Зміст

Реферат…………………………………………………........................................4

Вступ……………………………………………………........................................5

1. Розрахунок температурного поля граничного стану по вісі переміщення джерела нагрівання. Побудова поверхневих ізотерм.........................................6

2. Порівняння температур точок тіла в період теплонасичення і

граничного стану температурного поля…….....................................................10

3. Розрахунок термічного циклу точки, нагрітої до температури

Т=1350 ⁰С ………………………………….........................................................13

4. Розрахунок розподілу максимальних температур. Визначення протяжності ділянок ЗТВ.........…...… ……......................................................16

5. Визначення структури металу, що зварюється, по точці, що нагрівається до Т=1350 ⁰С ……………....................................................................................21

Висновки…………………………………….......................................................24

Перелік посилань………………………..............................................................25

Умовні позначення, які були використані у курсовій роботі

Т – температура твердого тіла, ⁰С ;

t – час, с;

x,y,z – прямокутні координати рухомої системи, м;

R – просторовий радіус-вектор, відстань точки від початку рухомої системи координат, R² = x² + y² + z², м;

r – плоский радіус-вектор елемента рухомого поля ( для пластини) від початку координат r²=x²+y²,м;

r_x – перпендикуляр з аналізованої точки на вісь переміщення джерела нагрівання,

r_x²=y²+z²,м;

q_u = η_u I _зв U_д – ефективна теплова потужність джерела, Вт;

η_u – ефективний ККД нагрівання муталу, що зварюється;

I_зв – сила зварювального струму, А;

U_д – значення напруги на дузі при зварюванні, В;

V_зв – швидкість зварювання, м/г;

δ – товщина зварювальної пластини, м;

T_м – макисмальна температура точки, ⁰С;

t_м – час настання максимальної температури, с;

T_с – температура навколишнього середовища, початкова температура тіла, температура попереднього підігріву, ⁰С;

W_кр – швидкість (критична) охолодження, град/с;

cγ – обє’мна теплоємність металу, Дж/м³град;

λ – коефіціент теплопровідності, Вт/мград;

α – коефіціент тепловіддачі, Вт/м²град;

a= λ/ cγ – коефіціент температуропровідності, м²/с;

B=2 α/ cγδ – коефіціент температуровіддачі пластини, с^-1;

ψ₂(ρ₂, τ), ψ₃(ρ₃, τ) – коефіціент теплонасичення для пластин і напівнескінченного тіла;

РЕФЕРАТ

Розрахунково - пояснювальна записка містить 21 сторінку, 6 рис., 6 таблиць, 3 джерела.

Об'єкт дослідження. Наплавлення валика на напівнескінченне тіло швидкорухомим потужним точковим джерелом (далі в записці-ШПТД). Мета роботи. Придбання практичних навиків застосування основ курсу «Теорія процесів зварювання» для вирішення питань зварювального виробництва. У курсовій роботі обрана схема розподілу температурного поля, розрахований розподіл температур уздовж осі шва. Проведена побудова наступних графіків:

̶ побудовані криві температур на одному графіку для розрахункових точок тіла: в період теплонасичення і граничного стану температурного поля;

̶ побудовані ізотерми температур 200 ... 1350 ͦ С на поверхні виробу;

̶ розрахований і побудований термічний цикл точки; ̶ розрахований і побудований графік розподілу температур у поперечному перетині шва при граничному температурному полі і на двох різних стадіях періоду теплонасичення;

̶ розраховано і за розрахунками побудований графік розподіл максимальних температур в поперечному перетині зони термічного впливу (далі в записці ЗТВ) зварного з'єднання, на підставі чого визначена протяжність окремих ділянок ЗТВ в даних умовах: ділянки неповного розплавлення, визначена кінцева структура точки ЗТВ, яка нагрівається до 1350 ͦ С.

ВСТУП

Застосовуємо схему швидкорухомого потужного джерела, рухомого на поверхні напівнескінченного тіла. Неправильний режим нагріву і охолодження виробу в процесі зварювання плавленням може стати причиною появи доволі серйозних дефектів таких як: тріщини, непровари, підрізи, тощо. Тепловий стан метала, шлаку та інших компонентів взаємодіючих в процесі утворення зварного з'єднання, значною мірою зумовлює характер, напрямок і швидкість протікання всіх фізико-хімічних і металургійних процесів. Величина і характер деформацій, а також напружень, які виникають у зварних конструкціях при зварюванні, залежать головним чином від циклу нагрівання і охолоджування виробу від характеру температурних полів. Особливостями розподілу тепла, швидкості відводу тепла і охолодження місця зварювання визначається структура металу шва і ЗТВ. З тепловими процесами безпосередньо пов'язані такі найважливіші характеристики зварювання як швидкість нагріву металу, швидкість розплавлення, продуктивність зварювання та її техніко-економічна ефективність. Таким чином, без урахування теплового стану металу не можна досить глибоко пояснити більшість явищ, які спостерігаються при зварюванні. Щоб вивчити зварювальні процеси і навчитися управляти ними потрібно мати хоча б поверхове уявлення про закони нагрівання тіла і розповсюдження в ньому тепла. Наука про теплові основи зварювання розглядає процеси розподілу тепла при нагріванні металу, вплив їх на процеси плавлення металу, а також на термічний цикл і виникнення у шві та основному металі структурних та об'ємних змін.

1. Розрахунок температурного поля граничного стану по вісі переміщення джерела нагрівання. Побудова поверхневих ізотерм

Температурним полем - називається сукупність значень температур у всіх точках розглянутого простору в даний момент часу. Якщо простежити за зміною температурного поля у зварювальному виробі при зварюванні зосередженим джерелом тепла,то можно встановити, що на початку його дії, область високих температур менша, потім воно зростає до певних розмірів. Після припенення дії такого джерела, охолоджування металу відбувається інтенсивніше, оскільки, додаткового введення тепла немає, введене тепло розповсюджується в тілі.

ШПТД - швидкорухоме потужне точкове джерело постійної потужності, що швидко рухається прямолінійно з постійною швидкістю на поверхні напівнескінченного тіла.

Схема ШПТД розроблена для специфічного температурного поля, яке настає при пропорційному збільшенні потужності дуги і швидкості зварювання при , . Попереду джерела поширенням тепла можна знехтувати, тому що внаслідок високої швидкості переміщення тепло не поширюється. Ізотерми витягнуті і в більшій своїй частині паралельні один одному. Для схеми ШПТД характерний тепловідвід перпендикулярно осі шва. На практиці навіть при дуже великих швидкостях тепло поширюється перпендикулярно тільки поблизу шва, тому розрахунки температур по рівнянню (1) більш точні для точок, що лежать поруч зі швом.

Рівняння може використовуватися для технічних розрахунків, коли швидкість V, хоча і не прямує до нескінченності, але досить велика. Для розрахунку граничного стану процесу поширення тепла використовуєм формулу:

; (1)

де: Вт;

де: I_зв – сила струму при зварюванні, А;

U_д – напруга на дузі, В;

- коефіцієнт корисної дії;

- коефіцієнт теплопровідності;

- коефіцієнт температуропровідності, м/с²;

V_зв – швидкість зварювання, м/с

X та Y координати точок, мм.

Т ⁰С

Результати розрахунку наведені в таблиці 1.

Таблиця 1 - Розрахунок значень температур в повздовжньому перетині

y,м x,м	0	0,005	0,01	0,015	0,02	0,025
0,001	149200	84	1,510-8	0	0	0
0,002	74462	1770	0,024	0	0	0
0,003	49750	4106	2,31	0	0	0
0,004	37310	5746	21	1,810-3	0	0
0,005	29850	6682	75	0,042	0	0
0,006	24870	7146	169,5	0,3	0	0
0,007	21320	7320	296,3	1,4	0	0
0,008	18660	7321	442	4	610-3	0
0,009	16580	7220	596	9	0,03	0
0,01	14920	7061	748	17,7	0,09	110-4
0,015	9949	6041	1353	122	3,4	0,038
0,02	57462	5133	1671	257	19	0,6
0,025	5970	4425	1803	404	49,7	3,6
0,03	4975	3876	1834	527	92	10
0,035	4264	3443	1813	622	139,4	20
0,04	3731	3094	1765	693	187	35
0,045	3316	2808	1705	742	232	52
0,05	2985	2528	1640	776	272	71
0,1	1492	1385	1106	761	451	230
0,2	746	718,8	642,5	533	410	293
0,3	497	485	450	397	334	267
0,4	373	366,2	346	315	277	234
0,5	298	294	281	261	235	205
0,6	249	246	237	222	204	182
0,7	213	211	204	193,6	180	163
0,8	186,6	185	180	171	161	148