Лазерная сварка

Ознакомление с сущностью, преимуществами и недостатками лазерной сварки. Исследование обрабатываемого материала (стали ВКНА).Расчёт и построение зависимостей температурных полей предельного состояния при изменении технологических параметров сварки.

Рубрика Производство и технологии
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 27.05.2014
Размер файла 1,2 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Сущность лазерной сварки

Лазерное излучение обеспечивает высокую концентрацию энергии, значительно превосходящую другие источники энергии, используемые для сварки. Электронный луч, используемый в настоящее время для сварки основных конструкций, также обеспечивает достаточно высокую концентрацию энергии. Однако электронно-лучевая сварка осуществляется в вакуумных камерах, что необходимо для устойчивого проведения процесса. Лазерная сварка принципиально отличается от электронно-лучевой сварки тем, что не требует вакуумных камер. Процесс лазерной сварки осуществляется на воздухе либо в среде защитных газов: Ar, He, CO2 и др. Благодаря этому лазерную сварку можно применять для соединения элементов крупногабаритных конструкций [8].

Лазерный луч с помощью зеркальных оптических систем легко транспортируется и направляется в труднодоступные места. При этом обеспечивается надежное и оперативное управление процессом лазерной сварки с регулируемыми энергетическими характеристиками. В отличие от электронного луча, дуги и плазмы на лазерный луч не влияют магнитные поля свариваемых деталей и технологической оснастки. Это позволяет получать устойчивое качественное формирование сварного соединения по всей длине.

Для сварки металлов используются твердотельные и газовые лазеры как периодического, таки непрерывного действия.

Благодаря высокой концентрации энергии лазерного излучения в процессе сварки обеспечивается малый объем расплавленного металла, незначительные размеры околошовной зоны термического влияния, высокие скорости нагрева и охлаждения металла шва и околошовной зоны. Эти особенности теплового воздействия предполагают минимальные деформации сварных конструкций, специфику физико-химических и металлургических процессов в деталях при лазерной сварке, высокую технологическую прочность и характерные свойства полученных сварных соединений.

Лазерная сварка осуществляется в широком диапазоне режимов, обеспечивающих высокопроизводительный процесс соединения различных металлов толщиной от нескольких микрон до десятков миллиметров [8].

Преимущества лазерной сварки.

Важнейшим преимуществом лазерной сварки твердотельными лазерами является возможность очень тонкой дозировки энергии, поэтому удается обеспечить получение качественных соединений при изготовлении очень мелких деталей.

Для мощных газовых лазеров преимуществом является получение большой глубины проплавления при малой ширине шва. Это позволяет уменьшить зону термического влияния, сократить сварочные деформации и напряжения.

Кроме того, лазерная сварка обладает рядом преимуществ, не присущих другим способам сварки. Лазер может быть расположен на достаточно большом удалении от места сварки, что в ряде случаев дает существенный экономический эффект. Например, известна установка для лазерной сварки при ремонте трубопроводов, проложенных по дну водоема. Внутри трубы перемещается тележка с вращающимся зеркалом. лазер же находится у конца секции трубопровода и посылает луч внутри трубы. Это позволяет осуществлять лазерную сварку, не снимая с трубопровода балласт и не поднимая ее на поверхность.

Легкость управления лазерным лучом с помощью зеркал и волоконной оптики позволяет осуществлять сварку в труднодоступных, иногда не находящихся в пределах прямой видимости местах. Возможна также лазерная сварка нескольких деталей от одного лазера расщепленным с помощью призм лучом.

Недостатки лазерной сварки.

Недостатками лазерной сварки являются высокая сложность и стоимость оборудования, низкий КПД лазеров. По мере развития лазерной техники эти недостатки устраняются

2. Обрабатываемый материал

Сталь ВКНА - Литейные жаропрочные интерметаллидные сплавы на основе никеля.

Температура плавления - 1400 ?С [14];

Температура закалки - 780 ?С [14];

Температура отпуска - 400 ?С [14];

Температура начала мартенситного превращения 245 ?С [14];

Плотность 7,93 г/см3.

Теплофизические свойства обрабатываемого материала:

Удельная теплоемкость - 0,16 кал/г•град [14];

Коэффициент теплопроводности - 0,07 кал/см•с•град [14].

Рисунок 2.1. Схема линейного источника тепла в пластине: у1 - зона проплавления; у2 - зона закалки; у3 - зона отпуска

3. Расчёт и построение зависимостей температурных полей предельного состояния при изменении технологических параметров сварки

Определим модель распространения тепла, предварительно рассчитав скорость перемещения тепла по формуле [9]:

(3.1)

где а - коэффициент температуропроводности материала детали [9];

tэкс - время экспозиции [9]:

Подставим все в формулу (3.1):

модель быстродвижущегося линейного источника тепла в пластине.

где V - скорость перемещения источника (V = 0,42 см/с).

Тогда для расчета температуры используется следующая формула [8]:

(3.2)

где q = з?P - интенсивность источника нагрева (з = 0,5 - 0,8) [8];

y0 - координата точки А, в которой рассчитывается температура.

t - время, отсчитываемое от момента, когда источник пересекает линию по y, проведенную перпендикулярно к оси Ох через рассматриваемую точку А;

b - коэффициент температуроотдачи с поверхности пластины [9]:

(3.3)

где бt - коэффициент теплоотдачи с поверхности пластины;

с - удельная теплоемкость материала;

с - плотность материала;

д - толщина пластины;

а - коэффициент температуропроводности материала.

Рассчитаем значение температур в точках, удаленных на различное расстояние от оси Ох. Построим кривые температурных полей.

Вариант 1

Кривые температурных полей при P = 1 Вт, V = 0,42 см/с показана на рисунке 3.1.

Определим значение скоростей нагрева и охлаждения, максимальные температуры, время их достижения и значение роста зерна. Полученные значения внесем в табл. 3.1

Таблица 3.1 Значение скоростей нагрева и охлаждения, максимальные температуры, время их достижения и значение роста зерна при Р = 1 кВт, V = 0,42 см/с

у, мм

0

0,042

0,078

0,127

Тm, ?С

-

1400,1

779,711

400

tm, с

-

0,033

0,745

0,1317

Wохл, ?С/с

-

-88,6

-55

-39,38

tрз, с

~0,05

~0,05

-

-

Рисунок 3.1. Кривые температурных полей при P = 1 Вт, V = 0,42 см/с:

1) при у = 0 мм; 2) при у1 = 0,042 мм;

3) при у2 = 0,078 мм; 4) при у3 = 0,127мм.

Прогнозируем размеры роста зерна:

(3.4)

где Т0 - температура предварительного источника нагрева (Т0 = 0);

f - коэффициент выбираемый из монограмм Рыкалина [15].

Вариант 2

Кривые температурных полей при P = 1,5 Вт, V = 0,42 см/с показана на рисунке 3.2. лазерный сварка сталь

Рисунок 3.2 Кривые температурных полей при P = 1,5 Вт, V = 0,42 см/с:

1) при у = 0 мм; 2) при у1 = 0,0689 мм;

3)при у2 = 0,107 мм; 4) при у3 = 0,147 мм

Определим значение скоростей нагрева и охлаждения, максимальные температуры, время их достижения и значение роста зерна. Полученные значения внесем в табл. 3.2

Таблица 3.2 Значение скоростей нагрева и охлаждения, максимальные температуры, время их достижения и значение роста зерна при Р = 1,5 Вт, V = 0,42 см/с

у, мм

0

0,0689

0,107

0,147

Тm, ?С

-

1400

780

399,864

tm, с

-

0,051

0,116

0,205

Wохл, ?С/с

-

-52,214

-38,634

-20,769

tрз, с

~0,09

~0,09

-

-

Вариант 3

Кривые температурных полей при P = 2 Вт, V = 0,42 см/с показана на рисунке 3.10.

Определим значение скоростей нагрева и охлаждения, максимальные температуры, время их достижения и значение роста зерна. Полученные значения внесем в табл. 3.3

Таблица 3.3 Значение скоростей нагрева и охлаждения, максимальные температуры, время их достижения и значение роста зерна при Р = 2 Вт, V = 0,42 см/с

у, мм

0

0,088

0,126

0,169

Тm, ?С

-

1400

781

400

tm, с

-

0,074

0,166

0,295

Wохл, ?С/с

-

-15,238

-6,465

-4,389

tрз, с

~0,13

~0,13

-

-

Рисунок 3.3 Кривые температурных полей при P = 2 Вт, V = 0,42 см/с:

1) при у = 0 мм; 2) при у1 = 0,088 мм;

3) при у2 = 0,125 мм; 4) при у3 = 0,169 мм

Вариант 4

Кривые температурных полей при P = 2,5 Вт, V = 0,42 см/с показана на рисунке 3.4.

Определим значение скоростей нагрева и охлаждения, максимальные температуры, время их достижения и значение роста зерна. Полученные значения внесем в табл. 3.4

Таблица 3.4 Значение скоростей нагрева и охлаждения, максимальные температуры, время их достижения и значение роста зерна при Р = 1,25 Вт, V = 0,42 см/с

у, мм

0

0,102

0,141

0,187

Тm, ?С

-

1400

780

400,1

tm, с

-

0,1005

0,225

0,399

Wохл, ?С/с

-

-1,1

-0,914

-0,454

tрз, с

~0,18

~0,18

-

-

Рисунок 3.4 Кривые температурных полей при P = 2,5 Вт, V = 0,42 см/с:

1) при у = 0 мм; 2) при у1 = 0,102 мм;

3) при у2 = 0,141 мм; 4) при у3 = 0,187 мм

Вариант 5

Кривые температурных полей при P = 3 Вт, V = 0,42 см/с показана на рисунке 3.5.

Определим значение скоростей нагрева и охлаждения, максимальные температуры, время их достижения и значение роста зерна. Полученные значения внесем в табл. 3.5

Таблица 3.5 Значение скоростей нагрева и охлаждения, максимальные температуры, время их достижения и значение роста зерна при Р = 1,25 Вт, V = 0,42 см/с

у, мм

0

0,114

0,196

0,299

Тm, ?С

-

1400

780

400,2

tm, с

-

0,231

0,394

0,521

Wохл, ?С/с

-

-36,802

-0,072

-0,066

tрз, с

~0,24

~0,24

-

-

Рисунок 3.5 Кривые температурных полей при P = 3 Вт, V = 0,42 см/с:

1) при у = 0 мм; 2) у1 = 0,114 мм;

3) у2 = 0,299; 4) у3 = 0,196 мм

Вариант 6

Кривые температурных полей при P = 2 Вт, V = 0,69 см/с показана на рисунке 3.6.

Определим значение скоростей нагрева и охлаждения, максимальные температуры, время их достижения и значение роста зерна. Полученные значения внесем в табл. 3.6

Таблица 3.6 Значение скоростей нагрева и охлаждения, максимальные температуры, время их достижения и значение роста зерна при Р = 2 Вт, V = 0,42 см/с

у, мм

0

0,068

0,107

0,167

Тm, ?С

-

1400

780

400

tm, с

-

0,04734

0,107

0,189

Wохл, ?С/с

-

-4,739

-2,542

-1,648

tрз, с

~0,08

~0,08

-

-

Рисунок 3.6 Кривые температурных полей при P = 2 Вт, V = 0,69 см/с:

1) при у = 0 мм; 2) при у1 = 0,7936 мм;

3) при у2 = 1,19 мм; 4) у3 = 1,586 мм

Вариант 7

Кривые температурных полей при P = 2 Вт, V = 0,97 см/с показана на рисунке 3.7.

Определим значение скоростей нагрева и охлаждения, максимальные температуры, время их достижения и значение роста зерна. Полученные значения внесем в табл. 3.7

Таблица 3.7 Значение скоростей нагрева и охлаждения, максимальные температуры, время их достижения и значение роста зерна при Р = 2 Вт, V = 0,97 см/с

у, мм

0

0,053

0,092

0,137

Тm, ?С

-

1400

780

3999,9

tm, с

-

0,0242

0,0545

0,097

Wохл, ?С/с

-

-19,745

-10,865

-9,858

tрз, с

~0,04

~0,04

-

-

Рисунок 3.7 Кривые температурных полей при P = 2 Вт, V = 0,97 см/с:

1) при у = 0 мм; 2) при у1 = 0,053 мм;

3) при у2 = 0,092 мм; 4) при у3 = 0,137 мм

4. Построение зависимостей времени пребывания выше температуры закалки в точках, удаленных на различное расстояние от оси шва, в зависимости от параметров обработки

На рисунках 4.1 - 4.2 представлены зависимости времени пребывания выше температуры закалки в точках, удаленных на различное расстояние от оси шва, в зависимости мощности источника, и от скорости его перемещения.

Из графика (рис. 4.1) видно, что при увеличении мощности увеличивается время пребывания выше температуры закалки. Это объясняется тем, что с увеличением мощности излучения повышается температура обрабатываемой поверхности и материал находится выше температуры закалки.

Рисунок 4.1 График зависимости времени пребывания выше температуры закалки от мощности

Рисунок 4.2 График зависимости времени пребывания выше температуры закалки от скорости перемещения источника тепла

Из графика (рис 4.2) видно, что при увеличении скорости движения источника тепла время пребывания выше температуры закалки уменьшается. Это связано с тем, что при относительно высокой скорости движения источника поверхность заготовки не успевает нагреться до высокой температуры, быстрее охлаждается, что и приводит к уменьшению времени пребывания выше температуры закалки.

5. Построение зависимостей изменения ширины зоны проплавления, закалки и отпуска в зависимости от параметров обработки

На рисунках 5.1 - 5.3 представлены зависимости изменения ширины зоны проплавления, закалки и отпуска в зависимости от мощности теплового источника.

Рисунок 5.1 График зависимости изменения ширины зоны проплавления от мощности источника

Рисунок 5.2 График зависимости изменения ширины зоны закалки от мощности источника

Рисунок 5.3 График зависимости изменения ширины зоны отпуска от мощности источника

Из графиков (рис.5.1 - 5.4) видно, что с увеличением мощности источника зоны проплавления, закалки и отпуска увеличиваются, так как с увеличением мощности источника на обрабатываемый материал поступает больше энергии, в связи с этим температура в зоне обработки увеличивается.

На рисунках 5.4 - 5.6 представлены зависимости изменения ширины зоны проплавления, закалки и отпуска в зависимости от скорости перемещения теплового источника.

Рисунок 5.4 График зависимости изменения ширины зоны проплавления от скорости перемещения источника

Рисунок 5.5 График зависимости изменения ширины зоны закалки от скорости перемещения источника

Рисунок 5.6 График зависимости изменения ширины зоны отпуска от скорости перемещения источника

Из графиков (рис. 5.4 - 5.6) видно, что при увеличении скорости перемещения теплового источника зоны проплавления, закалки и отпуска уменьшаются, так как с увеличением скорости источника каждый элементарный участок поверхности детали находится под менее продолжительным воздействием.

Список использованной литературы

1. Артамонов Б.А., Волков Ю.С., Дрожалова В.И. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. Учебное пособие (в 2-х томах). Обработка материалов с применением инструмента / под ред. В.П. Смоленцева - М.: Высш.шк., 1983 г.

2. Филимошин В.Г., Шулепов А.П. Проектирование технологических процессов электрохимического и комбинированных методов обработки поверхностей деталей двигателей летательных аппаратов. Учебное пособие. Куйбышев, 1985 г.

3. М.М. Колосков, Е.Т. Долбенко, Ю.В. Каширский и др. Марочник сталей и сплавов/под общей ред. А.С. Зубченко-М.: Машиностроение, 2001. 672 с.: илл.

4. В.В. Будилов, Р.М. Киреев, С.Р. Шехтман. Технология вакуумной ионно-плазменной обработки. Учебное пособие. Москва.2007 г.

5. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Теоретические основы обработки концентрированными потоками энергии» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; Сост: Р.М. Киреев - Уфа, 2008. - 57 с.

6. Самсонов Г.В., Серебрякова Т.И., Неронов В.А. Бориды. М.: Атомиздат. 1975. 356 с.

7. В.В. Будилов. Технология вакуумного ионно-плазменного нанесения покрытий. Учебное пособие: УГАТУ, Уфа. 1993 г. - 74 с.

8. Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. М.: Машиностроение, 1989 г. - 304 с.

9. Галиев В.Э. Конспект лекции по ТООМ КПЭ

10. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки / Г.Л. Амитан [и др.] ; под ред. В. А. Волосатова.-- Л. :

11. Машиностроение. Ленинградское отделение, 1988 .-- 719 с. : ил.; 21 см .-- ISBN 5-217-00267-0: 02,20.

12. Самсонов Г.В., Константинов В.И. «Тантал и ниобий» гос. науч.-техн.издат. по черной и цветной металлургии. Москва ,1959

13. Эрозия катода и расход массы катодного материала в стационарной дуге низкого давления. В.М. Хороших от 30.11.2004 Институт физики твердого тела, материаловедения и технологий.

14. Марочник сталей и сплавов / М.М. Колосков, Е.Т. Долбенко, Ю.В. Каширский и др.; Под общей ред. А.С. Зубченко - М.: Машиностроение, 2001. 672 с.: илл.

14. С.Б. Масленков, Е.А.Масленкова. Стали и сплавы для высоких температур. Справочное издание в 2-х книгах.-М.: Металлургия, 1991 г.

15. Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. М.: Машгиз, 1951, 296 с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Анализ режимов лазерной сварки некоторых систем алюминиевых сплавов. Защита сварочного шва от окисления. Пороговый характер проплавления как отличительная особенность лазерной сварки алюминиевых сплавов. Макроструктура сварных соединений сплава.

    презентация [1,7 M], добавлен 12.04.2016

  • Основные параметры режимов сварки. Стыковая лазерная сварка. Компьютерное моделирование процесса лазерной сварки. Выбор устройства охлаждения для лазера. Подбор охлаждения для головы лазера. Выбор технологической оснастки. Система подачи защитного газа.

    курсовая работа [696,0 K], добавлен 29.05.2015

  • Выбор способа сварки в зависимости от площади свариваемых поверхностей. Технология стыковой сварки. Свойства и свариваемость материала заготовок. Определение параметров режима сварки. Расчёт параметров трансформатора. Описание конструкции приспособления.

    курсовая работа [124,6 K], добавлен 21.04.2011

  • Анализ перспективных методов сварки. Критерии: качество шва, экономичность, сфера применения и условия эксплуатации. Разновидности сварки: cварка взрывом, трением, ручная-дуговая сварка и лазерная. Техника безопасности при проведении сварочных работ.

    реферат [21,1 K], добавлен 02.08.2009

  • Характеристика материала и сварки стали 20Х12ВНМФ как разновидности жаропрочной высоколегированной стали. Виды сварки: ручная дуговая, под флюсом, электрошлаковая, в среде защитных газов. Схема переноса жидкого металла при электронно-лучевой сварке.

    курсовая работа [99,6 K], добавлен 17.12.2014

  • Сварка является одним из основных технологических процессов в машиностроении и строительстве. Характеристика основных видов сварки (дуговая и газовая). Выбор металла и сварочного материала, сборка и техника сварки, технический процесс сварки изделия.

    реферат [38,7 K], добавлен 01.02.2010

  • Сущность ультразвуковой сварки. Характеристика механической колебательной системы. Прочность точечных и шовных сварных соединений. Влияние на сварку формы и материала сварочного наконечника. Физико-химический механизм разрушения обрабатываемого материала.

    контрольная работа [1,4 M], добавлен 03.07.2013

  • Сущность понятия "сварка". Механическая, термическая, электродуговая сварка. Сварка неплавящимся и плавящим электродом. Перечень основных достоинств лазерной сварки. Технология роботизированной сварки, характеристика основных преимуществ применения.

    реферат [10,2 K], добавлен 11.11.2011

  • Конструкция изделия цилиндрического вертикального резервуара для хранения нефтепродуктов. Разработка оборудования для сварки на флюсовой подушке полотнищ боковых стенок резервуаров. Расчет параметров сварки. Технико-экономическое обоснование проекта.

    дипломная работа [3,8 M], добавлен 14.12.2013

  • Процесс ручной дуговой сварки электродами с основным видом покрытия и автоматической сварки порошковой проволокой в защитных газах. Расчет предельного состояния по условию прочности, времени сварки кольцевого стыка и количества наплавленного металла.

    курсовая работа [167,8 K], добавлен 18.05.2014

  • Характеристика сварной конструкции. Особенности сварки стали 16Г2АФ. Выбор сварочных материалов, основного и вспомогательного сварочного оборудования. Технологический процесс сварки: последовательность сборки, сварка, подогрев металла, контроль качества.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 20.07.2015

  • Физические особенности лазерной сварки титановых сплавов. Моделирование процесса воздействия лазерного излучения на металл. Исследование влияния энергетических и временных характеристик и импульсного лазерного излучения на плавление титановых сплавов.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 11.01.2014

  • Основные виды контактной сварки. Конструктивные элементы машин для контактной сварки. Классификация и обозначение контактных машин, предназначенных для сварки деталей. Система охлаждения многоэлектродных машин. Расчет режима точечной сварки стали 09Г2С.

    контрольная работа [1,1 M], добавлен 05.09.2012

  • Из истории сварки; ее возникновение и развитие. Основные виды современной сварки: электрическая дуговая, электрошлаковая, контактная и прессовая, газовая сварка и резка. Лучевые виды сварки - лазерная, лучистым нагревом, их преимущества и недостатки.

    курс лекций [1,6 M], добавлен 23.09.2009

  • Определение параметров свариваемости стали, выбор способов сварки и разработка технологии сборки и сварки пояса в условиях массового или крупносерийного производства. Выбор сварочных материалов и описание технологического процесса сварки стыка пояса.

    реферат [830,4 K], добавлен 27.04.2012

  • Знакомство с особенностями разработки технологических процессов сварки рамы для листопрокатного производства ручной электродуговой сваркой из стали 20ХМ. Характеристика материалов, предназначенных для ручной дуговой сварки. Анализ свойств электродов.

    дипломная работа [4,4 M], добавлен 27.01.2016

  • Процесс лазерно-дуговой сварки с использованием дуги, горящей на плавящемся электроде. Экспериментальное исследование изменения металла при сварке и микроструктуры сварных швов. Сравнительная оценка экономической выгоды различных процессов сварки.

    дипломная работа [4,6 M], добавлен 16.06.2011

  • История разработки технологии лазерной сварки и резки металлов. Назначение и принцип работы широкоуниверсальных компактных лазерных машин серии МЛК4. Состав установки МЛК4-1. Технические параметры координатных столов. Габаритные размеры и масса машины.

    реферат [503,1 K], добавлен 05.01.2014

  • Применение лазерных технологий в трубопроводном строительстве. Технология лазерной сварки металлов. Синтез управления возмущенным движением автоматических манипуляторов. Расчет элементов матрицы кинематических характеристик через координаты механизма.

    презентация [616,6 K], добавлен 12.12.2016

  • Описание сварной конструкции. Выбор способа сварки, сварочных материалов и сварочного оборудования. Нормирование технологического процесса. Химический состав материала Ст3пс. Расчет затрат на проектируемое изделие. Карта технологического процесса сварки.

    курсовая работа [836,2 K], добавлен 26.02.2016

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.