Глава 2.5. Расчет для участков ЗТВ мгновенной скорости охлаждения
Рассчитаем для участков ЗТВ мгновенную скорость охлаждения при Т = 500°С и сравним ее с допускаемой скоростью охлаждения для данной марки стали. Сделаем выводы о возможном трещинообразовании.
Определяем мгновенную скорость охлаждения шва при наплавке валика на лист [3,с.316]:
w = 2πλcρ×(T – T0)3/(q/vδ)2,
w = 2π×0,4×5×(500 – 20)3/(7056/(0,56×0,7)2 = 4,29 °С/с
Определяем минимальную скорость охлаждения, при которой мартенсит будет полностью исключен [1,с.466]:
wk = (T1 – Tм)/(2×1,5tм),
где Т1 – температура точки начала распада аустенита А1;
Тм – температура мартенситных превращений;
tм – минимальное время устойчивости аустенита.
По диаграмме изотермического распада аустенита для 20Х23Н13:
Т1 = 1147 °С
Тм = Т = 400 °С
tм = t = 0,8 с
wk = (T2 – Tм)/(2×1,5tм) = (1147 – 400)/(2×1,5×0,8) = 311,25 °С/с.
Таким образом, |wk| >> |w|, значит, бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит не происходит.
Вывод: процесс образования холодных трещин в сварном соединении отсутствует, т.к. хрупкие закалочные структуры не образуются.
Глава 2.6. Расчет минимальной температуры предварительного подогрева
Определим минимальную температуру предварительного подогрева, позволяющую избегать появления закалочных структур.
В связи с тем, что хрупкие структуры в сварном соединении могут способствовать образованию трещин вследствие протекания деформации и возникновения внутренних напряжений, определяющих неоднородность температурного поля в свариваемом изделии, или являются весьма нежелательными и в ряде случаев опасными.
|
|
|
Возможность образования трещин усиливается возникновением в закаленном металле структурных напряжений в связи с меньшей плотностью мартенсита, чем аустенита или его более равновесных продуктов распада.
Одним из наиболее действенных приемов для исключения появления закалочных структур, а как следствие и холодных трещин, является сварка с предварительным общим или местным подогревом. Это приводит к уменьшению скорости охлаждения при температурах распада аустенита.
Температура предварительного подогрева, позволяющая избегать появления закалочных структур, определяем по формуле [1,с.467]:
В связи с тем, что хрупкие закалочные структуры в данном сварном соединении не образуются, подогрев заготовок перед сваркой не требуется.
Глава 2.7. Определение ширины ЗТВ, нагревшейся свыше некоторой температуры
Определим ширину зоны термического влияния, нагревшейся свыше 650 °С, если начальная температура тела Тн = 23 °С:
2l = = 2,78 см
Глава 3. 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.
|
|
|
По полученной расчетным путем погонной энергии определить параметры сварки.
Исходные данные:
· марка стали 14Х17Н2;
· толщина – 5 мм = 0,5 см;
· критическая скорость охлаждения – 65 °С/с;
· температура – 620 °С.
Принимаем: λ = 0,4 Вт/(см×°С); b = c×ρ = 5,0 Дж/(см3×°С);
a = λ/сρ = 0,4/5 = 0,08 см2/с [3,c.133,таб.IV.1]; η = 0,9.
Точка горения Т = 1700 °С.
При наплавке валика на массивное тело:
WКР = 2πλ Þ q/v ≥ = = 45076,87 Дж/см
Принимаем v = 0,3 см/с = 10,8 м/ч, тогда
q = 45076,87×0,3 = 13523,06 Вт.
Принимаем U = 32 В, тогда
q = U×I×η Þ I = .
Расчетный ток:
I = = 469,55 А ≈ 500 А
Произведем проверку:
q/v ≥
= = 48000 Вт×с/см ≥ 45076,87 Дж/см
Принимаем параметры режимы сварки:
· I = 500 А
· U = 32 В
· v = 10,8 м/ч
· T0 = 620 °C
· способ сварки – АСФ.
Заключение
Целью данной курсовой работы является изучение теплового состояния металла на различных стадиях получения сварного соединения. На конкретном примере изучалось, что без учета тепловых процессов, происходящих в шве и ЗТВ при сварке. Получение сварного соединения, равнопрочного основному металлу, не подвергающегося нагреву выше температур фазовых превращений, невозможно.
|
|
|
Помимо основного вопроса — определение условий, при которых достигается необходимый нагрев изделия и его сваривание, — изучали вопрос о распределении температур в каждом отдельном случае.
Знания тепловых процессов и умение правильно ими управлять в каждом конкретном случае необходимы для инженерной деятельности, чтобы предотвратить дефекты сварки и получить необходимую структуру сварного шва и ЗТВ.
Большинство существующих способов сварки основано на нагреве материала до пластичного состояния или плавления. Необходимую для этой цели теплоту получают от источников энергии, которые различаются между собой по характеру выделения теплоты и другим признакам. Свариваемые изделия различают по свойства материала, форме и размерам. Если принять во внимание условия, при которых происходит сварка (подогрев, искусственное охлаждение, теплоотдача), то число независимых параметров, подлежащих учету в расчетах тепловых процессов при сварке, оказывается значительным.
|
|
|
В результате выполнения задания 1 мы построили изотермы для температур 1500°С, 900°С и 600°С. По изотерме 1500 °С получаем размеры сварочной ванны. Температура точек при приближенном источнике теплоты резко возрастает, достигает максимума, а затем убывает.
В результате выполнения задания 2 были получены следующие точки: 1430°С, 1147°С и 727°С. Ширина ЗТВ при 1430°С – 1,24 см, при 1147°С – 1,55 см, при 727°С – 2,47 см.
В результате выполнения задания 3 были выбраны следующие параметры сварки: тип сварки – АСФ, I = 500 А, U = 32 В, v = 10,8 м/ч, T0 = 620 °C.
Литература
1. Теория сварочных процессов : учеб. для вузов / А. В. Коновалов, А. С. Куркин, Э. Л. Макаров и др. ; под ред. В. М. Неровного. – М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007. – 752 с.
2. Теория сварочных процессов. Под ред. Фролова В.В. М.:Высшая школа, 1988 – 559с.
3. Попов А.А., Попова Л.Е. Изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита. Справочник термиста. Издательство «Металлургия»,1965 – 496с.
4. Петров О.А., Тумарев А.С. Теория сварочных процессов. М.:Высшая школа,1977 – 392с.
5. Сварка в машиностроении. Справочник 1. Под ред. Ольшанского Н.А. М.:Машиностроение,1978 – 501с.
6. Попов А.А., Попова Л.Е. Диаграммы превращения аустенита в сталях и β – растворах в сплавах металла. М.:Металлургия, 1991 – 503с.
7. Евсеев Г.Б. Оборудование и технология газоплазменной обработки металлов и неметаллических материалов. Учебник для студентов вузов. М.:Машиностроение,1974 – 312с.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 669; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!