3. Материалы, приборы, исходные данные

1. Пластина 400х300хδ мм из малоуглеродистой стали с установленными датчиками температуры..

2. Датчики температуры – хромель-алюмелевые термопары d=0,2 мм

3. Регистрирующий прибор – цифровой регистратор электрических сигналов Параграф PL20.

4. Сварочная установка:

4.1 Автомат для сварки под флюсом АДС-1000-У3.

4.2 Выпрямитель сварочный ВКСМ-1000;

4.3 Сварочные материалы: проволока Св-08А и флюс ОСЦ-45;

5. Теплофизические свойства стали Ст3сп:

коэффициент теплопроводности λ=0,31 Вт/(см °С);

объемная теплоемкость cρ=6,4 Дж/(см³ °С);

коэффициент температуропроводности a=λ/ cρ см²/с;

коэффициент теплоотдачи α_т=33,5*10^-4, Вт/(см² °С);

4. Условные обозначения величин

T – температура, °С

I_св – сварочный ток, А

U_д – напряжение на дуге, В

υ_св – скорость сварки, м/ч

5. Экспериментальное определение термических циклов в точках зтв

На пластину толщиной δ=5..6 мм производится автоматическая наплавка валика дуговой сваркой под слоем флюса. Режим сварки (I_св, U_д, υ_св) должен обеспечивать почти полное проплавление пластины и равномерный прогрев по толщине, чтобы в тепловом отношении можно было считать действующий источник теплоты линейным. Это допущение справедливо при значениях удельной погонной энергии q_п/ δ²>12,5 кДж/см³.

До выполнения наплавки в пластине с обратной стороны сварки просверливаются отверстия диаметром 1-1,5 мм на глубину равную δ/2. Отверстия выполняются в центральной части пластины на расстоянии 10 и 17 мм¹ от оси будущего шва. В эти отверстия привариваются датчики температуры (термопары), представляющие собой спаи двух разнородных металлов (рис. 3).

Рис. 3. Схема установки датчиков температуры.

Выводы датчиков температуры подключаются к высокочувствительным приборам для измерения малых электрических токов (в простейшем случае – к гальванометрам). Нагрев спая термопары вызывает изменение термоэлектродвижущей силы (термоЭДС), которое фиксируется измерительным прибором, отградуированным на конкретную термопару. Тип термопары и её внешнее сопротивление должны соответствовать градуировке измерительного прибора. Для различных диапазонов измеряемых температур и для различных условий эксплуатации разработаны соответствующие типы термоэлектрических датчиков.

В данной лабораторной работе для измерения и регистрации сигналов, полученных от датчиков температуры, используется электронный регистратор ПАРАГРАФ PL20². Прибор позволяет получать информацию с двух датчиков до 10 раз в секунду и сохранять её в энергонезависимой памяти. Данные отображаются на жидкокристаллическом экране в виде графика изменения температуры во времени, и могут быть экспортированы в распространенные компьютерные форматы (Text, Bitmap, Excel, HTML и т.д.).

Экспериментальное определение термических циклов заключается в установке датчиков температуры в заданных точках ЗТВ, настройке регистратора на используемый тип термопары и запуске процесса регистрации с требуемой частотой опроса датчиков.

Полученная информация переносится на жесткий диск компьютера специализированным программным обеспечением (рис. 4) и подлежит анализу и сопоставлению с результатами расчетов.

Рис. 4. Термические циклы точек ЗТВ, построенные по эмпирическим данным.