Тепловые расчеты при сварке

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ ВПО

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Сооружение и ремонт газонефтепроводов и гаонефтехранилищ»

РЕФЕРАТ

на тему: «Тепловые расчеты при сварке»

по дисциплине: «Сварка»

Выполнил студент группы ГТ-07 А.И. Юрченко

Проверил ассистент А.С. Глазков

Уфа 2010

Содержание

Введение

1. Ручная дуговая сварка

2. Сварка в углекислом газе проволокой сплошного сечения

3. Сварка под флюсом проволокой сплошного сечения

Заключение

Список использованных источников

сварка межатомный проволока

Введение

Сварка это технологический процесс соединения твердых материалов в результате действия межатомных сил, которое происходит при местном сплавлении или совместном пластическом деформировании свариваемых частей. Современные высокопроизводительные процессы сварки и обработки материала требуют точного назначения технологического режима.

Оценка производительности процессов сварки и обработки материалов, сопутствующих им местных изменений структуры и свойств обрабатываемого материала, а также возникающих в изделии местных деформаций и напряжений, ведущих иногда к образованию трещин, должна основываться на процессах изменения температуры вокруг очага местного теплового и силового воздействия.

Сварочные процессы в металле, определяющие производительность сварки и качество сварных соединений, протекают под действием тепла в условиях быстро меняющейся температуры. Пределы изменения температуры весьма широки: от минус 30 - 40°С при сварке на морозе до температуры испарения металла (около 3000°С для стали). В этом промежутке температур происходят: плавление основного и присадочного металлов, металлургические реакции в жидкой ванне, кристаллизация расплавленного металла, структурные и объемные изменения в наплавленном и в основном металлах. Чтобы управлять этими процессами, необходимо знать, как влияют на них все определяющие параметры, в том числе и воздействие источников тепла, непосредственно выражающееся в изменении температуры металла.

Поэтому представляется вполне логичным выделение «тепловой» подсистемы в качестве основополагающей. Этот принцип, оправдавший себя на практике при моделировании многих высокотемпературных процессов, допускает и теоретическое обоснование: основополагающими причинами всех изменений в установке и деталях являются энергетические взаимодействия, описываемые тепловыми моделями.

Тепловые основы сварки - прикладная научная дисциплина, изучающая источники тепла, нагрев и охлаждение металла и их влияние на протекание перечисленных выше процессов. Тепловые основы сварки содержат данные опыта, обобщенные теорией и обосновывающие инженерный расчет нагрева и охлаждения металла, а также тепловых характеристик процессов сварки. Теория тепловых основ сварки служит одним из средств исследования сварочных процессов и изыскания способов управления ими.

Теория распространения тепла в металлах при сварке служит не только средством математического описания характера теплового возбуждения свариваемых металлов, но и стимулирует математическое описание других физических процессов в металлах при сварке.

Температурное поле однозначно определяет поле температурных деформаций и поле сопротивления свариваемых металлов упругой и пластической деформации, что в совокупности определяет процессы развития напряжений и деформаций. Температурное поле определяет форму осей кристаллитов, следовательно, и микроструктуру металла шва, что влияет на характер распределения деформаций и деформационную способность металла в температурном интервале хрупкости.

1. Ручная дуговая сварка

При ручной дуговой сварке (наплавке) к параметрам режима сварки относятся сила сварочного тока, напряжение, скорость перемещения электрода вдоль шва (скорость сварки), род тока, полярность и др.

Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла, типа сварного соединения и положения шва в пространстве.

При выборе диаметра электрода для сварки можно использовать следующие ориентировочные данные:

В многослойных стыковых швах первый слой выполняют электродом 3-4 мм, последующие слои выполняют электродами большего диаметра.

Сварку в вертикальном положении проводят с применением электродов диаметром не более 5 мм. Потолочные швы выполняют электродами диаметром до 4 мм.

При наплавке изношенной поверхности должна быть компенсирована толщина изношенного слоя плюс 1-1,5 мм на обработку поверхности после наплавки.

Сила сварочного тока, А, рассчитывается по формуле

(6.1)

где К - коэффициент, равный 25-60 А/мм; dЭ - диаметр электрода, мм.

Коэффициент К в зависимости от диаметра электрода dЭ принимается равным по следующей таблице:

Силу сварочного тока, рассчитанную по этой формуле, следует откорректировать с учетом толщины свариваемых элементов, типа соединения и положения шва в пространстве.

Если толщина металла S ? 3dЭ, то значение IСВ следует увеличить на 10-15%. Если же S ? 1,5dЭ, то сварочный ток уменьшают на 10-15%. При сварке угловых швов и наплавке, значение тока должно быть повышено на 10-15%. При сварке в вертикальном или потолочном положении значение сварочного тока должно быть уменьшено на 10-15%.

Для большинства марок электродов, используемых при сварке углеродистых и легированных конструкционных сталей, напряжение дуги UД= 22 ч 28 В.

Расчет скорости сварки, м/ч, производится по формуле

(6.2)

где бН - коэффициент наплавки, г/А· ч (принимают из характеристики выбранного электрода по табл. 9 приложения); FШВ - площадь поперечного сечения шва при однопроходной сварке (или одного слоя валика при многослойном шве), см2; с - плотность металла электрода, г/см3 (для стали с =7,8 г/см3).

Масса наплавленного металла, г, для ручной дуговой сварки рассчитывается по формуле

(6.3)

где l - длина шва, см; с - плотность наплавленного металла (для стали с=7,8 г/см3).

Расчет массы наплавленного металла, г, при ручной дуговой наплавке производится по формуле

(6.4)

где FНП - площадь наплавляемой поверхности, см2; hН - требуемая высота наплавляемого слоя, см.

Время горения дуги, ч, (основное время) определяется по формуле

(6.5)

Полное время сварки (наплавки), ч, приближенно определяется по формуле

(6.6)

где tO - время горения дуги (основное время),ч; kП - коэффициент использования сварочного поста, который принимается для ручной сварки 0,5 ч 0,55.

Расход электродов, кг, для ручной дуговой сварки (наплавки) определяется по формуле

(6.7)

где kЭ - коэффициент, учитывающий расход электродов на 1 кг наплавленного металла (табл. 9 приложения).

Расход электроэнергии, кВт· ч, определяется по формуле

(6.8)

где UД- напряжение дуги, В; з- КПД источника питания сварочной дуги; WO- мощность, расходуемая источником питания сварочной дуги при холостом ходе, кВт; Т - полное время сварки или наплавки, ч.

Значения з источника питания сварочной дуги и WO можно принять по таблице.

2. Сварка в углекислом газе проволокой сплошного сечения

В основу выбора диаметра электродной проволоки положены те же принципы, что и при выборе диаметра электрода при ручной дуговой сварке:

Расчет сварочного тока, А, при сварке проволокой сплошного сечения производится по формуле

(6.9)

где а - плотность тока в электродной проволоке, А/мм2 (при сварке в СО2 а=110 ч 130 А/мм2 ; dЭ - диаметр электродной проволоки, мм.

Механизированные способы сварки позволяют применять значительно большие плотности тока по сравнению с ручной сваркой. Это объясняется меньшей длиной вылета электрода.

Напряжение дуги и расход углекислого газа выбираются в зависимости от силы сварочного тока по таблице:

При сварочном токе 200 ч 250 А длина дуги должна быть в пределах 1,5 ч 4,0 мм. Вылет электродной проволоки составляет 8 ч 15 мм (уменьшается с повышением сварочного тока).

Скорость подачи электродной проволоки, м/ч, расчитывается по формуле

(6.10)

где бР - коэффициент расплавления проволоки, г/А· ч ; с - плотность металла электродной проволоки, г/см3 (для стали с =7,8 г/см3).

Значение бР рассчитывается по формуле

(6.11)

Скорость сварки (наплавки), м/ч, рассчитывается по формуле

(6.12)

где бН - коэффициент наплавки, г/А ч; бН = бР·(1-Ш), где Ш - коэффициент потерь металла на угар и разбрызгивание. При сварке в СО2 Ш = 0,1- 0.15; FB - площадь поперечного сечения одного валика, см2. При наплавке в СО2 принимается равным 0,3 - 0,7 см2.

Масса наплавленного металла, г, сварке рассчитывается по следующим формулам: при сварке

;

при наплавочных работах

(6.13)

где l - длина шва, см; с - плотность наплавленного металла (для стали с=7,8 г/см3); VН - объем наплавленного металла, см3.

Время горения дуги, ч, определяется по формуле

Полное время сварки (наплавки), ч, определяется по формуле

где kП - коэффициент использования сварочного поста, ( kП= 0,6 ч 0,57).

Расход электродной проволоки, г, рассчитывается по формуле

(6.14)

где GH - масса наплавленного металла, г; Ш - коэффициент потерь, (Ш = 0,1 - 0,15).

Расход электроэнергии, кВт· ч, определяется по формуле

где UД- напряжение дуги, В; з- КПД источника питания: при постоянном токе 0,6ч0,7 , при переменном 0,8ч 0,9; WO- мощность источника питания, работающего на холостом ходе, кВт. На постоянном токе Wо = 2,0ч 3,0 кВт, на переменном - Wо= 0,2ч 0,4 кВт.

3. Сварка под флюсом проволокой сплошного сечения

Расчет сварочного тока, А, производится по формуле

При сварке для более глубокого проплавления рекомендуется использовать высокие значения плотности тока в электродной проволоке (а ?40 ч 50 А/мм2 ), а при наплавке для снижения глубины проплавления принимается а? 30 ч 40 А/мм2. Диаметр электродной проволоки желательно выбирать таким, чтобы он обеспечил максимальную производительность сварки (наплавки) при требуемой глубине проплавления. Зависимость напряжения дуги от силы сварочного тока (флюс АН-348А) следующая:

Наплавку рекомендуется выполнять при постоянном токе прямой полярности. Вылет электродной проволоки принимается 30 ч 60 мм, при этом более высокие его значения соответствуют большему диаметру проволоки и силе тока.

Скорость подачи электродной проволоки, м/ч, расчитывается по формуле

где dПР - диаметр проволоки, мм; с - плотность металла электродной проволоки, г/см3 (для стали с =7,8 г/см3).

Коэффициент расплавления проволоки сплошного сечения при сварке под флюсом определяется по формулам:

для переменного тока

для постоянного тока прямой полярности

(6.15)

для постоянного тока обратной полярности

бр= 10 ч 12 г/А·ч

Скорость сварки, м/ч, рассчитывается по формуле

где бН - коэффициент наплавки, г/А ч; бН = бР·(1-Ш), где Ш - коэффициент потерь металла на угар и разбрызгивание, принимается равным 0,02 ч 0,03.

При наплавке под флюсом FB - площадь поперечного сечения одного валика, см2, укладываемого за один проход можно принять равной 0,3 ч 0,6 см2.

Масса наплавленного металла, г, определяется по формуле

где VН - объем наплавленного металла, см3.

Объем наплавленного металла, см3, определяется из выражения

(6.16)

где Fн - площадь наплавленной поверхности, см2; h - высота наплавленного слоя, см.

Расход сварочной проволоки, г, определяется по формуле

где GH - масса наплавленного металла, г; Ш - коэффициент потерь.

Расход флюса, г/пог.м, определяется по формуле

(6.17)

Время горения дуги, ч, определяется по формуле

Полное время сварки, ч, определяется по формуле

где kП - коэффициент использования сварочного поста принимается равным 0,6 ч 0,7.

Расход электроэнергии, кВт· ч, определяется по формуле

где UД- напряжение дуги, В; з- КПД источника питания: при постоянном токе 0,6ч0,7 , при переменном 0,8ч 0,9; WO- мощность источника питания, работающего на холостом ходе, кВт·ч (на постоянном токе 2,0ч 3,0 кВт, на переменном - 0,2ч 0,4 кВт).

Толщина слоя флюса зависит от силы сварочного тока:

Заключение

Тепловые основы сварки - прикладная научная дисциплина, изучающая источники тепла, нагрев и охлаждение металла, их влияние на протекающие при сварке процессы.

При сварке происходит изменение температуры металла шва от температуры окружающей среды до температуры плавления металла и выше. В этом промежутке температур происходит расплавление и кристаллизация металла, фазовые и структурные превращения: химические реакции в жидкой ванне; объемные изменения основного и наплавленного металла.

Для того чтобы управлять этими процессами, прогнозировать возможные трудности при сварке, и пользуются тепловой теорией, сущность которой состоит в определении температуры в любой точке тела в любой момент времени от действия источника нагрева.

Список используемых источников

1 http://weldwire.narod.ru/regim/regim_00.htm

2 http://ru.wikipedia.org/wiki/Сварка

Размещено на Allbest.ru