Исходные данные:

Материал - сталь 30ХГСА;

Толщина - 4 мм;

Скорость сварки:

1) 10 м/ч

2) 20 м/ч

3) 30 м/ч

Тип сварного соединения - стыковое.

Для сварки в защитных газах предусмотрен ГОСТ 14771-76, исходя из которого принимается одностороннее стыковое соединение С4 (рисунок 1), геометрические характеристики соединения для сварки неплавящимся электродом в инертном газе с присадочной проволокой представлены в таблице 1.

Рисунок 1 - Стыковое соединение С4 по ГОСТ 14771-76

Таблица 1 - Геометрические характеристики соединения С4

Теплофизические свойства материала:

Температура плавления - ;

Плотность - ;

Удельная теплоемкость - ;

Коэффициент теплопроводности - ;

Коэффициент температуропроводности - ;

Скрытая теплота плавления - ;

Эффективный КПД дуги - ([1], стр.16); термический КПД дуги - ([1], стр.26). Расчет параметров режима дуговой сварки обычно проводят исходя из размеров сварочной ванны или сечения шва. Одним из основных энергетических элементов режима дуговой сварки является сварочный ток.

Сварочный ток найдем по формуле:

, (1.2)

где - скорость сварки, см/с; - площадь проплавления, см²; - теплосодержание металла в сварочной ванне, Дж/г; - напряжение на дуге: . ([4], стр.233). Площадь проплавления:

, (1.3)

где - толщина листа, см.

Теплосодержание расплавленного металла в сварочной ванне определяем из соотношения ([1], стр.22):

(1.4)

где - удельная теплоемкость, Дж/гK;

- температура плавления металла, K;

- начальная температура, K;

- температура перегрева металла в сварочной ванне, K:

;

- скрытая теплота плавления, Дж/г,

Термический КПД дуги, , определяется по номограмме ([1], стр.26), исходя из коэффициента е₂ ([1], стр.25).

(1.1)

Величину I_д выберем равную 150 А при. ([4], стр.233)

Из номограммы для определения термического КПД ([1], стр 26):

Рисунок 1.1 - номограмма определения термического КПД.

При скорости сварки значение тока будет равно:

При скорости сварки

:

При скорости сварки

:

2. Определение ширины зоны, нагретой выше заданной температуры с использованием схемы мощного быстродвижущегося источника теплоты

1) ;

2) ;

3) .

1 способ. Для мощного быстродвижущегося линейного источника теплоты в пластине ширина зоны термического влияния определяется по формуле ([2], стр.257):

, (2.1)

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

- заданная температура, K;

- начальная температура изделия, K;

- эффективная мощность:

(2.2)

Расчет произведем для скорости

.

Тогда для температуры по формуле (2.1), получим:

Для температуры имеем:

Для температуры имеем:

2 способ. На рисунке 3 ([3], стр. 209) представлена номограмма для определения ширины зоны нагрева при сварке пластины линейным источником в случае (без теплоотдачи).

аргонодуговая сварка лист температура

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:

Результаты рассмотренных способов отличаются.

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

1) ;

2) ;

3) .

Для решения поставленной задачи используем данные предыдущего пункта. Используем схему быстродвижущегося линейного источника теплоты в пластине без теплоотдачи ([2], стр.248):

, (3.1)

Начальную температуру листов принимаем равной комнатной температуре ().

Используя формулу (3.1) найдем максимальную температуру:

Для :

Для имеем:

Для имеем:

4. Определение мгновенной скорости охлаждения металла при заданной температуре