Оценка теплового состояния точек основного металла при однопроходной с полным проплавлением сварки двух листов в стык (стр. 2 из 3)
сg - общая теплоемкость, Дж/ (см3 ∙ К);
y - координата исследуемой точки, см.
Табл.5.1 - Максимальные значения температуры точек, различно удаленных от оси шва
| y (см) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
| Tmax (°C) | 952,6 | 476,1 | 317,2 | 237,7 | 190,0 | 158,1 | 136,1 | 118,2 | 104,8 | 94,1 | 85,4 | 78,0 | 71,8 | 66,5 |
На основании полученных данных (табл.5.1), построена кривая максимальных значений температуры точек.
Рис.5.1 - Максимальные значения температуры точек, различно удаленных от оси шва
Из графика видно, что по мере приближения к продольной оси шва максимальная температура быстро возрастает и становятся выше температур металла. Такие температуры являются фиктивными.
6. Построение изохрон
Изохрона - кривая, показывающая распределение температуры в теле по направлению, в конкретный момент времени.
Табл.6.1 - Значения температуры точек в заданный момент времени
| τ, с | Y (см) | ||||||||||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | |
| 6 | 1529,34 | 936,73 | 215,25 | 18,56 | 0,60 | 0,01 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
| 20 | 805,62 | 695,45 | 447,37 | 214,45 | 76,61 | 20,39 | 4,05 | 0,60 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
| 30 | 639,72 | 579,98 | 432, 20 | 264,72 | 133,27 | 55,15 | 18,70 | 5,30 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
| 40 | 538,80 | 560,00 | 401,51 | 277,99 | 166,15 | 85,72 | 38,18 | 14,68 | 4,87 | 1,40 | 0,35 | 0,07 | 0,01 | 0,00 | 0,00 |
| 50 | 468,68 | 441,91 | 370,42 | 276,03 | 182,87 | 107,7 | 56,39 | 26,25 | 10,8 | 4,00 | 1,31 | 0,38 | 0,10 | 0,02 | 0,00 |
| 60 | 416,10 | 396, 19 | 342,01 | 267,67 | 189,95 | 122, 20 | 71,25 | 37,67 | 18,10 | 7,85 | 3,09 | 1,10 | 0,39 | 0,11 | 0,01 |
Используя данные табл.6.1., строим изохронны температурного поля (приложение 6).
7. Построение изотерм температурного поля
Изотермической линией называется геометрическое место точек тела, имеющих одинаковую температуру.
Используя номограмму для вычисления температурных полей предельного состояния в бесконечной пластине без теплоотдачи (приложение 3), находим значения Ө и соответствующие ей значения ρ и r.
Табл.7.1 - Расчет значений ρ и r
| T,°C | Ө | °ρ-r | 0° | 30° | 60° | 90° | 120° | 150° | 180° | 210° | 240° | 270° | 300° | 330° |
| 1500 | 0,36 | ρ1 | 0,55 | 0,65 | 0,75 | 1,15 | 1,70 | 4,25 | 12,5 | 4,25 | 1,70 | 1,15 | 0,75 | 0,65 |
| r1 | 0,17 | 0, 20 | 0,23 | 0,35 | 0,52 | 1,29 | 3,79 | 1,29 | 0,52 | 0,35 | 0,23 | 0, 20 | ||
| 1300 | 0,31 | ρ2 | 0,70 | 0,8 | 0,90 | 1,25 | 2,00 | 5,00 | 20,0 | 5,00 | 2,00 | 1,25 | 0,90 | 0,80 |
| r2 | 0,21 | 0,24 | 0,27 | 0,38 | 0,61 | 1,52 | 6,07 | 1,52 | 0,61 | 0,38 | 0,27 | 0,24 | ||
| 1100 | 0,26 | ρ3 | 0,80 | 0,90 | 1,10 | 1,50 | 2,80 | 6,00 | 30,0 | 6,00 | 2,80 | 1,50 | 1,10 | 0,90 |
| r3 | 0,24 | 0,27 | 0,33 | 0,46 | 0,85 | 1,82 | 9,11 | 1,82 | 0,85 | 0,46 | 0,33 | 0,27 |
На основании данных полученных в таблице 7.1, строим изотермы температурного поля в полярных координатах.
Рис.7.1 - Изотермы температурного поля (полярные координаты)
8. Расчет мгновенной скорости охлаждения при данной температуре
Мгновенная скорость охлаждения (w) является первой производной температуры по времени.
где: qu - эффективная тепловая мощность дуги, Вт;
λ - коэффициент теплопроводности, Вт/ (см ∙ К);
d - толщина свариваемых листов, см;
v - скорость сварки, см/с;
сg - общая теплоемкость, Дж/ (см3 ∙ К);
T - максимальная температура нагрева исследуемой точки в процессе сварки,°С;
T0 - начальная температура тела перед сваркой,°С; T0 = 18°С.
Табл.8.1 - Мгновенная скорость охлаждения исследуемой точки при данной температуре
| T (°C) | 500 | 750 | 1000 | 1250 | 1500 |
| Wохл (°C/с) | 3,83 | 13,41 | 32,38 | 63,94 | 111,30 |
Зависимость мгновенной скорости охлаждения от температуры показана на рис.8.1.
Рис.8.1 - График зависимости мгновенной скорости охлаждения исследуемой точки от температуры
9. Время пребывания точек основного металла при температуре, выше заданной
Длительность нагрева выше данной температуры различных точек термического влияния можно определить по термическим циклам этих точек или рассчитать по формуле, используя номограмму распределения коэффициентов при расчете длительности нагрева выше заданной температуры (приложение 4).
При однопроходной сварке листов в стык длительность нагрева τн выше заданной температуры Tопределяется выражением:
где: qu - эффективная тепловая мощность дуги, Вт;
λ - коэффициент теплопроводности, Вт/ (см ∙ К);
d - толщина свариваемых листов, см;
v - скорость сварки, см/с;
сg - общая теплоемкость, Дж/ (см3 ∙ К);
T - температура нагрева исследуемой точки в процессе сварки,°С;
Tmax - температура плавления стали,°С;
T0 - начальная температура тела перед сваркой,°С; T0 = 18°С;
f2 - коэффициент, зависящий от безразмерной температуры Ө;
- безразмерная температура, изменяющаяся в пределах от 0 до 1. 
.
Ө = 0,86.
В соответствии с номограммой для распределения коэффициентов при расчете длительности нагрева выше заданной температуры (приложение 4), определяем f2.
f2= 0,05.
τн = 4,18 (с).
Заключение
В курсовой работе были рассмотрены принципы тепловых расчетов при сварке пластин. Освоена методика получения расчетных зависимостей на основе закона теплопроводности Фурье и уравнений теплопроводности. Ознакомились с принципами выбора схем нагреваемого тела и источников тепла. Применительно к заданию было обосновано применение схемы пластины и подвижного линейного источника тепла.
Расчеты проводились на персональном компьютере по разработанной программе в Microsoft Excel. Результаты расчетов иллюстрируются графиками и массивными данными.
Выполненная работа позволяет более обосновано назначить режимы сварки, так как наглядно иллюстрирует влияние различных параметров на скорости охлаждения заданных точек тела и время пребывания выше заданной температуры.
С помощью термически циклов увидели, как изменяется температура заданных точек с течением времени по мере продвижения источника тепла по оси сварки.
На основании изохрон увидели изменение температуры по перпендикуляру к оси сварки. На оси сварки температура резко уменьшается; по мере удаления от оси сварки температура в начале условно равна 0, но при продвижении теплового потока температура увеличивается.
сварка металл стык автоматическая
Список использованной литературы
1. Исаченко В.П., Осипова А. А, Сукомел А.С. Теплопередача: Учебник. - М.: Энергоиздат, 1981. - 416 с.
2. Теоретические основы сварки: Учеб. пособие/Под ред.В. В. Фролова. - М.: Высш. шк., 1970. - 592 с.
3. Багрянский К.В., Добротина З.А., Хренов К.К. Теория сварочных процессов: Учебник. - Киев: Высш. шк., 1976. - 423 с.
4. Петров Г.Л., Тумарев А.С. Теория сварочных процессов: Учебник. - М.: Высш. шк., 1977. - 392 с.
5. Справочник по сварке/Под ред. Н.А. Ольшанского. - М., 1978. - Т.1. - 394 с.
6. Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. - М.: Машгиз, 1951. - 296 с.
7. Краснощенко Е.А., Сукомел А.С. задачник по теплопередаче: Учеб. пособие. - М.: Энергия, 1980. - 287 с.
8. Махненко В.И., Кравцов Т.Г. Тепловые процессы при механизированной наплавке деталей типа круговых цилондров. - Киев: Наук. думка, 1976. - 159 с.
Приложения
Приложение 1
Табл.1. - Значение теплофизических свойств различных материалов
| Материал | Cγ, Дж/ (см3 ∙ К) | λ, Вт/ (см ∙ К) | a, см2/с |
| Малоуглеродистая сталь | 4,74 | 0,4 | 0,085 |
| Углеродистая сталь | 4,74 | 0,37 - 0,46 | 0,079 - 0,096 |
| Низколегированная сталь | 4,74 | 0,33 - 0,37 | 0,070 - 0,079 |
| Хромистая сталь | 4,74 | 0,25 | 0,053 |
| Хромоникелевая сталь | 4,74 | 0,17 - 0,25 | 0,035 - 0,053 |
| Алюминий | 2,7 | 2,62 | 1,00 |
| Алюминиевые сплавыАМг-5, АМг-6, ВАД-1 | 2,71 | 1,33 | 0,5 - 0,51 |
| Медь красная | 3,8 | 3,75 | 0,95 |
| Титановые сплавы | 9,8 | 0,141 | 0,40 |
| Бериллий | 4,6 | 1,87 | 0,41 |
Приложение 2
Табл.2. - Значение эффективного КПД процесса нагрева изделия дугой при различных условиях сварки