Задача 5

Как изменится скорость охлаждения металла от , если при наплавке валика на сталь 30ХГСА толщиной 0,025 м применить подогрев металла перед сваркой. Режим сварки: ток – 250 А, напряжение дуги – 26 В, скорость сварки – 0,0066 м/с (24 м/ч). Температуру предварительного подогрева рассчитать по эквиваленту углерода.

Химический состав стали 30ХГСА: С = 0,32…0,40 %; Mn = 0,40…0,70 %; Cr = 0,80…1,10 %; Si = 0,17…0,37 %.

Решение. Эквивалент углерода С_экв рассчитывается по формуле

. (1)

Температура предварительного подогрева

, , (2)

где – общий эквивалент углерода.

(3)

где – эквивалент углерода, зависящий от толщины листа, мм.

, (4)

где s – толщина металла, мм.

Скорость охлаждения

, (5)

где – объемная теплоемкость, ,

(для стали = 5∙10⁶ ( );

– коэффициент теплопроводности, Дж/ ,

(для стали = 38 Дж/ );

q_u – эффективная тепловая мощность, Дж/с;

ν – скорость сварки, м/с;

δ – толщина свариваемого металла, м;

Т_0,τ – температура нагретого металла, К (Т_0,τ = 873 К);

Т_н – температура подогрева, К.

Температуру t_н в градусах Цельсия перевести в градусы Кельвина:

, К.

Задача 6

Рассчитать полный тепловой КПД проплавления при механизированной сварке под флюсом низкоуглеродистой стали толщиной 0,010 м встык на следующих режимах: величина тока дуги – 500 А, напряжение дуги – 30 В, скорость сварки – 0,01 м/с (36 м/ч).

Решение. Полный тепловой КПД проплавления рассчитывается по формуле

, (1)

где q_пр – тепловая мощность, затрачиваемая на проплавление, Дж/с;

q – полная тепловая мощность дуги, Дж/с;

, (2)

где ν – скорость сварки, м/с;

δ – толщина свариваемой стали, м;

В – ширина шва, м;

Т_пл – температура плавления стали, К (Т_пл= 1 773 К);

– объемная теплоемкость, Дж/ (м³ ∙ К),

(для стали = 5∙10⁶( ).

, (3)

где q_u – эффективная тепловая мощность дуги, Дж/с;

е – основание натурального логарифма (е = 2,72).

, (4)

где – эффективный КПД дуги ( = 0,8).

, (5)

где I_д – ток дуги, А;

U_д – напряжение дуги, В.

Подставляя в (1) значения (2) и (5), получим

.

Задача 7

Определить, какую температуру будут иметь точки массивного стального тела, расположенные в плоскости, перпендикулярной к оси наплавляемого валика на расстоянии R = 0,03 м от его оси, через 5, 10, 20 с после прохождения дугой исследуемой плоскости. Режим наплавки: ток дуги – 800 А, напряжение дуги – 32 В, скорость сварки – 0,01 м/с (36 м/ч), значения теплофизических коэффициентов: а = 10^-5 м²/с, λ = 38 Дж/(с  м  К).

Решение. Процесс распространения тепла в массивном теле от точечного источника описывается следующим выражением:

, (1)

где – эффективная тепловая мощность дуги, Дж/с;

– время прохождения дугой плоскости, в которой находится рассматриваемая точка, с;

– скорость сварки, м/с;

– коэффициент теплопроводности, Дж/(с ∙ м ∙ К);

a – коэффициент температуропроводности, м²/с.

, (2)

где – эффективный КПД дуги ( = 0,8);

I_д – ток дуги, А;

U_д – напряжение дуги, В.

; (1.1)

; (1.2)

. (1.3)