=±4, а результаты занесем в таблицу 1.

Таблица 1. Распределение температур вдоль оси шва

            По данным таблицы 1 строим кривые распределения температур вдоль оси шва (приложение 1).

 Глава 3. Расчет распределения температур перпендикулярно оси шва и построение кривых распределения температур.

     Считаем, что в пластине достигнуто предельное установившееся тепловое состояние, для которого температурное поле, перемещающееся вместе с дугой, постоянно.

     Производим  расчеты при  значениях x=1; x=0; x = -1; x = -2; x = -3; x = -4 по формулам (1) и (2).

На примере  произведем расчет при x=-1. Возьмем y=0(см):

;

.

      Аналогично  определяем остальные значения температур при различных координатах y и при x=1; x=0; x = -1; x = -2; x = -3; x = -4; x = -5; x = -6.

      Полученные  результаты температур точек при  различных координатах y при x=1; x=0; x = -1; x = -2; x = -3; x = -4; x = -5; x = -6 занесем в таблицу 2.

Таблица 2. Распределение температур перпендикулярно оси шва