Теория сварочных процессов и их расчет

     Полученные  результаты расчета представляются графически в виде кривых распределения  температур на  поверхности изделия  по прямым, перпендикулярным оси шва (приложение 2).

 

Глава 4. Построение изотерм на поверхности изделия

     Графически, по кривым распределения шва, можно получить координаты x любой температуры при координатах y=0;1;2;3;4, а по кривым распределения температур перпендикулярно оси шва – координаты y любой температуры при координатах x=1;0;-1;-2;-3;-4;-5;-6.

     Получим изотермы 1500°С, 900°С, 600°С, 400°С. Для решения данного задания проводили прямые, соответствующие данным температурам на приложениях        1 и 2. Отрезки, полученные при пересечении кривой распределения температур с прямой, соответствующей данной температуре, откладываем в масштабе по оси X и Y. Строим изотермы температурного поля предельного состояния для вышеуказанных температур (приложение 3).

     По  полученным изотермам можно сделать  следующие выводы:

     1) температура точек при приближенном источнике теплоты резко возрастает, достигает максимума, а затем убывает;

     2) снижение температуры происходит с меньшей скоростью, чем ее подъем;

     3) максимум температуры в точках, находящихся не на оси OX, достигается после прохождения источником теплоты плоскости, параллельной YOZ, в которой находится рассматриваемая точка;

     4) в более удаленных от оси OX точках максимальная температура достигается позже и имеет меньшее численное значение по сравнению с точками, расположенными ближе к оси OX. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 5. Расчет и построение термического цикла  для     данной точки

      По  изотерме 1500°С в соответствии с выбранной схемой рассчитаем термический цикл данной точки, находящейся на расстоянии x₀=1 (см) от оси шва.

      По  изотерме температурного поля предельного  состояния 1500°С определяем y_max=1.1(см).

   Рисунок 1.

      Определяем  координаты точки А в подвижной  системе координат, начало которой совпадает с источником тепла, через каждые 10 секунд по формуле:

                           x=x₀–

t;                                                 (4)

где t-время сварки, с.

      Дальнейший  расчет ведем по формуле (1). Полученные расчеты сведем в таблицу 3.

Таблица 3. Изменение координаты и температуры точки с течением времени

      По  результатам таблицы 3 строим термический цикл данной точки (приложение 4).

 

Глава 6. Расчет температур данной точки  подвижного температурного поля в процессе теплонасыщения и в стадии выравнивания температуры

      Рассчитать  температуру точки начала шва  в момент удаления от нее дуги на расстояние 25 мм (стадия теплонасыщения) и спустя 3 секунды после окончания сварки.

6.1 Расчет температуры  в периоде теплонасыщения  в момент окончания сварки

 

 

Рисунок 2. Период выравнивания температуры

при нагреве  движущимся источником теплоты. 

      Мгновенные  координаты точки О₀ в момент, когда источник теплоты находится в точке О_к (конечная), будет x= –2.5см, y=0, R=2.5см.

      Время действия источника теплоты

                                         

,                                           (5)

.

     Безразмерные  критерии расстояния и времени, от которых  зависит коэффициент теплонасыщения ψ3, находятся по формулам[3,с.160]:

                                    

,                                         (6)

                                    

.                                         (7)

Определяем безразмерные критерии:

По номограмме [1,с.176] в зависимости от и определим ψ₃ =0.5.

 

       Приращение температуры предельного  состояния точки О₀, когда источник теплоты находится в точке О_к, определяется по формуле (1):

 

°C;

Приращение температуры  точки О₀ в момент окончания сварки:

                                  

                                     (8)

6.2 Расчет температуры в периоде выравнивания

      Предполагается, что после окончания сварки действует  одновременно фиктивный источник и фиктивный сток теплоты]:

                                 

,                               (9)

где - приращение температуры от фиктивного источника теплоты,°С;

     - приращение температуры от фиктивного стока теплоты,°С.

 O_кО=

∙t_ф

 О_кО=0.3∙3=0.9(см).

      Мгновенные  координаты точки О относительно точки О_к:

x= -1.5(см); y=0; R=1.5 (см).

      Длительность  действия источника теплоты действительного и фиктивного состояния:

 

 

      Безразмерные  критерии времени и расстояния источника  теплоты определяем по формулам (8) и (9):

 

,

 

По номограмме [3,с.161] в зависимости от и определим ψ_3u =0.75.

      Длительность  действия фиктивного стока теплоты t_ф=3(сек).

Безразмерные  критерии времени и расстояния для  стока теплоты находим по формулам (8) и (9):

 

 

По номограмме [3,с.161]: ψ_3с =0.3.

Предельное приращение температуры точки О_к определяем по формуле (1):

 

°С.

 

       Приращение температуры точки  О₀ спустя 3 (сек):

                       

                      (10) 

 

°C

      Т.к. начальная температура не задана, то температура точки О₀ начала шва в момент удаления от нее дуги на расстояние 25мм Т=2038.217°C и спустя 3(сек) после окончания сварки Т=2377.92^°С.

      Вывод: точка О₀ за 3(сек) после окончания сварки остыла примерно до 2377.92^°С.

 

Глава 7. Расчет распределения максимальных температур в поперечном сечении ЗТВ сварного соединения

      Принимаем для упрощения источник нагрева  быстродвижущимся, соответственно точечным или линейным. Требуется рассчитать распределение максимальных температур в поперечном сечении ЗТВ сварного соединения.

      Для определения максимальных температур в процессе распространения тепла при наплавке валика на тело, расчет ведется по следующей зависимости:

                      

,                           (11)

 где 0.368 - эмпирический коэффициент;

 R_x - расстояние от оси шва.

      По  данной зависимости производим расчет максимальных температур при различных  координатах R_x и сведем их в таблицу.

Таблица 4. Распределение максимальных температур в поперечном сечении

      По  полученным табличным данным строится график распределения максимальных температур в поперечном сечении (приложение 5). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 8. Определение протяженности  участков ЗТВ в  данных условиях

      Используя информацию о распределении максимальных температур в ЗТВ, диаграмму Fe-C и  химический состав свариваемого металла, определить протяженность отдельных участков ЗТВ в данных условиях:

 1- участок  неполного расплавления,

 2- участок  перегрева,

 3- участок  нормализации,

 4- участок  неполной перекристаллизации,

 5- участок  рекристаллизации,

 6- участок  синеломкости, или старения.

      Для приближенной оценки протяженности отдельных участков ЗТВ на миллиметровой бумаге над сечением соединения строим кривую распределения максимальных температур.

      Используя информацию о химическом состоянии  материала, определим эквивалентный углерод в данной стали [3,с.227]: