Оптимизация режимов электродуговой сварки

Размещено на http://www.allbest.ru/

150202 Оборудование и технология сварочного производства

Курсовая работа

Оптимизация режимов электродуговой сварки

Содержание

Введение

1. Обоснование выбора расчетной схемы температурного поля

2. Расчет распределения температур вдоль оси шва и на некотором удалении от нее

3. Расчёт термического цикла для точки с координатой X, Y

4. Расчёт распределения температур в период теплонасыщения для пластины

5. Расчет распределения максимальных температур в поперечном сечении ЗТВ сварного соединения

6. Расчет мгновенной скорости охлаждения металла шва при заданной температуре

7. Расчет размеров сварочной ванны

Заключение

Список литературы

электродуговой сварка температура металл

Введение

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

Эти упрощения в основном сводятся к следующему:

1) источники теплоты считают либо сосредоточенными, либо распределенными по соответствующему закону, который позволяет относительно просто описать процесс распространения теплоты;

2) упрощают форму тела;

3) теплофизические коэффициенты принимают не зависящими от температуры. Это допущение значительно упрощает математические выражения.

Указанные допущения позволяют получить стройную теорию распределения температуры в телах при нагреве их различными движущимися источниками теплоты.

1. Обоснование выбора расчетной схемы температурного поля

Заданно полное проплавление за один проход, тело прогревается равномерно по всей толщине и температура по оси Z между ограничивающими поверхностями одинакова. Наличие двух параллельных поверхностей, ограничивающих распространение теплового потока, с постоянной температурой между ними является признаком "пластины", толщина которой д = 0,6 см. Следовательно, расчетной схемой нагреваемого тела будет "пластина". При полном проплавлении, тепло равномерно выделяется из условной линии 0ґ и свободно распространяется в теле по осям xґ и yґ. Это значит, что источник тепла "линейный". Скорость сварки, т.е. скорость движения источника тепла составляет 0,1 см/сек. Поэтому по характеру перемещения источник тепла является движущимся с постоянной скоростью.

Рис. 1 Расчетная схема процесса однопроходной сварки пластин встык: (m, n - свариваемые образцы; д - толщина образцов; XOY - неподвижная система координат неподвижных точек; X'O'Y' - подвижная система координат источника тепла; l = д - линия выделения тепла (источника тепла), толщина свариваемых деталей)

Полная формулировка условий расчетной схемы имеет вид: " ПЛИ - линейный источник постоянной мощности, движущейся прямолинейно с постоянной скоростью в пластине".

2. Расчет распределения температур вдоль оси шва и на некотором удалении от нее

Уравнение предельного состояния процесса распространения тепла, отнесенное к подвижной системе координат, имеет вид:

где qэф - эффективная тепловая мощность дуги, Дж/сек;

л - коэффициент теплопроводности, Дж/см С•°С;

д - толщина свариваемых листов, см;

Vсв - скорость сварки, см/сек;

x - координата исследуемой точки, см;

а - коэффициент температуропроводности, см²/сек;

- функция Бесселя.

где - коэффициент полезного действия.

qэф = 220·22·0,7 = 3080 Дж/сек

Введём обозначение:

Где

- расстояние до рассматриваемой точки, см;

- коэффициент температуроотдачи, 1/cек.

Если U < 10, то значение функции Бесселя можно взять из таблицы, если U > 10, то значение функции Бесселя можно приближённо вычислить по формуле:

(4)

Для удобства вычислений распределения температуры вдоль оси ОХ используем табличную форму записи (табл. 1, 2, 3).

Таблица 1

Расчётные значения температур заданных точек при у1 = 0 см

Таблица 2. Расчётные значения температур заданных точек при у2 = 2 см

Таблица 3. Расчётные значения температур заданных точек при у3 = 3 см

3. Расчёт термического цикла для точки с координатой X, Y

Термический цикл заданной точки можно рассчитать, принимая источник тепла быстродвижущимся и Z=0. Расчет ведется в табличной форме (см. табл.4).

Таблица 4. Расчетный термический цикл точки с координатами 0, = 2

Рис. 3. График термического цикла Т=f(t)

4. Расчёт распределения температур в период теплонасыщения для пластины

Расчёт распределения температур в периоде теплонасыщения для пластины производится с учётом коэффициента теплонасыщения и Тпр, определённой по формуле (1). Расчёт ведется в табличной форме (см. табл. 5).

Определение температуры точки в период теплонасыщения производят по формуле:

, (5)

=Vr/2a, ф2 =, (6)

Коэффициент находится по номограмме, где представлен в зависимости от безразмерных критериев расстояния и времени ф2.

В период теплонасыщения температура любой точки тела возрастает от начальной температуры Т= до температуры предельного состояния Т=.

Таблица 5. Распределение температуры в период теплонасыщения для пластины при Z = 0, X от 1 до -2, Y = 2.

Рис. 4. График распределения температур в период теплонасыщения Тн=?(x)

5. Расчет распределения максимальных температур в поперечном сечении ЗТВ сварного соединения

Максимальные температуры в точках, заданных координатой Y определяют по формуле:

, (7)

6. Расчет мгновенной скорости охлаждения металла шва при заданной температуре

Известно, что структура и свойства сварного соединения зависят от скорости распада аустенита, что определяется скоростью охлаждения металла. Мгновенную скорость охлаждения (при определённой температуре Т =600ч500С0) рассчитывают по методу Рыкалина Н.Н. по формуле:

(8)

где То - начальная температура окружающей среды, °С.

7. Расчет размеров сварочной ванны

Движущаяся сварочная дуга на поверхности изделия образует ванну расплавленного металла (сварочную ванну) с параметрами L - длина ванны; B - ширина; H - глубина ванны; Fпр - площадь проплавления; V - объём ванны. Размеры ванны зависят от технологических параметров и теплофизических характеристик металла и могут быть оценены приближённо.

Длина ванны, см:

(9)

Ширина ванны, см:

(10)

Глубина ванны, см:

(11)

где - коэффициент формы провара.

Площадь проплавления, см²:

(12)

где - теплосодержание металла, Дж/кг (принимаем =1,1 Дж/кг),

- термический КПД процесса (для пластины =0,32ч0,4).

Объём сварочной ванны, см³:

(13)

Заключение

Проблемы, обусловленные тепловыми процессами при сварке, важнейшие в современном сварочном производстве, т.к. качество сварных конструкций связано с тепловым нагревом и охлаждением свариваемого материала.

Сварочная металлургия отличается от других металлургических процессов высокими температурами термического цикла и малым временем существования сварочной ванны в жидком состоянии, т.е. в состоянии, доступном для металлургической обработки металла сварного шва. Кроме того, специфичны процессы кристаллизации сварочной ванны, начинающиеся от границы сплавления, и образования измененного по своим свойствам металла зоны термического влияния.

В процессе выполнения курсовой работы мною было усвоено: значение максимальной температуры в заданных точках, построение изотермы температурного поля, расчет мгновенной скорости охлаждения при заданной температуре, расчет температур свариваемого тела в период теплонасыщения, расчет параметров проплавления основного металла.

Список литературы

1. Петров Г.Л., Тумарёв А.С. Теория сварочных процессов. - М.: Высшая школа, 2007.

2. Расчет характеристик теплового поля при дуговой сварке металлоконструкций: Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине "Теория сварочных процессов" / Сост. Евдомащенко Е.А. - Северодвинск, Севмашвтуз, 2009.

3. Теоретические основы сварки. Под ред. В.В. Фролова. - М.: Высшая школа, 2010.

Размещено на Allbest.ru