Определение параметров термического цикла

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Определение параметров термического цикла

Необходимо определить параметры термического цикла, дающие представление о процессах, происходящих в металле шва и зоне термического влияния:

1) максимальную температуру (Тмах) в точке с координатой y=2Дy, где Дy - шаг по у для термических циклов:

2) мгновенную скорость охлаждения (w) точек, лежащих на оси шва, при температуре Т=0,4Тпл;

3) длительность пребывания выше температуры Т=0,4Тпл точек шва с координатой y=2Дy;

4) длину сварочной ванны L;

5) ширину шва В;

6) ширину зоны нагрева Дl между изотермами для температур Т=0,4Тпл и Т=0,6Тпл.

Для построения изотерм сначала необходимо построить график температурного поля предельного состояния. Перед тем, как строить графики, зададимся пределами и диапазоном варьирования по осям х, у, t, учитывая интервал варьирования значений температур - от 0,1Тпл до Тпл - от 150°С до 1500°С.

Чтобы найти диапазон варьирования по оси у, определим ширину зоны влияния 2l:

Примем ДТ=0,1Т_пл = 150°С

у = 0,5•2l=0,5•3,55=1,775 см

Определяем шаг варьирования по у:

Ду = 0,2у = 0,2•1,775=0,355см

Значения х будем подбирать.

Примем х=56,5см. Тогда шаг варьирования по х равен:

Дх = 0,05х = 0,05•56,5=2,825см

Диапазон варьирования по t:

t=-х/v= - 56,5/0,405=139,5c

Шаг варьирования по t равен:

Д t = 0,05 t = 0,05•139,5=7с

Подставляя исходные данные в уравнение предельного состояния процесса распространения тепла при нагреве пластины мощным быстродвижущимися линейным источником:

Получаем таблицу 1.

В работе принимаются:

y₀=0; 0,355; 0,71; 1,165; 1,52; 1,875; 2,23; 2,585; 2,94см

Таблица 1.

По данным таблицы № 1 строим кривые распределения температуры поперек шва в зависимости от расстояния y₀ от оси шва от 0 до 5,0 см для моментов времени t от 1 до 36 сек. после прохождения центра дуги через данное сечение.

На графике по оси абсцисс отложено расстояние y₀ от оси шва, а по оси ординат - расчетные температуры в соответствующий момент времени t. Рас-пределение температуры в определенные моменты времени t=const представлено плавными кривыми - изохронами температуры.

2. Построение изотерм температурного поля предельного состояния

Изотермы температурного поля предельного состояния нужно построить для: t=1500; 1300; 1100; 900; 700; 500; 300; 100.

Для того, чтобы найти координаты точек, лежащих в температурном поле предельного состояния на изотерме T=const, необходимо на графике изохрон распределения температуры (рисунок1), выражающих зависимость T=T(y₀) при t=const, провести прямую постоянной температуры T=const, параллельную оси абсцисс. Абсциссы точек пересечения горизонтальной прямой постоянной температуры с изохронами распределения температур дают расстояния y₀, на которых мгновенная температура равна заданной температуре T=const в соответствующие моменты времени t. По рисунку 1 находим все необходимые точки и заносим их в таблицу 2. 

Рисунок 1. Кривые распределения температуры по оси ОY в разные моменты времени поперек шва при сварке встык листов 3мм

Рисунок 2. Распределение температуры во времени

Таблица 2.

Определяем расстояние, пройденное источником нагрева за время t,

-х_i = 0,405t_i;

-х₁ = 0,405•1=0,405см; -х₂ = 0,405•2=0,81см;

-х₃ = 0,405•3=1,215см; -х₄ = 0,405•4=1,62см;

-х₆ = 0,405•6=2,43см; -х₉ = 0,405•9=3,645см;

-х₁₆ = 0,405•16=5,712см; -х₂₅ = 0,405•25=10,025см;

-х₃₆ = 0,405•36=14,45см;

На графике температурного поля (рис.3) по оси абсцисс наносим эти точки, отстоящие от начала координат О. В этих точках проводим параллельные оси ординат, на которых откладываем по обе стороны отрезки, равные столбцу при 1500єС в зависимости от времени. Концы этих отрезков соединяем плавной кривой, которая и изображает изотерму для данной температуры. Аналогичным способом строят и остальные изотермы температурного поля предельного состояния.

Рис. 3. Расчет температуры при сварке встык листов толщиной 3 мм, мощностью дуги q=5,04 кВт, скоростью сварки v = 0,405 см/сек, температурное поле предельного состояния (изотермы и кривая максимальных температур).

Уравнение геометрического места точек с максимальными температурами в координатах XY находим из условия максимума температуры при сварке листов встык, подставляя числовые данные, получим:

Полученные данные сводим в таблицу 3.

Таблица 3.

По результатам расчета, приведенным в таблице №3, построена кривая максимальных температур в подвижном температурном поле XOY рис.3.

Эту кривую можно построить и графически. Для этого к каждой изотерме температурного поля проводим касательные, параллельные оси OX. Точки касания соединяем плавной кривой, которая представляет геометрическое место точек с максимальными температурами на поверхности листов XOY.

Для расчета изменения температуры в точке А, находящейся на расстоянии y₀=0,9 см от оси шва, в уравнение распространения тепла при выбранном режиме сварки листов подставляем расстояние y₀ точки А.

По результатам расчета, приведенным в таблице 4, построена кривая изменения температуры в точке А в зависимости от времени, прошедшего после пересечения центром дуги поперечного сечения, в котором находится точка А (рис. 4)

Таблица 4.

Рисунок 4. Кривая изменения температуры при сварке встык листов толщиной 3мм в точке А в зависимости от времени.

Время t_m наступления максимальной температуры в точке А, равной 930єС определяется из условия максимума температуры

Откуда

За это время центр дуги успеет удалится от сечения, в котором находится точка А, на расстояние х=v•t_m = 0,357•5,3 = 1,89 см

Необходимо определить ширину 2l зоны, приращение температуры в которой превышало заданное ДT = T_i - T_н. Для этого используем формулу, полученную из выражения для расчета максимальных температур, так как ширина зоны нагрева равна ширине соответствующей изотермы. Полагая r = l, получим для быстродвижущегося источника теплоты на поверхности массивного тела, что ширина зоны нагрева:

Так как по заданию идет пластина, то преобразуем формулу. Полагая y=l и пренебрегая теплоотдачей с поверхности (полагая b = 0), получаем выражение для расчета ширины зоны нагрева [1, c.258]:

при T₁ = 1430° С:

2l = 1,24 см

при T₂ = 1147° С:

2l = 1,55 см

при T₃ = 727° С:

2l = 2,47 см

Рассчитаем для участков ЗТВ мгновенную скорость охлаждения при Т = 500°С и сравним ее с допускаемой скоростью охлаждения для данной марки стали. Сделаем выводы о возможном трещинообразовании.

Определяем мгновенную скорость охлаждения шва при сварке встык на лист [3,с.316]:

w = 2рлcсЧ(T - T₀)³/(q/vд)²,

w = 2рЧ0,4Ч5Ч(500 - 20)³/(7056/(0,56Ч0,7)² = 4,29 °С/с

Определяем минимальную скорость охлаждения, при которой мартенсит будет полностью исключен [1,с.466]:

температурный сварка охлаждение трещина

w_k = (T₁ - T_м)/(2Ч1,5t_м),

где Т₁ - температура точки начала распада аустенита А₁;

Т_м - температура мартенситных превращений;

t_м - минимальное время устойчивости аустенита.

По диаграмме изотермического распада аустенита для Ст3

Т₁ = 1147 °С

Т_м = Т = 400 °С

t_м = t = 0,8 с

w_k = (T₂ - T_м)/(2Ч1,5t_м) = (1147 - 400)/(2Ч1,5Ч0,8) = 311,25 °С/с.

Таким образом, |w_k| >> |w|, значит, бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит не происходит.

Вывод: процесс образования холодных трещин в сварном соединении отсутствует, т.к. хрупкие закалочные структуры не образуются.

Список используемых источников

1. Введение в сварочные технологии: учебное пособие. /С.Н. Козловский/ -СПб.: Издательство «Лань», 2011. - 416 с.: ил. - (Учебники для вузов. Специ-альная литература).

2. Основы технологии сварки: учебное пособие. /С.А. Федосов, И.Э. Ось-кин/ - М.: Машиностроение, 2011. - 125 с.

3. Теория сварочных процессов: Учебник для вузов / А.В. Коновалов, А.С. Куркин, Э.Л. Неровный, Б.Ф. Якушин; Под ред. В.М. Неровного. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007.

4. Теория сварочных процессов: Учеб. для вузов по спец. “Оборуд. и техно-логия сварочн. пр-ва”/В.Н. Волченко, В.М.Винокуров и др.; Под ред. В.В. Фро-лова. - М.: Высш. шк., 1988. - 559 с.: ил.

5. Петров Г.Л., Тумарев А.С. Теория сварочных процессов (с основами физической химии). Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб. М., “Высшая школа”, 1977. - 392 с. с ил.

6. Н.Н. Рыкалин «Расчеты тепловых процессов при сварке», государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, Москва, 1951 г.

7. Линевег Ф. Измерение температур в технике. Справочник. Пер. с нем. 1980. - 544 с.

Размещено на Allbest.ru