Расчет тепловых процессов при ручной дуговой наплавке валика на поверхность массивного изделия из Перлитной стали

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Иркутский государственный  технический университет

 

Кафедра машиностроительных технологий и материалов

 

                                                                        

     Допускаю к защите

                                                                                     Руководитель: Гречнева М.В.

 

 

Расчет тепловых процессов при  ручной дуговой наплавке валика на поверхность массивного изделия из Перлитной стали

 

 

 

Пояснительная записка

к курсовой работе по дисциплине

“Теория сварочных процессов”

 

1. 001. 00. 00 ПЗ

 

 

 

 

 

 Выполнил студент группы СП-09-1____________ Ву Ван Гюи. 

 

 

    Нормоконтролер  _____________      _____________ Гречнева М.В.

 

 

 

                                             Курсовой проект защищен

                                             с оценкой ______________

 

 

 

Иркутск 2012

 

Министерство образования  и науки Российской Федерации

 

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

 

По курсу    Теория сварочных процессов

 

Студенту    Ву Ван  Гюи 

             (фамилия, инициалы)

Тема:        Тепловые режимы электродуговой сварки сталей

 

Исходные данные:

Вариант I-2

 

Вид сварки	наплавка валика на поверхность  массивного изделия из перлитной  стали	I(А)	U(B)	V( м/ч)
РДС		160	25	7,2

 

Тип металла	Тпл(0С)	Т1(0С)	Т2(0С)	Т3(0С)	Т’m(0С)	Т’’m(0С)
Сталь перлитная	1500	1100	800	550	1500	1000

 

v=7,2 м/ч=0,2 см/с ; cρ=5дж/(см³.с) ; λ=0,4 Вт/(см. ⁰С) ; а=0,08 см²/с

 

Рекомендуемая литература:

1. В. Н. Матханов, М. В. Гречнева Тепловые режимы электродуговой сварки  сталей: Учеб. Пособие.- Иркутск: ИПИ, 1992.-92 с.
2. Теория сварочных процессов : Учебник для вузов ;

 Под ред.  В.М. Неровного.  – М.: Из-во МГТУ  им. Н. Э. Баумана, 2007.- 752 с.:ил.

 

Дата выдачи задания               «__» сентября  2012г.

Дата представления работы       «__»    декабря 2012г.

 

 

Руководитель курсовой работы _______________ Гречнева М.В.

 

Содержание

       

 

Введение 4

1. Построение кривых распределения температур поперек шва для различных моментов времени 5

1.1 Уравнение  распределения  процесса  тепла 5

1.2 Кривая максимальных температур 5

1.3 Определение ширины зоны  перегрева 11

2. Изотермы температурного поля 13

3. Термический цикл 20

3.1 Определение скорости охлаждения 23

Заключение 27

Список литературы 28

 

 

 

 

 

Введение

 

Цель курсовой работы – курсовая работа является дополнительнм этапом обучения студентов по дисциплинам, связанным с изучением процесса распределения тепла при  электродуговой сварке сталей.

В данной курсовой работе  необходимо построить кривые распределения  максимальных температур. Построить  термические циклы точек с  заданными максимальными температурами. Построить кривые распределения  температур на поверхности  изделия. А также научиться находить мгновенную скорость охлаждения точки как графическим  так и аналитическим путем  и научиться определять время  перегрева точки выше заданной температуры

 

 

1. Построение кривых распределения температур поперек шва для различныхмоментов времени

1.1 Уравнение  распределения  процесса  тепла

 

Уравнение процесса распределения  тепла быстродвижущегося мощного  источника.

   (1)

q- эффективная тепловая мощность дуги. (Вт)

v- скорость сварки (см/с)

a- температуропроводность (см²/с)

t- время от начала сварки (с)

r- расстояния от оси шва (см)

 

  (2)

η эффективный КПД для РДС 

 

 

1.2 Кривая максимальных температур

Построим кривую распределения максимальных температур которая строится по формуле:

   (3)

Используя  данное уравнение, найдем значения «y» при температурах T=1700 ⁰C, T_пл , T₁, T₂,  T₃ , T=300 ⁰C, принимаем  T₀=20 ⁰C:

 

T=300 ⁰C  

T=550 ⁰C  

T=800 ⁰C  

T=1100 ⁰C  

T=1500 ⁰C  

T=1700 ⁰C  

 

 

Зависимость между r(см) и T(⁰C)

 

    таблица 1

 

 

 

r	T
-3,00	103,20
-2,90	109,04
-2,80	115,51
-2,70	122,72
-2,60	130,77
-2,50	139,81
-2,40	150,00
-2,30	161,55
-2,20	174,71
-2,10	189,80
-2,00	207,20
-1,90	227,42
-1,80	251,11
-1,70	279,10
-1,60	312,50
-1,50	352,80
-1,40	402,04
-1,30	463,08
-1,20	540,00
-1,10	638,84
-1,00	768,80
-0,90	944,44
-0,80	1190,00
-0,70	1548,16
-0,60	2100,00
-0,50	3015,20
-0,40	4700,00
-0,30	8340,00
-0,20	18740,00
-0,10	74900,00
0,00
0,10	74900,00
0,20	18740,00
0,30	8340,00
0,40	4700,00
0,50	3015,20
0,60	2100,00
0,70	1548,16
0,80	1190,00
0,90	944,44
1,00	768,80
1,10	638,84
1,20	540,00
1,30	463,08
1,40	402,04
1,50	352,80
1,60	312,50
1,70	279,10
1,80	251,11
1,90	227,42
2,00	207,20
2,10	189,80
2,20	174,71
2,30	161,55
2,40	150,00
2,50	139,81
2,60	130,77
2,70	122,72
2,80	115,51
2,90	109,04
3,00	103,20

 

 

 

 

Кривые распределения  температур поперек шва

 

 

Зависимость между r(см) и T(⁰C) при некоторых значениях времени

 

таблица 2

 

t	3,00	4,00	5,00	7,00
r	T
-3,00	20,18	21,41	24,59	36,37
-2,9	20,33	22,23	26,64	41,30
-2,80	20,60	23,48	29,49	47,48
-2,7	21,07	25,35	33,38	55,12
-2,60	21,86	28,10	38,63	64,50
-2,5	23,16	32,06	45,63	75,88
-2,40	25,26	37,69	54,81	89,54
-2,3	28,59	45,54	66,69	105,78
-2,20	33,72	56,30	81,86	124,86
-2,1	41,48	70,79	100,93	147,05
-2,00	52,92	89,96	124,57	172,57
-1,9	69,41	114,88	153,43	201,59
-1,80	92,65	146,69	188,15	234,20
-1,7	124,61	186,53	229,26	270,43
-1,60	167,52	235,50	277,19	310,18
-1,5	223,75	294,56	332,18	353,25
-1,40	295,61	364,37	394,21	399,31
-1,3	385,12	445,24	463,00	447,90
-1,20	493,74	536,96	537,92	498,42
-1,1	621,99	638,72	617,99	550,16
-1,00	769,18	749,03	701,86	602,27
-0,9	933,15	865,69	787,84	653,81
-0,80	1110,06	985,81	873,91	703,78
-0,7	1294,41	1105,89	957,84	751,14
-0,60	1479,21	1221,97	1037,22	794,83
-0,5	1656,37	1329,84	1109,61	833,83
-0,40	1817,20	1425,25	1172,66	867,19
-0,3	1953,14	1504,24	1224,21	894,08
-0,20	2056,50	1563,37	1262,43	913,81
-0,1	2121,14	1599,96	1285,95	925,87
0,00	2143,14	1612,36	1293,89	929,92
0,1	2121,14	1599,96	1285,95	925,87
0,20	2056,50	1563,37	1262,43	913,81
0,3	1953,14	1504,24	1224,21	894,08
0,40	1817,20	1425,25	1172,66	867,19
0,5	1656,37	1329,84	1109,61	833,83
0,60	1479,21	1221,97	1037,22	794,83
0,7	1294,41	1105,89	957,84	751,14
0,80	1110,06	985,81	873,91	703,78
0,9	933,15	865,69	787,84	653,81
1,00	769,18	749,03	701,86	602,27
1,1	621,99	638,72	617,99	550,16
1,20	493,74	536,96	537,92	498,42
1,3	385,12	445,24	463,00	447,90
1,40	295,61	364,37	394,21	399,31
1,5	223,75	294,56	332,18	353,25
1,60	167,52	235,50	277,19	310,18
1,7	124,61	186,53	229,26	270,43
1,80	92,65	146,69	188,15	234,20
1,9	69,41	114,88	153,43	201,59
2,00	52,92	89,96	124,57	172,57
2,1	41,48	70,79	100,93	147,05
2,20	33,72	56,30	81,86	124,86
2,3	28,59	45,54	66,69	105,78
2,40	25,26	37,69	54,81	89,54
2,5	23,16	32,06	45,63	75,88
2,60	21,86	28,10	38,63	64,50
2,7	21,07	25,35	33,38	55,12
2,80	20,60	23,48	29,49	47,48
2,9	20,33	22,23	26,64	41,30
3,00	20,18	21,41	24,59	36,37

 

 

 

1.3 Определение  ширины зоны  перегрева

На сечении проведем температурные  линии Т^’_m=1500 ⁰C и Т^’’_m=1000 ⁰C и определим графически ширину получившейся зоны:

Δr_гр=r₂-r₁

Где r₁= 0,706 см ; r₂= 0,882 см

Δr_гр=0,882-0,706=0,176 см

Найдем зону перегрева  аналитически, для этого найдем растояние  удаления от оси шва температурной линии Т^’_m=1500 ⁰C и Т^’’_m=1000 ⁰C. Разность этих значений опишет зону перегрева.

 

r₁= 0,706 см ; r₂= 0,882 см

 

 

Следовательно

Δr_ан=0,874-0,711=0,163 см

Разница полученных значений.

 

Допустимо

 

 

 

 

Зона термическоговлияния (Т^’_m=1500 ⁰C и Т^’’_m=1000 ⁰C)

При изучении кинематики фазовых  превращений при сварке перлитных  сталей можно использовать диаграмму  состояния железо-углерод.

В зоне нашего термического влияния в промежутке 1000-1500⁰C можно выделить два основных участка

1. Ненолного расплавления
2. Перегрева

Участок неполного  расплавления:  представляет собой очень узкую область(0,1-0,4 мм) основного металла, негреваемого до частичного оплавления зерен. По  этому участку проходит граница сплавления. Он характеризуется значительным ростом зерен, скоплением примесей и имеет пониженную прочность пластичность. На этом участке равивается химическая неоднородность, особенно значимая в случае разницы в композициях основного и присадочного металлов.

Участок перегрева : находится максимальных температур нагрева термического цикл, соответствующих температуре интенсивного роста зерна аустенита (нижняя граница )-температуре плавления основного металла (верхняя граница). При сварке металл этого учаска претерпевает перегрев, выражающийсся в росте аустенитного зерна, формировании неблагоприятной структуры и, как следствие, снижение механических свойствб особенно пластичности и сопротивления хрупкому разрушению в большей степени, чем на других учасках.

 

При выборе тепловых режимов  сварки перлитных сталей предже всего  необходимо стремится к предотвращению чрезмерной закалки металла в  околошовной зоне. Это обычно достигается  путем применения подогрева и повышенных значений погонной энергии дуги, то есть путем уменьшения скорости охлаждения.

Рисунок 1-Схемы зоны термического влияния

2. Изотермы температурного поля