Министерство образования и науки Украины

Государственное высшее учебное заведение

Приазовский государственный технический университет

Кафедра «Оборудование и технология сварочного производства»

Захарова И.В.

Методические указания

к выполнению лабораторной работы «Исследование механической неоднородности в сварных соединениях термически упрочненных сталей»

Утверждено

на заседании кафедры ОиТСП

«____»___________2010 р.

протокол № ____________

Мариуполь, ГВУЗ ПГТУ, 2010

УДК 621.791.042 (077)

Методические указания к практическим занятиям «Анализ фазовых превращений в сталях при сварке»/для студентов спец. 6.050504//Сост. И.В. Захарова.- Мариуполь: ГВУЗ ПГТУ, 2010.- с.

Рассматриваются вопросы расчетного анализа фазовых превращений в сталях при сварке в зависимости от параметров термического цикла

Составитель: И.В. Захарова, доц., к.т.н.

Рецензент: В.Н.Матвиенко, доц.,к.т.н

Ответственный

за выпуск: В.А. Роянов, проф., д.т.н.

1. Теоретические положения

1. Расчет параметров термического цикла сварки, определяющих характер и кинетику фазовых превращений

Термический цикл сварки – один из главных критериев оценки влияния параметров режима на изменение структуры в металле шва и участках основного металла, подвергшихся тепловому воздействию при сварке (рис. 1).

Рис. 1 – Термический цикл сварки

Основными параметрами термического цикла сварки являются:

- максимальная температура нагрева Т_max ;

- скорость нагрева W_н в интервале температур … Т_max;

- время пребывания металла выше критической точки при нагреве (t^/), охлаждении (t^//);

- скорость охлаждения в интервалах температур превращения аустенита 800…500 ⁰С (W_800-500) и 600…500 ⁰С (W_600-500), а также соответствующие этим интервалам температур длительности охлаждения t_800-500 и t_600-500;

- мгновенная скорость охлаждения W_о при температуре наименьшей устойчивости аустенита Т_min.

На основе решения уравнения теплопроводности применительно к различным условиям схематизации процессов сварки получены следующие расчетные зависимости, используемые для определения термических циклов сварки и их параметров [1-3]:

а) наплавка валика на массивное тело (точечный быстродвижущийся мощный источник нагрева в полубесконечном теле):

- уравнение предельного состояния процесса распространения теплоты в точке А зоны термического воздействия

(1.1)

где - плоский радиус-вектор, выражающий

расстояние от точки А до оси ОХ/У_о и Z_o – неподвижные координаты точки А, связанные со свариваемым изделием; t – время, отсчитываемое от момента пересечения источником плоскости У_оО Z_o, в которой расположена точка А;

- эффективная тепловая мощность источника

нагрева: I – сварочный ток; U – напряжение на дуге;

η – эффективный КПД нагрева, принимается равным: при

ручной сварке – 0,70…0,85; при автоматической

сварке под флюсом и сварке в инертном газе

плавящимся электродом – 0,80…0,85; при сварке в

углекислом газе, а также в инертном газе

вольфрамовым электродом – 0,60…0,65. Меньшие

значения η соответствуют наплавке на поверхность

удлиненной дугой, а большие – сварке короткой

дугой с углублением ее в разделку кромок или в

сварочную ванну;

V_св - скорость сварки;

λ - коэффициент теплопроводности;

а - коэффициент температуропроводности;

W_о - мгновенная скорость охлаждения:

(1.2)

где Т_о – исходная температура свариваемого изделия;

- длительность охлаждения в интервале 600…500 ⁰С:

(1.3)

- максимальная температура нагрева в зависимости

от r_x до оси перемещения источника:

(1.4)

б) однопроходная сварка листов встык со сквозным проплавлением (мощный быстродвижущийся линейный источник в пластине):

- уравнение предельного состояния распространения теплоты:

(1.5)

где - коэффициент температуроотдачи;

α - коэффициент теплоотдачи;

У_о- расстояние от точки А до оси шва.

- длительность охлаждения в интервале 600…500^оС:

(1.6)

- мгновенная скорость охлаждения:

(1.7)

- максимальная температура нагрева на расстоянии У_о данной точки от оси шва:

(1.8)

Теплофизические характеристики для углеро-дистых, низко- и среднелегированных сталей в интервале 300…800 ^оС равны:

λ = 0,38…0,42 Дж/(см.с.⁰С) = 38…42 Вт/(м.^оС);

Сγ = 4,9…5,2 Дж/(см³.^оС) = 4,9…5,2 МДж/(м³.^оС);

а = 0,075…0,090 см²/с;

α = 5.10^-3 Дж/(см².с.^оС.

Расчет длительности охлаждения в интервале 800…500 ⁰С, а также в любом другом заданном интервале выполняется по формулам, аналогичным (1.6) или (1.3) с подстановкой соответствующих значений температуры.

При использовании формул (1.2) и (1.7) в качестве температуры наименьшей устойчивости аустенита необходимо брать величину в интервале 500…600 ^оС (для углеродистых, низко- и среднелегированных сталей). Исходную температуру Т_о в формулах (1.2), (1.3), (1.6), (1.7) необходимо брать равной комнатной температуре Т_о = 20 ⁰С или температуре предварительного подогрева.