САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра сварки судовых конструкций
Расчетное и опытное определение термических циклов в точке зоны термического влияния при наплавке валика на пластину
Методические указания к лабораторной работе
Санкт-Петербург
2012
1. Цель работы
При дуговой электросварке изделия подвергаются местному интенсивному нагреву подвижным, сосредоточенным источником теплоты - сварочной дугой. Теплота, выделяемая дугой, проплавляет кромки изделия и распространяется по металлу благодаря теплопроводности, поэтому зоны, непосредственно прилегающие к сварному шву, нагреваются, а затем охлаждаются по мере распространения теплоты в массе металла.
Рис. 1. Термический цикл точки ЗТВ.
Каждая точка вблизи сварного соединения претерпевает в процессе сварки свое конкретное изменение температуры во времени, называемое термическим циклом этой точки. На графике термического цикла точки ЗТВ (рис. 1.) можно выделить две характерные области – быстрый нагрев металла до температуры Тmax и относительно медленное охлаждение до температуры окружающей среды.
Наиболее важными параметрами термического цикла в точке являются: максимальная температура Тmax, мгновенная скорость охлаждения W(T), время t’ пребывания выше температруры T’. От значений этих параметров зависят металлургические процессы, протекающие в заданной точке ЗТВ (рис. 2).
Изучение основных закономерностей распространения теплоты и приобретение навыков расчетного и опытного определения термических циклов при сварке является целью данной работы.
Рис. 2. Зависимость структурных превращений точки ЗТВ от температуры нагрева: 1 – область температур, вызывающих перегрев стали; 2 – линия распределения максимальных температур по зоне термического влияния. I – участок перегрева, II – участок нормализации, III – участок неполной перекристаллизации, IV – участок рекристаллизации, V – участок синеломкости.
Металл шва, подвергавшийся расплавлению, характеризуется литой столбчатой структурой с пониженными механическими свойствами. Участок перегрева (I) имеет крупнозернистое строение и обладает пониженными ударной вязкостью и пластичностью. Его протяженность обычно составляет примерно 3-4 мм. Между литым металлом и участком перегрева возникает тонкая прослойка (до 0,5 мм), называемая участком неполного расплавления – здесь происходит рост зерна с образованием игольчатой структуры с повышенной хрупкостью. На участке (II) происходит частичная нормализация, которая приводит к измельчению зерна и повышению механических свойств. Длина этого участка пожжет достигать 4-5 мм. Участок (III) неполной перекристаллизации характеризуется смешанным строением мелких и крупных зерен с пониженными и механическими свойствами. В зависимости от размеров сварного шва, этот участок может растянуться до 3 мм. На участке (IV) рекристаллизации происходит восстановление формы и размеров зерен металла, а следующий за ним участок (V) уже не имеет структурных превращений.
2. Задачи работы
Закономерности распространения теплоты при сварке в данной работе изучаются применительно к автоматической наплавке валика на пластину малой толщины δ, для которой источник теплоты можно принять линейным и процесс распространения теплоты считать двумерным (плоским).
Работа включает в себя:
– Экспериментальное определение изменения температуры во времени – термических циклов (ТЦ) – в нескольких точках зоны термического влияния (ЗТВ);
– расчетное определение термических циклов в тех же точках;
– расчетное определение основных параметров полученных термических циклов;
– сопоставление расчетных и опытных данных;
– анализ полученных результатов и выводы по работе.