2675

Теория сварочных процессов

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Расчет задания Листы из низкоуглеродистой стали (СТ-3) толщиной 0,012 м сваривают встык за один проход. Выбор способа и параметров режима дуговой сварки Для листов из низкоуглеродистой стали толщиной 0,012 м выбираем механизированную дуговую сварку...

Русский

2012-11-12

164.04 KB

64 чел.

Расчет задания

Листы из низкоуглеродистой стали (СТ-3) толщиной 0,012 м сваривают встык за один проход.

Выбор способа и параметров режима дуговой сварки

Для листов из низкоуглеродистой стали толщиной 0,012 м выбираем механизированную дуговую сварку под слоем плавленого флюса.

Параметры режима сварки:

  1.  Величина сварочного тока                              
  2.  Напряжение на дуге                                           
  3.  Скорость сварки                                                 
  4.  Диаметр электродной  проволоки                    
  5.  Скорость подачи электродной проволоки     
  6.  Вылет электродной проволоки                        

Построение изохрон

По формуле

определяем  - эффективную тепловую мощность источника нагрева, принимая   (эффективный к.п.д. нагрева изделия дугой) для дуговой сварки под слоем флюса, равным 0,8.

По формуле

находим коэффициент, учитывающий интенсивность понижения температуры при теплоотдаче в окружающую среду с двух сторон пластины , принимая коэффициент полной поверхностной теплоотдачи

(для низкоуглеродистой стали), толщину пластин

и объёмную теплоёмкость

Для расчета распределения температуры поперёк шва в зависимости от расстояния в разные моменты времени  используем схему мощного быстродвижущегося линейного источника в пластине с теплоотдачей:

В курсовой работе принимаются:

= 0,003;  0,005;  0,007;  0,01;  0,012;  0,015;  0,02;  0,03;  0,045м.

= 1,  2,  3,  4,  6,  9,  16,  25,  36с.

далее аналогично

 

Таблица 1

Распределение температуры в зависимости от и :

Время, с

Температура,0С

Расстояние,м

0,003

0,005

0,007

0,01

0,012

0,015

0,02

0,03

0,045

1

4030

2439

1120

234

58

5

0,02

3,6*10-9

2,3*10-24

2

3278

2553

1763

792

397

112

7

3

7*10-11

3

2794

2374

1849

1088

687

296

47

0,26

2,3*10-6

4

2485

2182

1805

1222

861

458

116

2,4

3,6*10-4

6

2070

1892

1678

1294

1018

669

266

19

0,06

9

1707

1607

1484

1240

1067

806

438

77

1,6

16

1280

1242

1182

1069

987

841

600

244

24

25

1050

1034

1003

936

890

805

646

355

87

36

836

820

803

764

727

684

583

368

132

Максимальные температуры в точках пластины при действии быстродвижущегося линейного источника определяем по формуле

Подставляем заданные значения и выбранные параметры режима сварки:

далее аналогично

Таблица 2

Максимальные температуры в зависимости от :

, м

0,003

0,005

0,007

0,01

0,012

0,015

0,02

0,03

0,45

4297

2575

1836

1281

1064

846

627

403

246

Рис.1. Зависимости температуры от и   (изохроны). Распределение максимальной температуры показано пунктирной линией.

Построение изотерм температурного поля предельного состояния.

 

Изотермы температурного поля предельного состояния нужно построить для

1600,  1300,  1100,  900,  700 0С

На рис.1 на оси ординат отмечаем температуры 1600,  1300,  1100,  900,  700 0С. Из точек, соответствующих этим температурам, проводим  прямые, параллельные оси абсцисс. Эти прямые пересекают изохронны в нескольких точках.

Эти точки проектируем на ось и определяем отрезки от начала координат до проекции каждой точки. Затем устанавливаем значение времени на каждой кривой-изохроне, соответствующее спроектированному значению .

Таблица 3.

Расстояние от оси шва при разных :

1600 0С

1300 0С

1100 0С

900 0С

700 0С

,с

,м

,с

, м

,с

, м

,с

, м

,с

, м

1

0,0062

1

0,0067

1

0,007

1

0,0075

1

0,008

2

0,0075

2

0,0083

2

0,0089

2

0,0096

2

0,0103

3

0,008

3

0,009

3

0,01

3

0,0109

3

0,0119

4

0,008

4

0,0096

4

0,0107

4

0,0118

4

0,013

6

0,0078

6

0,0098

6

0,0115

6

0,0129

6

0,0147

9

0,0051

9

0,0093

9

0,0116

9

0,014

9

0,0162

16

-

16

-

16

0,0092

16

0,0138

16

0,018

25

-

25

-

25

-

25

0,0118

25

0,0184

36

-

36

-

36

-

36

-

36

0,0133

 

Определяем расстояние, пройденное источником нагрева за время ,

по формуле

Таблица 4

, с

1

2

3

4

6

9

16

25

36

-, м

0,0075

0,015

0,0225

0,03

0,045

0,0675

0,12

0,1875

0,27

По значениям  и   построим изотермы температурного поля предельного состояния:

Значения для     построения   геометрического   места   точек  с максимальными температурами вычисляем по формуле:

далее аналогично

Таблица 5

, с

1

2

3

4

6

9

16

25

36

,м-3

4

5,67

6,96

8

9,89

12

16

20

25

Рис.2  Изотермы температурного поля предельного состояния. 

Расчет термического цикла (аналитический метод расчета)

Для расчета термического цикла в точках, отстоящих на различном расстоянии от оси шва, используем уравнение:

В это уравнение нужно подставить значения   и . Значения берем прежние, а      

далее аналогично

Таблица 6

Время, с

Температура, °С

Расстояние, м

0

0,005

0,01

0,015

0,02

1

5327

2439

234

5

0,02

2

3762

2553

792

112

7

3

3068

2374

1088

296

47

4

2654

2182

1222

458

116

6

2162

1892

1294

669

266

9

1760

1607

1240

806

438

16

1310

1242

1069

841

600

25

1036

1034

936

805

646

36

853

820

764

684

583

Время наступления максимальных температур рассчитываем по формуле

 

Таблица 7

0

0,005

0,010

0,015

0,020

0

1,56

6,25

14

25

Рис.3. Зависимость температуры от времени для разных значений

(термические циклы).

Определение площадей наплавки и проплавления   

основного металла

Площадь наплавленного металла определяем по формуле:

где - коэффициент расплавления (для  механизированной сварки под флюсом ),

- коэффициент потерь на угар, разбрызгивание и испарение присадочного металла (для механизированной сварки под флюсом ),

- плотность материала (для углеродистых сталей ).

Площадь проплавления основного металла сварочной дугой определяем по формуле:

где - теплосодержание расплавленного металла(для углеродистой стали                      ),

 - термический к.п.д. расплавления (для пластины ).

Определение длины, ширины сварочной ванны, глубины

проплавления основного металла

Длину сварочной ванны при дуговой сварке пластин определяем по формуле:

где - температура плавления свариваемого материала (для низкоуглеродистой стали)

 

 Ширину сварочной ванны при сварке пластин определяем по формуле:

где - основание натурального логарифма ()

 Определение глубины проплавления производим по формуле:

Зная ширину шва и глубину проплавления , определим площадь проплавления по формуле:

где - коэффициент полноты проплавления ()

 Усиление шва определяем по формуле:

где - коэффициент полноты валика ()

Расчет нагрева электродной проволоки проходящим током и сварочной дугой

При механизированной дуговой сварке проволока нагревается проходящим током и теплом электрической дуги. Длина нагреваемой части остается постоянной и равной вылету электрода L.

Нагрев электродной проволоки током

Определяем плотность тока:

Находим начальную скорость нагрева:

 Определяем начальный коэффициент температуроотдачи для стержня:

Вычисляем , принимая начальную температуру :

Принимая , находим по формуле:

Определяем нагрев по формуле:

тогда ,

По номограмме находим   ,откуда

Нагрев электродной проволоки теплом электрической дуги

Нагрев электродной проволоки электрической дугой осуществляется на участке длинной 0,05-0,01 м от торца электрода.

Температура нагрева определяется по уравнению:

где  tт – температура подогрева электродной проволоки током, °С;

 tк – температура капель, °С (tк = 2500 °С);

 х = 0,005 м – расстояние от торца электрода до рассматриваемой точки, м (х = 0-0,01)