Глава 1.2. Расчет распределения температур вдоль оси шва и построение кривых распределения температур

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

Расчет температур ведем по формуле [4, с. 141]:

, (1)

где – эффективная тепловая мощность дуги, Вт;

– начальная температура, 23 °С;

– коэффициент теплопроводности, Вт/(см×°С);

– скорость сварки, 18 м/ч = 0,50 см/с;

a – коэффициент температуропроводности, см²/с;

R – расстояние от точки плавления до точки, в которой необходимо определить температуру, мм;

, (2)

где z – аппликата заданной точки (z = 0), мм.

Для стали 20Х: = 0,40 Вт/(см×°С);
cρ = 5,0 Дж/(см³×°С); a = λ/сρ = 0,4/5 = 0,08 см²/с [1, c. 187, таб. 5.1].

Найдем эффективную тепловую мощность по следующей формуле:

, (3)

где I_св – сила тока, 100 А;

– напряжение источника, 20 В;

– КПД источника. Для полуавтоматической сварки в среде CO₂ принимаем = 0,85.

q _и = 100×20×0,85 = 1700 Вт

Рассчитаем температуру точек вдоль оси шва для y = ±0,05 см; y=±0,15 см;
y=±0,30 см; y=±0,50 см; y=±0,70 см; y = ±1,0 см; y = ±1,5 см; y = ±2,0 см, а результаты занесем в таблицу 1.

Таблица 1. Распределение температур вдоль оси шва

	y= 0,0 см		y= ±0,05 см		y =±0,15 см		y =±0,30 см		y =±0,50 см		y =±0,70 см		y =±1,0 см		y =±1,5 см		y =±2,0 см
x, см	R ,см	T, ° С	R ,см	T, ° С	R ,см	T, ° С	R ,см	T, ° С	R ,см	T, ° С	R ,см	T, ° С	R ,см	T, ° С	R ,см	T, ° С	R ,см	T, ° С
-10,0	10,000	91	10,000	91	10,001	90	10,004	90	10,012	88	10,024	86	10,050	81	10,112	70	10,198	59
-8,0	8,000	108	8,000	108	8,001	107	8,006	106	8,016	103	8,031	99	8,062	92	8,139	77	8,246	61
-6,0	6,000	136	6,000	136	6,002	135	6,007	133	6,021	128	6,041	122	6,083	109	6,185	84	6,325	62
-4,0	4,000	192	4,000	192	4,003	190	4,011	186	4,031	175	4,061	161	4,123	135	4,272	91	4,472	58
-3,0	3,000	248	3,000	248	3,004	245	3,015	237	3,041	219	3,081	193	3,162	152	3,354	90	3,606	51
-2,0	2,000	361	2,001	360	2,006	354	2,022	335	2,062	293	2,119	243	2,236	168	2,500	80	2,828	41
-1,5	1,500	474	1,501	472	1,507	462	1,530	426	1,581	355	1,655	275	1,803	169	2,121	69	2,500	35
-1,0	1,000	699	1,001	697	1,011	669	1,044	588	1,118	441	1,221	301	1,414	154	1,803	54	2,236	29
-0,7	0,700	989	0,702	981	0,716	922	0,762	754	0,860	500	0,990	299	1,221	132	1,655	44	2,119	27
-0,5	0,500	1376	0,502	1362	0,522	1233	0,583	918	0,707	524	0,860	278	1,118	111	1,581	38	2,062	25
-0,3	0,300	2278	0,304	2220	0,335	1833	0,424	1106	0,583	502	0,762	233	1,044	86	1,530	32	2,022	25
-0,2	0,200	3405	0,206	3246	0,250	2337	0,361	1156	0,539	458	0,728	201	1,020	74	1,513	30	2,010	24
-0,1	0,100	6787	0,112	5840	0,180	2950	0,316	1113	0,510	391	0,707	167	1,005	63	1,503	29	2,002	24
0,0	0,000	∞	0,050	11594	0,150	2845	0,300	906	0,500	307	0,700	131	1,000	53	1,500	27	2,000	24
0,01	0,010	63566	0,051	10984	0,150	2758	0,300	879	0,500	298	0,700	128	1,000	52	1,500	27	2,000	24
0,02	0,020	29869	0,054	9963	0,151	2648	0,301	847	0,500	289	0,700	125	1,000	51	1,500	27	2,000	24
0,03	0,030	18715	0,058	8881	0,153	2518	0,301	822	0,501	280	0,701	121	1,000	50	1,500	27	2,000	24
0,04	0,040	13193	0,064	7659	0,155	2396	0,303	787	0,502	271	0,701	118	1,001	49	1,501	27	2,000	24
0,05	0,050	9920	0,071	6550	0,158	2258	0,304	759	0,502	263	0,702	115	1,001	48	1,501	27	2,001	24
0,07	0,070	6262	0,086	4853	0,166	1972	0,308	697	0,505	245	0,703	109	1,002	47	1,502	26	2,001	24
0,09	0,090	4305	0,103	3616	0,175	1712	0,313	636	0,508	228	0,706	103	1,004	45	1,503	26	2,002	23
0,11	0,110	3115	0,121	2739	0,186	1465	0,320	574	0,512	212	0,709	97	1,006	44	1,504	26	2,003	23

По данным таблицы 1 строим кривые распределения температур вдоль оси шва (см. приложение 1). При быстром движении источника тепло не успевает распространиться вперед, поэтому впереди источника изотермы сливаются. Позади источника изотермы вытянуты и узки.

Глава 1.3. Расчет распределения температур перпендикулярно оси шва и построение кривых распределения температур

Считаем, что в пластине достигнуто предельное установившееся тепловое состояние, для которого температурное поле, перемещающееся вместе с дугой, постоянно.

Производим расчеты при значениях x = 0,11 см; x = 0,09 см; x = 0,07 см;
x = 0,05 см; x = 0,04 см; x = 0,03 см; x = 0,02 см; x =0,01 см; x = -0,1 см;
x = -0,2 см; x = -0,3 см; x = -0,5 см; x = -0,7 см; x = -1,0 см; x = -1,5 см; x = -2,0 см;
x = -3,0 см; x = -4,0 см; x = -6,0 см; x = -8,0 см; x = -10,0 см; по формулам (1) и (2).

На примере произведем расчет при x = -0,5 см. Возьмем y = 1,0 см:

R = = 1,118 см;

T(R;x) =23 + ×exp() = 111 °C.

Аналогично определяем остальные значения температур при различных координатах y.

Полученные результаты температур точек занесем в таблицу 2.

Таблица 2. Распределение температур перпендикулярно оси шва

	x= 0, 11 см		x=0, 0 9 см		x=0, 0 7 см		x=0, 0 5 см
y, с м	R, с м	T, °С	R, с м	T, °С	R, с м	T, °С	R, с м	T, °С
0	0,110	3115	0,090	4305	0,070	5884	0,050	8757
±0,05	0,121	2744	0,103	3618	0,086	4559	0,071	5812
±0,15	0,186	1465	0,175	1713	0,166	1862	0,158	1993
±0,30	0,320	576	0,313	636	0,308	656	0,304	672
±0,50	0,512	212	0,508	228	0,505	232	0,502	234
±0,70	0,709	97	0,706	103	0,703	104	0,702	104
±1,0	1,006	44	1,004	45	1,002	45	1,001	45
±1,5	1,504	26	1,503	26	1,502	26	1,501	26
±2,0	2,003	23	2,002	23	2,001	23	2,001	23

Продолжение таблицы 2

	x=0, 0 4 см		x=0, 0 3 см		x=0, 0 2 см		x=0, 0 1 см
y, с м	R, с м	T, °С	R, с м	T, °С	R, с м	T, °С	R, с м	T, °С
0	0,040	13193	0,030	18715	0,020	29869	0,010	63566
±0,05	0,064	7655	0,058	8826	0,054	9995	0,051	10986
±0,15	0,155	2390	0,153	2519	0,151	2640	0,150	2749
±0,30	0,303	789	0,301	819	0,301	849	0,300	878
±0,50	0,502	271	0,501	280	0,500	289	0,500	298
±0,70	0,701	118	0,701	121	0,700	125	0,700	128
±1,0	1,001	49	1,000	50	1,000	51	1,000	52
±1,5	1,501	27	1,500	27	1,500	27	1,500	27
±2,0	2,000	24	2,000	24	2,000	24	2,000	24
	x=- 0, 1 см		x=- 0, 2 см		x=- 0, 3 см		x=- 0, 5 см
y, с м	R, с м	T, °С	R, с м	T, °С	R, с м	T, °С	R, с м	T, °С
0	0,100	6787	0,200	3405	0,300	2278	0,500	1376
±0,05	0,112	5854	0,206	3242	0,304	2218	0,502	1359
±0,15	0,180	2943	0,250	2337	0,335	1828	0,522	1233
±0,30	0,316	1111	0,361	1159	0,424	1104	0,583	918
±0,50	0,510	391	0,539	459	0,583	502	0,707	524
±0,70	0,707	166	0,728	201	0,762	233	0,860	278
±1,0	1,005	63	1,020	74	1,044	86	1,118	111
±1,5	1,503	29	1,513	30	1,530	32	1,581	38
±2,0	2,002	24	2,010	24	2,022	25	2,062	25
	x=- 0, 7 см		x=-1 , 0 см		x=-1 , 5 см		x=-2 , 0 см
y,мм	R, с м	T, °С	R, с м	T, °С	R, с м	T, °С	R, с м	T, °С
0	0,700	989	1,000	699	1,500	474	2,000	361
±0,05	0,702	981	1,001	696	1,501	473	2,001	360
±0,15	0,716	922	1,011	669	1,507	461	2,006	354
±0,30	0,762	756	1,044	588	1,530	426	2,022	335
±0,50	0,860	500	1,118	441	1,581	355	2,062	294
±0,70	0,990	299	1,221	301	1,655	275	2,119	243
±1,0	1,221	132	1,414	154	1,803	169	2,236	168
±1,5	1,655	44	1,803	54	2,121	69	2,500	80
±2,0	2,119	27	2,236	29	2,500	35	2,828	41

Окончание таблицы 2.

	x=-3 , 0 см		x=-4 , 0 см		x=-6 , 0 см		x=-8 , 0 см		x=-10 , 0 см
y, с м	R, с м	T, °С	R, с м	T, °С	R, с м	T, °С	R, с м	T, °С	R, с м	T, °С
0	3,000	248	4,000	192	6,000	136	8,000	108	10,000	91
±0,05	3,000	248	4,000	192	6,000	136	8,000	108	10,000	91
±0,15	3,004	246	4,003	191	6,002	135	8,001	107	10,001	90
±0,30	3,015	237	4,011	186	6,007	133	8,006	106	10,004	90
±0,50	3,041	218	4,031	175	6,021	128	8,016	103	10,012	88
±0,70	3,081	194	4,061	161	6,041	122	8,031	100	10,024	86
±1,0	3,162	152	4,123	135	6,083	109	8,062	92	10,050	81
±1,5	3,354	90	4,272	91	6,185	84	8,139	77	10,112	70
±2,0	3,606	51	4,472	58	6,325	62	8,246	61	10,198	59

Полученные результаты расчета представляем графически в виде кривых распределения температур на поверхности изделия по прямым, перпендикулярным оси шва (см. приложение 2).

Удаление точек от оси сваки приводит сначала к резкому падению температуры, а потом постепенному выравниванию с температурой основного металла.

Глава 1.4. Построение изотерм на поверхности изделия

Графически, по кривым распределения шва, можно получить координаты x любой температуры при координатах y =0..2,0, а по кривым распределения температур перпендикулярно оси шва – координаты y любой температуры при заданных координатах x.

Получим изотермы 1500°С, 900°С и 600°С. Для решения данного задания проводим прямые, соответствующие данным температурам на приложениях 1 и 2. Отрезки, полученные при пересечении кривой распределения температур с прямой, соответствующей данной температуре, откладываем в масштабе по оси X и Y. Строим изотермы температурного поля предельного состояния для вышеуказанных температур (см. приложение 3).

По полученным изотермам можно сделать следующие выводы:

1) температура точек при приближенном источнике теплоты резко возрастает, достигает максимума, а затем убывает;

2) снижение температуры происходит с меньшей скоростью, чем ее подъем;

3) максимум температуры в точках, находящихся не на оси OX , достигается после прохождения источником теплоты плоскости, параллельной YOZ, в которой находится рассматриваемая точка;

4) в более удаленных от оси OX точках максимальная температура достигается позже и имеет меньшее численное значение по сравнению с точками, расположенными ближе к оси OX .

Глава 2. Задание 2

Рассчитать термический цикл для точки, расположенной на изотерме 1500 °С на расстоянии X₀ = 1 см, через 2, 4, 8, 12, 16, 20, 24, 28 с.

Вычислить температуру точки начала шва на расстоянии 25 мм (стадия теплонасыщения) и спустя 3 с после окончания сварки.

Рассчитать распределение максимальных температур в поперечном сечении сварного соединения (зону термического влияния – ЗТВ) на расстоянии по оси
y–y₀ ±10, ±20 мм и по оси x–x₀ ±10, ±20, ±30 мм.

Определить протяженность участков ЗТВ в заданных условиях.

Рассчитать для участков ЗТВ мгновенную скорость охлаждения при T = 500 °С. Сделать выводы о возможном трещинообразовании.

Найти минимальную температуру предварительного подогрева, позволяющую избежать появления закалочных структур.

Определить ширину ЗТВ, нагревшейся выше 650 °С.

Результаты расчетов представить в виде таблиц и графиков.

Исходные данные:

· марка стали – 20Х23Н13

· толщина пластины – δ = 7 мм = 0,7 см

· способ сварки – АСФ

· параметры режима сварки – I = 280 А; U = 28 В; v = 20 м/ч = 0,56 см/с

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 1125; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 5 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!