Расчет термодинамических параметров реакций, протекающих в сварочной ванне, и аналитические методы расчета процессов распространения тепла в свариваемых телах различной формы
Рассмотрение пластины как массивного полубесконечного тела. Определение эффективной теплоты источника. Расчет изменения температуры. Нахождение глубины проплавления листа в месте приложения источника. Оценка тепловой эффективности процесса проплавления.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 09.01.2023 |
| Размер файла | 745,8 K |
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/
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Политехнический институт
Кафедра «Машиностроение»
Курсовая работа
По дисциплине «Теория сварочных процессов»
Тема: «Расчёт термодинамических параметров реакций, протекающих в сварочной ванне, и аналитические методы расчета процессов распространения тепла в свариваемых телах различной формы»
Выполнила: Кудукова Г.Т.
Проверил: канд. техн. наук, доцент Т.П. Сорогина
Курган, 2023 г
Введение
Цель данной курсовой работы заключается в ознакомлении со всей сложностью протекающих при сварке тепловых процессов и влияния на них технологических и других факторов, а так же в умении практически применять аналитические методы расчета процессов распространения тепла в свариваемых телах различной формы. Приобретённые навыки расчета тепловых процессов применительно к конкретным условиям сварки позволят полнее ориентироваться в вопросах оптимизации технологии сварки, в оценке и прогнозировании качества сварных соединений.
Автоматической сваркой под флюсом производится приварка шпилек диаметром d к листу из низкоуглеродистой стали, толщиной 40 мм. Значения параметров режима сварки: Iсв=800 А, Uд=35 В, время сварки t=1,6 с и диаметра шпилек d=12 мм. При этом принять эффективный КПД дуги ?=0,9, теплофизические константы: л = 0,4 дж/см с град, Ср = 5 дж/см3 град и a=0,08 см2/сек как для материала листа, так и стержня. Исходная температура пластины и шпильки перед их сваркой Тн=20°С.
Рассчитать и отразить графически изменение температуры T=f(R,t) в точках 1 и 2, находящихся от центра приложения источника тепла на расстояниях R1=0,8 см и R2=1,0 см.
Рисунок 1. Схема сварки (схема для расчета - мгновенный точечный источник теплоты действует в полубесконечном теле).
Рассматривая нашу пластину как массивное полубесконечное тело, и используя соответствующую расчетную схему процесса распространения тепла, рассчитаем в точках 1 и 2 ( рисунок 1) изменение температуры Т=f (R1, t) и T=f (R2, t). Рассчитанные температуры в заданных точках в процессе нагрева и охлаждения отражаем на графике в координатах
(.,
где Q - количество тепла;
Сс, a - теплофизические константы;
t - время сварки;
R - расстояние точки от центра приложения источника тепла.
1. Определим эффективную теплоту источника, вводимую в пластину и шпильку в течении времени его действия:
,
где I - сила тока сварки;
U - напряжение;
зи - эффективный КПД.
Q = 0,9 . 800 . 35 . 1,6 = 40320 (Дж)
2. Рассчитаем изменение температуры при R1=0,8 см и R2=1,0 см и занесем результаты в таблицу 1:
при t=0,1 с: 0°
при t=0,2 с: °
при t=0,3 с: 136°
при t=0,4 с: 423,7°
при t=0,5 с: 813,2°
при t=0,6 с: 1277,8°
при t=0,7 с: 1559°
при t=0,8 с: 1821.6°
при t=0,9 с: 2062,9°
при t=1 с: 2177,3°
при t=1,1 с: 2294°
при t=1,2 с: 2459.4°
при t=1,3 с: 2316°
при t=1,4 с: 2317,8°
при t=1,5 с: 2241,1°
при t=1,6 с: 2261°
при t=0,1 с: 0°
при t=0,2 с: °
при t=0,3 с: 3°
при t=0,4 с: 25,6°
при t=0,5 с: 87,2°
при t=0,6 с: 189°
при t=0,7 с: 310,7°
при t=0,8 с: 444,3°
при t=0,9 с: 581,4°
при t=1 с: 709,6°
при t=1,1 с: 812°
при t=1,2 с: 900,2°
при t=1,3 с: 972,3°
при t=1,4 с: 1036,2°
при t=1,5 с: 1079,5°
при t=1,6 с: 1121.5°
Таблица 1
|
Изменение температуры при R1=0,8 см |
|||||||||||||||||
|
t, с |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1.6 |
|
|
ДT, ° |
0 |
8 |
136 |
423,7 |
813,2 |
1277,8 |
1559 |
1821,6 |
2062,6 |
2177,3 |
2294 |
2459,4 |
2316 |
2317,8 |
2241,1 |
2261 |
|
|
Изменение температуры при R2=1,0 см |
|||||||||||||||||
|
t, с |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
|
|
ДT, ° |
0 |
0 |
3 |
25,6 |
87,2 |
189 |
310,7 |
444,3 |
581,4 |
709,6 |
812 |
900,2 |
972.3 |
1036,2 |
1079.5 |
1121.5 |
Рисунок 2. Изменение температуры в зависимости от R1 и R2 и от времени t. теплота температура проплавление лист
Определить глубину проплавления листа в месте приложения источника и дать оценку тепловой эффективности процесса проплавления.
1. Для определения глубины проплавления в формулу
подставляем Тпл=15000 С:
,
1500=7906*
= 0,19
R2=0,308
R = 0,55 (см.)
2. Тепловая эффективность процесса через полный КПД процесса проплавления (?пр ) и термический КПД (?t).
,
,
,
,
,
Найдем:
,
,
,
Найдём КПД проплавления:
*100% = 43,5 %
Найдём КПД термический:
,
На процесс проплавления затрачивается 43,5% полной мощности источника и 48,4% эффективной мощности, т. е. мощности, идущей на нагрев.
3. Объем сварочной ванны:
,
.
Задача 3
Рассчитать и отразить графически распределение температуры по длине привариваемой шпильки к концу процесса сварки и определить длину расплавляемой части шпильки.
1. Мгновенный плоский источник действует в стержне (шпильке). Рассчитаем распределение температур по длине привариваемой шпильке по формуле:
,
где F - площадь шпильки, см2; F=2/4 = 3? 14*(12)2/4 = 1,13 (см2).
x - длина шпильки, см.
при х=0 см: °,
при х=0,1 см: °,
при х=0,2 см: 3236°,
при х=0,3 см: 2939°,
при х=0,4 см: 2554°,
при х=0,5 см: 2145°,
при х=0,6 см: 1749°,
при х=0,7 см: 1329°,
при х=0,8 см: 1015°,
при х=0,9 см: 700°,
при х=1,0 см: 490°.
2. Поставим в формулу при Т=1500° и определим х.
,
,
-0,84
,
3. По графику при Т=1500° х=0,65 см ? х=0,65 см.
Рисунок 3. Зависимость распределения температур по длине шпильки.
Задание №3
На поверхность пластины толщиной 30 мм производится наплавка валика под слоем флюса. Предварительные нагрев пластины производится до температуры 200° С. Режим наплавки: J=900 А, U=32 В, Vн=40 м/час. Принятые теплофизические коэффициенты: л=0,4 дж/см сек град, cp=4,9 лд/см3 град, a=0,1 см2/сек. Принять температуру окружающей среды, равной 20° С, а коэффициент полной теплоотдачи б=2 10-3 дж/см2 сек град.
Задача 1
Исходные данные:
?=30 мм,
t1=5 с,
t2=10 с,
t3=20 с,
R=3,5 см,
Сталь 35
Решение:
1. Схема расчета - быстродвижущийся источник тепла действующий в пластине с учетом теплоотдачи.
,
где
,
,
,
,
Рисунок 5. Зависимость температуры от времени.
Задача 2
Определить, через какое время в точке "А" будет достигнута максимальная температура нагрева (Tmax).
,
,
q=I.U.зи=0,9.900.32=25920,
,
Время по истечении которого точка находящаяся на расстоянии 3,5 см от шва, достигнет своей максимальной температуры нагрева.
,
,
Определить область нагрева околошовной зоны до температур, превышающих критическую температуру АС3 для стали марки 35.
АС3=810°
Рисунок 6. Зона термического влияния (ЗТВ).
,
q=I.U.зи=0,9.900.32=25920
,
,
l=1,13 см.
,
,
l=0,85 см.
,
Список литературы
1. Фролов, В. В. Теоретические основы сварки [Текст] / В. В. Фролов. - М.: Высшая школа, 1970. - 501с.
2. Справочник по расчетам равновесий металлургических реакций [Текст] / А. Н. Крестовников [и др.]. - М.: Мeталлургиздат, 1963. - 198с.
3. Багрянский, К. В. Теория сварочных процессов [Текст] / К. В. Багрянский, З. А. Добротина, К. К. Хренов. - Киев: Издательское объединение «Вища школа», 1976. - 424с.
4. Попов, А. А. Справочник термиста. Изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита [Текст] / А. А. Попов, А. Е. Попова. - М.: ГОСНТИ Машиностроительной литературы, 1961. - 372с.
5. Теория сварочных процессов: учебник для вузов / В. Н. Волченко [и др.]: под ред. В. В. Фролова. - М.: Высшая школа, 1988. - 559с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Определение параметров сварочной ванны аналитическим и графическим способами. Построение графиков изотермических циклов, линий и максимальных температур. Особенности определения КПД процесса и эффективной тепловой мощности. Определение режимов сварки.
курсовая работа [399,5 K], добавлен 19.11.2013Краткая характеристика свариваемой стали. Выбор разделки свариваемых кромок. Допускаемая плотность тока. Площадь наплавки за один проход. Коэффициент формы проплавления. Расчет скорости охлаждения зоны термического влияния. Выбор сварочного оборудования.
курсовая работа [886,6 K], добавлен 06.08.2013Распространение тепла от мгновенных сосредоточенных источников. Распространение тепла мгновенного линейного источника. Распространение тепла мгновенного плоского источника. Непрерывно действующие неподвижные источники теплоты. Выравнивание температур.
учебное пособие [1,0 M], добавлен 05.02.2009Рассмотрение термодинамических циклов двигателей внутреннего сгорания с подводом теплоты при постоянном объёме и давлении. Тепловой расчет двигателя Д-240. Вычисление процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения. Эффективные показатели работы ДВС.
курсовая работа [161,6 K], добавлен 24.05.2012Определение режимов сварки, коэффициента полезного действия процесса и эффективной тепловой мощности. Выбор расчетной схемы. Построение графика изотермических циклов и линий, максимальных температур. Методика и этапы расчета параметров сварочной ванны.
дипломная работа [407,0 K], добавлен 20.11.2013Расчет функций параметров состояния в каждой точке цикла. Определение изменения функций параметров состояния в процессах цикла. Расчет удельных количества теплоты и работы в процессах цикла и промежуточных точек, необходимых для построения графиков.
курсовая работа [680,3 K], добавлен 23.11.2022Анализ потребления в регионе тепловой энергии в зимний период. Расчет экономической эффективности замены отводящих трубопроводов. Определение расхода и скорость движения теплоносителя. Рекомендации по отводящим трубопроводам. Описание источника теплоты.
дипломная работа [169,2 K], добавлен 10.04.2017Теплофизические характеристики, определяющие поведения металлов при сварке. Расчёт эффективной тепловой мощности сварочной дуги, выбор расчетной схемы. Определение времени наступления и построение термических циклов точек с максимальной температурой.
контрольная работа [458,0 K], добавлен 25.10.2012Режимы аргонодуговой сварки листов. Определение ширины зоны, нагретой выше заданной температуры с использованием схемы мощного быстродвижущегося источника теплоты. Мгновенная скорость охлаждения металла, расчет температуры подогрева для ее снижения.
реферат [711,0 K], добавлен 02.02.2014Определение параметров рабочего тела в конце тактов наполнения, в процессе сжатия и в конце процесса сгорания. Определение индикаторных и эффективных показателей дизеля. Расчет геометрических размеров цилиндра. Построение индикаторной диаграммы.
контрольная работа [870,0 K], добавлен 08.08.2011Методы использования тепловых вторичных ресурсов, установки для внешнего теплоиспользования. Принципиальные схемы использования теплоты производственной воды, тепловые аккумуляторы. Расчет процесса горения в топке, тепловой нагрузки и расхода топлива.
курсовая работа [727,1 K], добавлен 21.06.2010Теплоснабжение от котельных и переключение потребителей жилого фонда от источника. Основные технические решения по строительству источника тепла и тепловых сетей. Централизованная диспетчеризация объектов управления. Конструктивное решение котельной.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 16.05.2015Описание котельной и ее тепловой схемы, расчет тепловых процессов и тепловой схемы котла. Определение присосов воздуха и коэффициентов избытка воздуха по газоходам, расчет объемов воздуха и продуктов сгорания, потерь теплоты, КПД топки и расхода топлива.
дипломная работа [562,6 K], добавлен 15.04.2010Описание источника теплоты и потребителей. Определение расхода и движения теплоносителя. Тепловые потери на участках. Расчет гидравлического режима тепловой сети. Рекомендации по осуществлению ее регулировки. Построение пьезометрического графика.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 20.03.2017Расчет производительности электрической сковороды. Тепловой баланс аппарата. Расчет температуры стенок в конце разогрева при установившемся режиме работы. Кинетические коэффициенты теплоотдачи. Расчет потерь тепла в окружающую среду. Подготовка к работе.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 17.10.2012Расчет температурного поля во время сварочных процессов. Определение температуры в начале, середине и конце сварного шва. Период выравнивания температуры. Быстродвижущиеся источники теплоты. Результаты вычислений температуры предельного состояния.
курсовая работа [99,4 K], добавлен 05.09.2014Особенности методики теплового расчета котлов типа ДКВР, не содержащих пароперегревателя. Выявление объема и состава дымовых газов. Определение расхода топлива, адиабатной температуры сгорания. Расчет чугунного экономайзера ВТИ, пучка кипятильных труб.
методичка [792,1 K], добавлен 06.03.2010Расчет теплового пункта, выбор водоподогревателей горячего водоснабжения, расчет для данного населенного пункта источника теплоснабжения на базе котельной и выбор для нее соответствующего оборудования. Расчёт тепловой схемы для максимально-зимнего режима.
курсовая работа [713,9 K], добавлен 26.12.2015Расчет параметров состояния рабочего тела, соответствующих характерным точкам цикла. Расчет индикаторных и эффективных показателей двигателя, диаметра цилиндра, хода поршня, построение индикаторной диаграммы. Тепловой расчёт для карбюраторного двигателя.
курсовая работа [97,0 K], добавлен 07.02.2011Проектирование и тепловой расчет котельного агрегата. Характеристика котла, пересчет топлива на рабочую массу и расчет теплоты сгорания. Определение присосов воздуха. Вычисление теплообмена в топке и толщины излучающего слоя. Расчет пароперегревателя.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 08.04.2011
