Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лабораторная работа1.doc
Скачиваний:
19
Добавлен:
15.05.2015
Размер:
926.72 Кб
Скачать

38.7 27.0 24.7 37.5 7.0 8.0 9.0

9.0 7.0 8.0 13.0 14.0 13.0 12.0

13.0 12.0 18.0 17.0 19.0 18.0 17.0

18.0 9.0 8.0 9.0 8.0 8.0 10.0

PACЧET ДИCПEPCИИ BOCПPOИЗBOДИMOCTИ

ПOCTPOEHИE MATEMATИЧECKOЙ MOДEЛИ

A= .438466E+02 P= .0 B= .423472E-01

X(I) YM1(I) YT(I)

38.70 .848528E+01 .851528E+01

27.00 .118272E+02 .139757E+02

24.70 .176603E+02 .154055E+02

37.50 .926764E+01 .895918E+01

ПPOBEPKA AДEKBATHOCTИ MATEMATИЧECKOЙ MOДEЛИ

MATEMATИЧECKAЯ MOДEЛЬ AДEKBATHA

Рис.1.7. Листинг расчета математической модели на компьютере

Математическая модель зависимости критического расстояния между электродами имеет вид: Lкр = 59,1819  exp( -0,0524249x)

Рис.1.8. Зависимость критического расстояния lкр от приведенного потенциала ионизации х

Лабораторная работа по сварке №2

Исследование влияния силы сварочного тока на значения коэффициентов наплавки и расплавления

2.1. Задачи работы, стоящие перед студентами

2.1.1. Закрепить теоретические знания, полученные на лекциях.

2.1.2. Получить навыки по постановке задачи и проведения иссле-дований.

2.1.3. Ознакомиться с лабораторным оборудованием и контрольно-измерительными устройствами.

2.1.4. Провести исследования экспериментальные исследования влияния силы сварочного тока на значения коэффициентов наплавки и расплавления

2.1.5. Построить математическую модель и обработать результаты экспериментальных исследований на персональных компьютерах.

2.2. Применяемое оборудование, контрольно- измерительные приборы и материалы

При проведении лабораторной работы в распоряжении студентов:

сварочный трансформатор, электрододержатель, электронные весы, штангенциркуль, металлические пластинки.

2.3. Основы теории тепловых процессов сварочной дуги и массопереноса металла через дуговой промежуток, основные параметры электродуговой сварки

Сварочная дуга является мощным концентрированным источником тепловой энергии. Электрическая энергия, потребляемая сварочной дугой, преобразуется в тепловую энергию, которая локально вводится в место соединения заготовок.

Полная тепловая энергия, выделяемая при горении электрической сварочной дуги, может быть рассчитана по формуле:

Qп = I∙U∙t, Дж (2.1 )

где I – сила сварочного тока (А); U – напряжение сварочной дуги (В); t – время сварки (с).

Однако не вся тепловая энергия, выделяющаяся при горении сварочной дуги, расходуется на нагрев и расплавление основного металла и электрода; часть тепловой энергии рассеивается в окружающей среде и расходуется на плавление покрытия электрода.

Эффективной тепловой энергией (Qэфф) называется полезно используемая при сварке теплота, которая рассчитывается по формуле:

Qэфф = I∙U∙t, Дж (2.2)

где I – сила сварочного тока, А; U – напряжение сварочной дуги ,В; t – время сварки, с.

Полная тепловая мощность рассчитывается по формуле:

Qп = I∙U, Вт (2.3)

где I – сила сварочного тока (А); U – напряжение сварочной дуги (В).

Эффективная тепловая мощность рассчитывается по формуле:

эфф = η∙I∙U, Вт ,Дж/с (2.4)

где η – коэффициент полезного использования тепловой энергии сварочной дуги; I – сила сварочного тока (А); U - напряжение сварочной дуги, В.

Величина  зависит от способа сварки, материала электрода, состава покрытия и других факторов. При сварке открытой дугой электродами с толстым покрытием =0,70…0,75, при автоматической сварке под слоем флюса =0,85…0,90.

Электроды или сварочная проволока при различных способах дуговой сварки плавлением нагреваются от двух источников тепловой энергии: эффективной тепловой энергии сварочной дуги и тепловой энергии, которая выделяется при протекании тока по вылету электрода. Тепло, выделяемое на вылете электрода, рассчитывается по закону Джоуля–Ленца, которое рассчитывается по формуле 14

,

(2.5)

где  - удельное сопротивление металла, Омм; lвыл – длина вылета не более 0,42…0,43 м; F – площадь сечения сварочной проволоки, м2.

При соблюдении оптимальных режимов сварки сварочная прово-

лока по длине вылета нагревается до 870 К (600C). Такая температура способствует ускорению процесса плавления электрода. При большей плотности сварочного тока электрод нагревается более 900 К, при этом ухудшается формирование шва и увеличивается разбрызгивание металла, обмазка отслаивается от поверхности электрода. Поэтому при ручной дуговой сварке величину тока ограничивают.

Тем­пе­ра­ту­ра в стол­бе элек­три­че­ской ду­ги по раз­ным ис­точни­кам ко­леб­лет­ся от 5000 К - 7000 К, тем­пе­ра­ту­ра на ка­то­де - 30­00 К, на ано­де - 3300 К. При та­ких тем­пе­ра­ту­рах ско­ро­сти хи­мичес­ких ре­ак­ций и ре­ак­ций дис­со­циа­ции раз­лич­ных га­зов, ве­ществ ве­ли­ки.

Высокие температуры в реакционной зоне обуславливают высокие скорости протекания химических реакций; температурная зависимость констант скоростей химических реакций определяется законом Аррениуса

K(T) = Ko exp ( - Ea/RT), (2.6)

где Ko - предэкспоненциальный множитель или множитель Аррениуса; Ea – энергия активации химических реакций, Дж/моль; R – газовая постоянная, R=8.314 Дж/(мольК); T – температура в реакционной зоне горения электрической дуги.

В реакционной зоне сварочной дуги имеют место диссоциация газов и веществ покрытий электродов.

Температура в дуговом промежутке равна Т= 5000 …7000 К, на электродных пятнах соответственно - 3000…3500 К. При этих температурах двухатомные газы полностью диссоциированы. На рис.1 приведена температурная зависимость степени диссоциации.

При тем­пе­ра­ту­рах Т ~6000 - 7000 К ки­сло­род и во­до­род практи­че­ски пол­но­стью дис­со­ции­ро­ван­ы, сте­пень дис­со­циа­ции азо­та на­мно­го мень­ше. Ато­мар­ные ки­сло­род, во­до­род, азот ак­тив­но взаи­модей­ст­ву­ют в хи­ми­че­ских ре­ак­ци­ях и ак­тив­но рас­тво­ря­ют­ся в метал­ле. В со­став по­кры­тий и флю­сов вхо­дит пла­ви­ко­вый шпат CaF2, ко­то­рый дис­со­ции­ру­ет по ре­ак­ции

CaF2 = CaF + F.

При тем­пе­ра­ту­ре Т= 3000 С сте­пень дис­со­циа­ции = 0,92. F - ато­мар­ный фтор ухуд­ша­ет ста­биль­ность го­ре­ния ду­ги вслед­ст­вие вы­со­ко­го срод­ст­ва к элек­тро­ну, но свя­зы­ва­ет во­дород, об­ра­зуя фто­ри­стый во­до­род, ко­то­рый не рас­тво­ря­ет­ся в ме­талле, тем са­мым иг­ра­ет очень важ­ную роль в ме­тал­лур­ги­че­ских процес­сах, про­те­каю­щих в элек­три­че­ской ду­ге.

Основным источником водорода в дуговом промежутке является влага, которая может содержаться в электродных материалах.

2Н2О = 2Н2 + О2

В со­став по­кры­тий и флю­сов вхо­дят кар­бонаты, на­пример, мел, мра­мор­ная крош­ка, ко­то­рые дис­со­ции­ру­ют по ре­ак­ци­ям

CaCO3 = CaO + CO2

В ду­го­вом про­ме­жут­ке про­ис­хо­дит так­же дис­со­циа­ция уг­леки­сло­го га­за по ре­ак­ции

2СО2 = 2CO + O2

При тем­пе­ра­ту­рах Т ~6000 - 7000 К ки­сло­род и во­до­род практи­че­ски пол­но­стью дис­со­ции­ро­ван­ы, сте­пень дис­со­циа­ции азо­та на­мно­го мень­ше.

О2=2О; Н2 =2Н; N2=2N

Ато­мар­ные ки­сло­род, во­до­род, азот ак­тив­но взаи­модей­ст­ву­ют в хи­ми­че­ских ре­ак­ци­ях и ак­тив­но рас­тво­ря­ют­ся в метал­ле.

Газовая среда дугового промежутка может существенно влиять на поверхностное натяжение и соответственно поверхностную энергию жидкого металла и тем самым влиять на массоперенос жидкого металла через межэлектродный промежуток.