Определение контура изотерм 600 °С и 900 °С

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.