4 Выбор расчетной схемы тепловых процессов

Расчетная схема: Линейный движущийся источник нагрев пластины.

(4.1)

где – расстояние от точки, где определяется температура, до источника тепла, см;

– температура в точке с координатами , в момент времени , град;

– теплопроводность, ;

– коэффициент температуроотдачи, с ;

– толщина пластины, см.

Расчет теплового процесса приведен в приложении 1. Представлена программа для расчета и графики температурного поля и термического цикла в графической части курсовой работы.

Схема быстродвижущегося линейного источника в пластине теле представлена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Схема линейного источника в пластине.

Расчеты температурных полей и термических циклов произведен в программе MathCAD. Программа расчета представлена в Приложении Б.

5 Прогнозирование структуры сварного соединения

Термическим циклом называют изменение температуры во времени в данной точке свариваемого изделия. Структура материала свариваемого изделия существенно зависит от термических цикла и от максимальной скорости охлаждения в исследуемой точке.

При сварке плавлением возможны следующие фазовые превращения под воздействием термического цикла:

1. Кристаллизация;

2. Полиморфные превращения, например, образование закалочной структуры, в частности, мартенсита;

3. Эвтектоидные превращения;

4. Распад пересыщенных твердых растворов (старение) и обратный ему процесс растворения фаз в твердом состоянии.

Процессы фазовых превращений при сварке сопровождаются развитием физической неоднородности и химической неоднородности. Поэтому важно прогнозирование структур как в самом шве так и в зоне термического влияния.

Для оценки структуры материала 30ХГТ воспользуемся структурной диаграммой (рисунок 5.1) и построенными термическими циклами

(рисунок 4.2).

Рисунок 5.1 – Структурная диаграмма стали 30ХГТ

Рассчитываем скорость охлаждения термического цикла для интервала температур от 400 до 300 °С по формуле:

(5.1)

где ω – скорость охлаждения, град/с;

Т_i ,Т_i+1 - температура в двух соседних точках термического цикла, град;

Δt – шаг между соседними точками термического цикла, с.

Рассчитываем скорость охлаждения при по формуле (5.1), температуры и шаг берем из графика термического цикла.

По структурной диаграмме (рисунок 5.1) определяем составляющую, для данной скорости охлаждения получаем – 15% феррита и 95% перлит+бейнит.

Скорость охлаждения при по формуле (5.1):

При данной скорости охлаждения получаем –18% феррита и 98% перлит+бейнит.

Исходная структура стали 30ХГТ и структура, полученная после охлаждения, т.е мартенсит представлены на рисунке 5.2.

а) б)

Рисунок 5.2 – Структуры стали 30ХГТ:

а) исходное состояние

б) 15% феррита и 95% перлит+бейнит.

6 Оценка состава металла сварного шва

С применением данных значений параметров шва находятся площадь поперечного сечения шва и суммарная площадь расплавленных кромок основного металла, из отношения которых определяется доля участия основного металла в образовании шва.

, ,

где - площадь шва;

- площадь кромок.

(6.1)

Процентное содержание металла в шве находится по формуле:

(6.2)