Задача 21

Определить длительность пребывания выше точек околошовной зоны, лежащих у границы сплавления при электрошлаковой сварке плит , , , . Теплофизические коэффициенты: , .

Решение. Используем схему линейного источника теплоты в пластине.

Определяем безразмерный критерий для пластины по формуле

, (1)

По номограмме (рис. 4) на оси абсцисс откладываем полученное значение безразмерного критерия. Из этой точки до пересечения с кривой k₂ проводим перпендикуляр. Значение точки пересечения переносим на ось ординат и находим значение, равное k₂ .

Рис. 4. Номограмма для определения k₁ и k₂ при однопроходной сварке

Для определения продолжительности пребывания металла выше Т =1300 К используем формулу

, (2)

где – эффективная тепловая мощность источника нагрева, Дж/с;

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

сρ – объемная теплоемкость, Дж/(м³ ∙ град);

δ – толщина плиты, м;

ν – скорость сварки, м/с.

Задача 22

Пластины из стали 40Х толщиной сваривают многослойным швом встык. Выбранный режим сварки: , , , ν = 0,2 cм/с.

Определить длину участка при сварке короткими участками при условии, что температура мартенситного превращения стали 40Х близка к 600 К.

Решение. Принимаем .

Поправочный коэффициент для соединения встык k_з = 1,5, коэффициент горения дуги k_Г = 0,75; .

Длина шва при сварке короткими участками, при которых температура мартенситного превращения близка к 600 К, определяется по формуле

, (1)

где – поправочный коэффициент при соединении встык (k₃ = 1,5);

–коэффициент горения дуги (для ручной дуговой сварки =0,75);

q_u – эффективная тепловая мощность дуги, Дж/с;

ν – скорость сварки, см/с;

Т_В – температура охлаждения первого слоя к моменту подогрева вторым слоем, К;

Т_Н – температура подогрева, К.

При данном режиме сварки и длине участка l первый слой охлаждается не ниже 650 К.

, (2)

где Т_М – температура мартенситного превращения, К.

. (3)

Задача 23

Определить длину сварочной ванны и термический КПД процесса при наплавке валика на массивную деталь из низкоуглеродистой стали в следующем режиме: , , , . Коэффициент теплопроводности , площадь проплавления , 1 793 К.

Решение: Длина сварочной ванны при наплавке валика на массивное тело рассчитывается по формуле

, (1)

где Т_пл – температура плавления стали, К (Т_пл=1 793 К);

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

q_u – эффективная тепловая мощность дуги, Дж/с.

Определение термического КПД выполним по формуле

, (2)

где ρ – плотность металла, кг/м³ (ρ =7,8∙10³ кг/м³);

h_пл – теплосодержание расплавленного металла, Дж/кг

(h_пл=1 340 ∙10³ Дж/кг);

F_пр – площадь проплавления, м²;

q_u – эффективная тепловая мощность, Дж/с;

v – скорость сварки, м/с.

Задача 24

На поверхность массивного тела наплавляют валик. Определить ширину зоны, нагревающейся выше температуры T = 900 К, при которой углеродистая сталь в значительной степени теряет упругие свойства. Режим сварки: эффективная мощность источника теплоты ; . Теплофизические коэффициенты: , Дж/(м³ ∙ К), . Начальная температура тела , приращение .

Решение. Определим ширину зоны двумя способами: по номограмме (рис. 2а), пригодной для источников теплоты, движущихся с любой скоростью, и по формуле

. (1)

1. Определение ширины зоны по номограмме.

Определяем безразмерный критерий приращения температуры:

,

где ∆Т – приращение температуры, К;

a – коэффициент температуропроводности, м²/с;

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

q_u – эффективная тепловая мощность, Дж/с;

ν – скорость сварки, м/с.

На оси ординат (рис. 2а) откладываем значение, найденное по уравнению (1). Из этого значения проводим прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривой. Точку пересечения с кривой проектируем на ось абсцисс и находим значение .

Ширина зоны, нагревающейся выше 900 К, равна

. (2)

II. Определяем ширину зоны по формуле

, (3)

где сρ – объемная теплоемкость, Дж/( м³ ∙ К);

– основание натурального логарифма, равное 2,718.

Определить разность ширины зоны, нагревающейся выше температуры Т = 900 К, по способу I и II.