Курсовая работа
Теория сварочных процессов
Выполнил:
Крюченков С.Н.____________
Санкт-Петербург
С О Д Е Р Ж А Н И Е
| 1. Задание №1________________________________________3. 2. Задание №2________________________________________9. 3. Задание №3________________________________________13. 4. Список использованной литературы___________________14. Приложение Расчет задания №1в среде пакета MathCAD ________________ Расчет задания №2в среде пакета MathCAD_________________ Расчет задания №2в среде пакета MathCAD_________________ | ||
Задание №1
Рассчитать, как распределяются температуры по оси Х – Х и на различных расстояниях по оси Y – Y при наплавке валика на массивную стальную деталь.
Расчет температур произвести для точек, расположенных на оси Х – Х позади источника тепла на расстоянии 5, 10, 15, 20, 30, 40, 60, 80 и 100 мм, и впереди источника тепла на расстоянии 0,1; 0,2; 0,3; 0,5 и 1 мм.
Расчет температур по оси Y – Y произвести для точек, расположенных на расстоянии 0,5; 1,5; 10, 15 и 20 мм при заданных Х.
Определить графоаналитическим расчетом контур изотерм 600 и 9000С.
Режимы наплавки:
| Номер Варианта | Марка Материала | Способ сварки | Параметры режима сварки | ||
| I, A | U, B | V, м/ч | |||
| 15Л | СО2 |
Рассмотрим тело (полубесконечное, которое имеет только одну граничную поверхность z=0, со стороны которой действует источник тепла). Источником тепла является точечный источник постоянной мощности, перемещающийся с постоянной скоростью.
Эффективный КПД 0,8
Коэффициент температуропроводности а= 0.1см2/с
Коэффициентом теплопроводности λ=0.1 
Определяем количество теплоты выделяемое дугой в единицу времени
q = 0,24UIη =1747 ккал/с
Уравнений процесса распространения тепла для точечного источника в полубесконечном теле.
Расчеты температур для соответствующих точек представлены в таблице Таблица№1
| X см | Y см | R см | T °С | X см | Y см | R см | T °С |
| 0,1 | 0.1 | 0,1 | 0.05 | 0.112 | |||
| 0,05 | 0.05 | 0,05 | 0.05 | 0.071 | |||
| 0,03 | 0.03 | 0,03 | 0.05 | 0.058 | |||
| 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0.05 | 0.054 | |||
| 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0.05 | ||||
| -0,5 | 0,5 | -0,5 | 0.05 | 0.502 | |||
| -1 | -1 | 0.05 | 1.001 | ||||
| -1,5 | 1,5 | -1,5 | 0.05 | 1.501 | |||
| -2 | -2 | 0.05 | 2.001 | ||||
| -3 | 927.4 | -3 | 0.05 | 925.87 | |||
| -4 | 695.5 | -4 | 0.05 | 694.705 | |||
| -6 | 463.7 | -6 | 0.05 | 463.331 | |||
| -8 | 347.8 | -8 | 0.05 | 347.568 | |||
| -10 | 278.2 | -10 | 0.05 | 278.088 | |||
| X см | Y см | R см | T °С | X см | Y см | R см | T °С |
| 0,1 | 0.15 | 0.18 | 0,1 | 1.005 | 51.8 | ||
| 0,05 | 0.15 | 0.158 | 0,05 | 1.001 | 63.1 | ||
| 0,03 | 0.15 | 0.153 | 0,03 | 68.09 | |||
| 0,02 | 0.15 | 0.151 | 0,02 | 70.67 | |||
| 0,01 | 0.15 | 0.15 | 0,01 | 73.3 | |||
| -0,5 | 0.15 | 0.522 | -0,5 | 1.118 | 268.9 | ||
| -1 | 0.15 | 1.011 | -1 | 1.414 | 442.8 | ||
| -1,5 | 0.15 | 1.507 | -1,5 | 1.803 | 518.8 | ||
| -2 | 0.15 | 2.006 | -2 | 2.236 | 531.8 | ||
| -3 | 0.15 | 3.004 | 913.8 | -3 | 3.162 | 490.5 | |
| -4 | 0.15 | 4.003 | 688.05 | -4 | 4.123 | 433.1 | |
| -6 | 0.15 | 6.002 | 460.4 | -6 | 6.083 | 339.5 | |
| -8 | 0.15 | 8.001 | 345.9 | -8 | 8.062 | 275.7 | |
| -10 | 0.15 | 10.001 | 277.06 | -10 | 10.05 | 231.3 | |
| X см | Y см | R см | T °С | X см | Y см | R см | T °С |
| 0,1 | 1.5 | 1.503 | 5.76 | 0,1 | 2.002 | 0.717 | |
| 0,05 | 1.5 | 1.501 | 6.97 | 0,05 | 2.001 | 0.86 | |
| 0,03 | 1.5 | 1.5 | 7.51 | 0,03 | 0.931 | ||
| 0,02 | 1.5 | 1.5 | 7.79 | 0,02 | 0.96 | ||
| 0,01 | 1.5 | 1.5 | 8.08 | 0,01 | 1.002 | ||
| -0,5 | 1.5 | 1.581 | 35.9 | -0,5 | 2.062 | 4.884 | |
| -1 | 1.5 | 1.803 | 85.77 | -1 | 2.236 | 14.53 | |
| -1,5 | 1.5 | 2.121 | 140.07 | -1,5 | 2.5 | 30.4 | |
| -2 | 1.5 | 2.5 | 183.95 | -2 | 2.82 | 49.84 | |
| -3 | 1.5 | 3.35 | 231.83 | -3 | 3.6 | 87.22 | |
| -4 | 1.5 | 4.27 | 244.61 | -4 | 4.47 | 113.68 | |
| -6 | 1.5 | 6.18 | 231.39 | -6 | 6.32 | 136.74 | |
| -8 | 1.5 | 8.13 | 206.93 | -8 | 8.24 | 139.05 | |
| -10 | 1.5 | 10.11 | 183.92 | -10 | 10.19 | 133.73 |
Полученные результаты показаны на графиках рис 1.
Рис 1.
Максимальная температура получается под источником тепла (х = 0), а для точек y = 1 см, максимальная температура ниже и достигается позже. Для более отдаленных точек этот характер сохраняется и при y > 1 кривые изохроны имеют еще меньшую температуру и она достигается еще позже.
Определение контура изотерм 600 °С и 900 °С
Обозначим α = vx/(2a), a ρ = vR/(2a), где α и ρ – безразмерные величины. Так как α представляет собой величину, характеризующую измерения по оси х-х, а ρ – радиуса-вектора, то между ними в полярных координатах существует связь α = ρcosφ, где φ – угол между направлениями x и R. Тогда при подстановке R = 2aρ/v формула для расчета температур принимает вид
или
Обозначив безразмерную величину левой части уравнения как некоторый безразмерный параметр температуры θ = 4πλаТ/(qv), получим равенство
Для построения изотермы хОу вычисляют θ = 4πλaT/(qv), проводят в номограмме горизонталь от этого значения и от мест ее пересечения с кривыми для различных φ находят на абсциссе соответствующие величины ρ = vR/(2a), а следовательно и R, т.е. радиус-векторов под углами φ от точки нахождения точечного источника тепла.
Вычисляем
θ = 4πλaT/(qv)=0.06 для изотермы 600 °С
θ = 4πλaT/(qv)=0.09 для изотермы 900 °С
Проведя горизонталь в номограмме (рис.2) получаем значения, сведенные в табл.2,табл.3 R = =2aρ/v
Рис 2. Графические зависимости θ = f(ρ).
Таблица 2
Результаты вычислений координат точек Т = сведенные в табл.ния горизонталь в номограмме риия и от мест ее пересечения с кривыми для различныхных параметрах. максимальны 6000С
| φ0 | |||||||
| ρ | 1,6 | 1,8 | 2,3 | 3,1 | |||
| R,см | 0,44 | 0,5 | 0,64 | 0,86 | 1,94 | 3,6 | 5,55 |
Результаты вычислений координат точек Т = сведенные в табл.ния горизонталь в номограмме риия и от мест ее пересечения с кривыми для различныхных параметрах. максимальны 9000С
Таблица 3
| φ0 | |||||||
| ρ | 1,2 | 1,6 | 1,8 | 2,9 | 5,2 | ||
| R,см | 0,33 | 0,44 | 0,5 | 0,8 | 1,44 | 2,77 | 3,88 |
Задание №2
Рассчитать температурное поле нагрева и охлаждения для точек, расположенных от оси сварного шва на расстоянии 5, 10, 15 и 20 мм при сварке пластины встык за один проход.
Режимы сварки:
| Номер Варианта | Марка Материала | Способ сварки | Параметры режима сварки | ||
| I, A | U, B | V, м/ч | |||
| 15Л | СО2 |
Рассмотрим схему расчета распространения тепла в теле пластина с действующем на нее линейного источника тепла.
Определяем количество теплоты выделяемое дугой в единицу времени.
q = 0,24UIη =1382 ккал/с
При действии линейного источника в пластине выражение для расчета температур,
Примем, что температуроотдачи в окружающую среду нет тогда,
где К0 - функция Бесселя от мнимого аргумента второго рода нулевого порядка.
Расчеты температур для соответствующих точек представлены в таблице Таблица№4
| X см | Y см | 
| 
| T °C |
| 0.11 | 0.89 | |||
| 0.6 | 0.26 | 0.27 | ||
| 0.5 | 0.33 | 0.36 | ||
| ∞ | ∞ | |||
| -1 | 9.02 | 0.089 | ||
| -1.5 | 0.025 | |||
| -2 | 0.007 | |||
| -3 | 0.0006 | |||
| -4 | 0.00006 | |||
| X см | Y см |
|
| T °C |
| 0.5 | 0.11 | 0.065 | 26.6 | |
| 0.6 | 0.5 | 0.26 | 0.16 | |
| 0.5 | 0.5 | 0.33 | 0.19 | |
| 0.5 | 0.36 | |||
| -1 | 0.5 | 9.02 | 0.065 | |
| -1.5 | 0.5 | 0.02 | ||
| -2 | 0.5 | 81.4 | 0.0061 | |
| -3 | 0.5 | 0.0005 | ||
| -4 | 0.5 | 0.00005 | ||
| X см | Y см |
|
| T °C |
| 0.11 | 0.031 | |||
| 0.6 | 0.26 | 0.058 | ||
| 0.5 | 0.33 | 0.065 | ||
| 0.089 | ||||
| -1 | 9.02 | 0.031 | ||
| -1.5 | 0.012 | |||
| -2 | 0.004 | |||
| -3 | 0.004 | |||
| -4 | 0.0004 | |||
| X см | Y см |
|
| T °C |
| 1.5 | 0.1 | 0.012 | 4.7 | |
| 0.6 | 1.5 | 0.26 | 0.018 | |
| 0.5 | 1.5 | 0.33 | 0.02 | 24.5 |
| 1.5 | 0.025 | |||
| -1 | 1.5 | 0.012 | ||
| -1.5 | 1.5 | 0.005 | ||
| -2 | 1.5 | 0.002 | ||
| -3 | 1.5 | 0.0002 | ||
| -4 | 1.5 | 0.00005 | ||
| X см | Y см |
|
| T °C |
| 0.11 | 0.004 | 1.6 | ||
| 0.6 | 0.26 | 0.005 | 5.6 | |
| 0.5 | 0.33 | 0.006 | 7.5 | |
| 0.007 | ||||
| -1 | 0.004 | |||
| -1.5 | 0.002 | |||
| -2 | 0.0009 | |||
| -3 | 0.00015 | |||
| -4 | 0.00002 |
Полученные результаты показаны на графиках рис 3.
Рис 4.
T1-y=0 см, T2-y=0.5 см, T3-y=1 см, T4-y=1.5 см, T5-y=2 см
Задание №3
Установить расчетным путем при какой минимальной погонной энергии в металле шва и околошовной зоне сварного соединения, выполняемого встык за один проход или при наплавке валика на массивное тело не возникают закалочные структуры при заданной критической скорости охлаждения для заданной марки стали
| № Вари-анта | Марка стали | Толщина пластины, мм | Критическая скорость охлаждения град/с | Температура 0С |
| 30Х |
Рассмотрим полубесконечное тело. Источником тепла является точечный источник постоянной мощности, перемещающийся с постоянной скоростью.
Эффективный КПД 0,8
Коэффициентом теплопроводности λ=0.09
При наплавке валика на массивное тело мгновенная скорость охлаждения,
где q/v- погонная энергия (Q)
Находим погонную энергию через мгновенную скорость охлаждения, так что бы скорость не превышала критическую заданную.
Скорость v=0,2 см/с
Напряжение U=31 В
Ток I=332 A
Q=9880 ккал/см
Скорость охлаждения при найденных режимах
w=24,9 град/с
Список использованной литературы
1. Кобецкой Н.Г., Михайлицын С.В. Теория сварочных процессов.-Магнитогорск 2016.
2. Рыкалин Н. Н. Расчёты тепловых процессов при сварке. – М.: Машгиз, 1951.
3. Шишковский И. В. Расчёт тепловых полей при обработке материалов КПЭ в среде MATHAD: Метод. указ. к лаб. работам. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т; 2003.
