Оптимизация режимов электродуговой сварки
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… Читать ещё >
Оптимизация режимов электродуговой сварки (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
150 202 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
x | r | u | T°C | Т+T0 | ||||
— 16 | — 11,4 | 89 321,7 | 0,2 | |||||
— 10 | — 7,1 | 7,5 | 0,2 402 | |||||
— 6 | — 4,3 | 73,7 | 4,5 | 0,6 400 | ||||
— 4 | — 2,9 | 18,2 | 3,0 | 0,3 474 | ||||
— 3 | — 2,1 | 8,2 | 2,3 | 0,7 914 | ||||
— 2 | — 1,4 | 4,1 | 1,5 | 0,2433 | ||||
— 1 | — 0,7 | 2,0 | 0,8 | 0,5653 | ||||
0,5 | 0,5 | 0,4 | 0,7 | 0,4 | 1,1145 | |||
0,7 | 0,5 | 0,8 | 0,5653 | |||||
1,4 | 0,2 | 1,5 | 0,2438 | |||||
Таблица 2. Расчётные значения температур заданных точек при у2 = 2 см
x | r | u | T°C | Т+T0 | ||||
— 16 | 16,1 | — 11,4 | 89 321,7 | 12,1 | 0,2 | |||
— 10 | 10,2 | — 7,1 | 7,7 | 0,2 014 | ||||
— 6 | 6,3 | — 4,3 | 73,7 | 4,7 | 0,5 132 | |||
— 4 | 4,5 | — 2,9 | 18,2 | 3,4 | 0,2 196 | |||
— 3 | 3,6 | — 2,1 | 8,2 | 2,7 | 0,4 926 | |||
— 2 | 2,8 | — 1,4 | 4,1 | 2,1 | 0,1008 | |||
— 1 | 2,2 | — 0,7 | 2,0 | 1,7 | 0,1655 | |||
1,5 | 0,2138 | |||||||
0,5 | 2,1 | 0,4 | 0,7 | 1,6 | 0,1880 | |||
2,2 | 0,7 | 0,5 | 1,7 | 0,1655 | ||||
2,8 | 1,4 | 0,2 | 2,1 | 0,1008 | ||||
Таблица 3. Расчётные значения температур заданных точек при у3 = 3 см
x | r | u | T°C | Т+T0 | ||||
— 16 | 16,3 | — 11,4 | 89 321,7 | 12,3 | 0,2 | |||
— 10 | 10,4 | — 7,1 | 7,8 | 0,1 811 | ||||
— 6 | 6,7 | — 4,3 | 73,7 | 5,0 | 0,3 691 | |||
— 4 | — 2,9 | 18,2 | 3,8 | 0,1 397 | ||||
— 3 | 4,2 | — 2,1 | 8,2 | 3,2 | 0,2 759 | |||
— 2 | 3,6 | — 1,4 | 4,1 | 2,7 | 0,4 926 | |||
— 1 | 3,2 | — 0,7 | 2,0 | 2,4 | 0,7 022 | |||
3,0 | 2,3 | 0,7 914 | ||||||
0,5 | 3,0 | 0,4 | 0,7 | 2,3 | 0,7 914 | |||
3,2 | 0,7 | 0,5 | 2,4 | 0,7 022 | ||||
3,6 | 1,4 | 0,2 | 2,7 | 0,4 926 | ||||
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
t, сек | |||||||||
2972,4 | 1486,2 | 743,1 | 495,4 | 247,7 | 165,1 | 123,9 | 82,6 | ||
14,3 | |||||||||
B/t | 2,86 | 1,43 | 0,72 | 0,58 | 0,24 | 0,16 | 0,12 | 0,08 | |
0,06 | 0,24 | 0,49 | 0,62 | 0,79 | 0,85 | 0,89 | 0,92 | ||
T=A/t* | |||||||||
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.
х, см. | х2 | r | Тпр | t=х/vсв, сек. | ф2 | Ш2 | Тн | ||
2,2 | 0,36 | 1,57 | 0,15 | 33,75 | |||||
0,5 | 0,25 | 2,1 | 0,18 | 1,5 | 0,07 | 24,22 | |||
1,43 | |||||||||
— 1 | 2,2 | 0,36 | 1,57 | 0,15 | |||||
— 2 | 2,8 | 0,71 | 0,3 | 313,2 | |||||
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.
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.