Теория сварочных процессов

 

 

Содержание

 

 

 

 

 

Задание

Варианты: 22345121

1. Рассчитать режимы аргонодуговой сварки листов из стали 12Х18Н10Т  толщиной 3 мм при скорости сварки 10; 20; 30 м/ч.
2. Пользуясь схемой мощного быстродвижущегося источника теплоты, определить двумя способами ширину зоны, нагретой выше Т=Тпл; Т=Тпл/2; Т=Тпл/3.
3. Определить максимальную температуру, которая достигается на расстоянии L=y от оси шва 1; 2; 3 см.
4. Определить мгновенную скорость охлаждения металла при температуре  Т=Тпл; Т=Тпл/2.
5. Определить для п.6 температуру подогрева Т0, обеспечивающую снижение скорости охлаждения в 1,5 раза; в 3 раза.
6. Рассчитать длительность нагрева выше температуры Т точек околошовной зоны, лежащих на границе проплавления (Тmax=Tпл) при Т=0,8Тпл; Т=0,6Тпл.

Теплофизические параметры:

• Температура плавления: ([2], стр.27);
• Удельная теплоемкость: с = 0,63 ;
• Плотность: γ = 7,86 ;
• Коэффициент теплопроводности: λ = 0,25 ;
• Коэффициент температуропроводности: а = 0,05 ;
• Скрытая теплота плавления: L = 250
• Эффективный КПД: = 0,7 ([4], стр. 39);
• Толщина свариваемых пластин: см.

Размеры швов принимать согласно ГОСТ 14771.

 

Введение

Целью расчетно-графической работы является расчет режимов аргонодуговой сварки стали 12Х18Н10Т неплавящимся электродом при заданных разделке кромок, толщины свариваемых пластин и скорости сварки; рассмотрение распространения тепла в пластинах, определение необходимого подогрева при определенной скорости охлаждения металла.

 

1. Расчет режимов аргонодуговой сварки

По ГОСТ 14771-76 принимаем размеры сварного шва при толщине пластинок мм (рисунок 1, таблица 1).

Рисунок 1 -  Сварной шов по ГОСТ 14771-76.

Т а б л и ц а 1- Размеры сварного шва.

Условное обозначение сварного соединения	Размеры, мм
С4	e	e1	g	g1
	9	4		0+1

 

Определим площадь поперечного сечения шва:

,                                                    (1)

19,5 .

Определим теплосодержание расплавленного металла:

,                                   (2)

где  - начальная температура металла, К;

- температура  перегрева металла в сварочной  ванне, обычно принимают:

(0,1…0,2), ,                                         (3)

0,1 .

Рассчитаем теплосодержание (энтальпия):

=0,63 .

 

Определим термический КПД  в зависимости от безразмерного коэффициента (Uд = 12 В [5]): 

                                                                                                  (4)

Для скорости сварки 10 м/ч рекомендуется ток  I=80 А ([6], стр. 128);

откуда по номограмме (рисунок 2) кпд –

Для скорости сварки 20 м/ч рекомендуется ток I=120 А ([6], стр. 128);

откуда по номограмме кпд –

Для скорости сварки 30 м/ч рекомендуется ток  I=160 А ([6], стр. 128);

откуда по номограмме кпд –

Рисунок 2 – Номограмма для определения термического КПД.

 

Рассчитаем полезную мощность – мощность, затрачиваемую дугой на проплавление изделия:

                                                  (5)

1. При скорости сварки =10 = 0,28:

=0,195= 537 Вт.

 Рассчитаем эффективную  мощность дуги:

,                                                         (6)

 Вт.

Примем [5], тогда ток дуги составит:

,                                                       (7)

.

2. При скорости сварки  =20 = 0,56:

=0,195= 1075 Вт.

Рассчитаем эффективную мощность дуги:

 Вт,

тогда ток дуги составит:

.

3. При скорости сварки  =30 = 0,83:

=0,195= 1593,3 Вт.

Рассчитаем эффективную мощность дуги:

 Вт,

тогда ток дуги составит:

.

 

2. Определение ширины зоны,  нагретой выше заданной температуры

Способ 1

Воспользуемся схемой мощного быстродвижущегося источника теплоты [3,стр.258]:

,                                                   (8)

где – ширина зоны, нагретая выше заданной температуры, см;

– эффективная мощность:

                                                       (9)

.

– заданная температура, K;

- начальная температура  изделия, K;

Расчет произведем для скорости .

1) Для температуры Т = Тпл= 1440 С = 1713 К по формуле (8):

.

2) Для температуры Т = Тпл/2= 720 С = 993 К по формуле (8):

.

3) Для температуры Т = Тпл/3= 480 С = 753 К по формуле (8):

.

 

 

Способ 2

Воспользуемся номограммой для определения ширины зоны нагрева при сварке пластины линейным источником без теплоотдачи (b=0) (рисунок 3, [4], стр. 26).

Рисунок 3 - Номограмма для определения ширины зоны нагрева  движущимся источником тепла

Найдем значение выражения, представленного на оси ординат для всех случаев:

;

;

.

Значениям этих выражений на номограмме соответствуют значения   равные соответственно:

; ; .

Учитывая, что ширина зоны нагрева равна получаем:

;

;

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Определение максимальной температуры, которая достигается на расстоянии L=y от оси шва

Используем схему быстродвижущегося линейного источника теплоты в пластине без теплоотдачи:

                                         .                             (9)

Начальную температуру листов принимаем равной комнатной температуре . Используя формулу (9), находим максимальную температуру при :

.

При :

.

При :

.

 

4. Определение мгновенной скорости охлаждения металла при заданных температурах

При Т = Тпл = 1713 К рассчитываем по формуле (10) ([1], стр. 213):

                                          (10)

При Т = Тпл/2 = 993 К:

 

 

 

 

 

 

 

5. Определение температуры подогрева для пункта 4, обеспечивающей снижение скорости охлаждения

При снижении скорости охлаждения в 1,5 раза:

, .

Тогда находим Т из формулы (10):

,

.

При снижении скорости охлаждения в 3 раза:

, .

Тогда

,

.

 

 

 

 

6. Расчет длительности нагрева выше температуры T точек околошовной зоны, лежащих на границе проплавления ( )

При Т = 0,8 Тпл = 1425 К по формуле (11) находим длительность нагрева ([3], стр.256):

                                 (11)

где – коэффициент, находимый по номограмме (рисунок 4) с помощью безразмерной величины:

                                               (12)

 

Рисунок 4 – Номограмма для определения коэффициентов и в зависимости от значений .

 

При Т = 0,6 Тпл = 1137 К:

где и .

 

 

 

Заключение

В расчетно-графической работе был проведен расчет параметров для сварки пластин из стали 12Х18Н10Т встык, определены мгновенные скорости охлаждения при заданных температурах, рассчитаны температуры подогрева для обеспечения оптимальной скорости охлаждения. В процессе выполнения работы была использована схема мощного быстродвижущегося источника теплоты.

 

Список использованных информационных источников

1. В.В. Фролов, «Теория сварочных процессов». М.: Высш. шк., 1988. – 559с.
2. В.Н. Тефанов, Лабораторный практикум по дисциплине «Теория сварочных процессов». УГАТУ, Уфа, 2008. – 28с.
3. В.М. Неровный, «Теория сварочных процессов». М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 752с.
4. Б.Л. Груздев, В.М. Бычков. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Производство сварных конструкций». УГАТУ, Уфа, 2005. – 44с.
5. К. В. Багрянский, З. А. Добротина, К. К. Хренов «Теория сварочных процессов». Издательское объединение «Вища школа», 1976, с. 424.
6. В.Х.Бондарь «Справочник сварщика» Киев 1982 г.