Значения теплофизических свойств материала для расчета температурных полей. Ориентировочные параметры сварки

Значения теплофизических свойств материала для расчета температурных полей представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Теплофизические свойства материала                       

Материал	Температура среды Tср, К	Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(см×К)	Удельная теплоемкость сρ, Дж/(см3×К)	Коэффициент теплообмена а, см2/с
Низкоуглеродистая сталь	900	0,38	4,8	0,08×10-3

Ориентировочные параметры сварки представлены в таблице 1.2

Таблица 1.2 – Параметры сварки

КПД сварки, η	Диаметр проволоки d, мм	Напряжение на дуге Uд, В	Сила тока I, A	Скорость сварки  υ, м/ч	Толщина деталей δ, мм
0,8	1,4	22÷24	185	31,2	3

Определим эффективную мощность по формуле (2.1), Вт:

                                                       (2.1)

где     η – КПД сварки;

I – сила тока, А;

Uд - Напряжение на дуге, В

q = 0,8×185×23  = 3,404×10³.        

Максимальная температура определим по формуле (3.1), К:

                                         (3.1)

где     υ_св – скорость сварки, см/с;

сρ - удельная теплоемкость, Дж/(см³×К);

δ – толщина стали, см;

q - тепловая мощность, Вт.       

Выберем расчетную схему и источник теплоты, исходя из условий неравенства (3.2):

                                          (3.2)

где     Т_пл – температура плавления, Т_пл = 1808 К.

Т.к. условия неравенства выполняются, то принимаем схему пластины и быстродвижущийся линейный источник.

Определим диапазон варьирования по координатам по формуле (4.1), К:

                                          (4.1)

Определим шаг варьирования по формуле  (4.2), см:

                                      (4.2)

Найдем диапазон варьирования по Yпо формуле (4.3), см:

y = l;                                                   (4.3)

y = 1,09

Шаг по оси Y определим по формуле (4.4), см:

                                                                                        (4.4)

Определим координату X и Y к нулю по формуле (4.5), см:

x = -7,89 см

                                                (4.5)

Определим время сварки и шаг по формуле (4.6), с:

                                               (4.6)

Определение параметров термического цикла. Аналитический метод.

Определим мгновенную скорость охлаждения по формуле (4.7), К/с, при:

Tpl=1808 К; λ=0,38 Вт/(см×К); Тп=900 К; q=3,404*10^-3Вт; v=0,87 см/с; a=0,08см²/с; T=0,4Tpl, К; Cp=4,8 Дж/(см³×К); δ=0,3 см.

T = 0,4×1808 = 723,2 К

∆Tpl = 0,4×1808 = 723,2 К

                                     (4.7)

Определим максимальную температуру в точке с координатой Y=2∆Y по формуле (4.8), К:

                                (4.8)

где     υ_св – скорость сварки, см/с;

сρ - удельная теплоемкость, Дж/(см³×К);

δ – толщина стали, см;

q - тепловая мощность, Вт.        

Определим длительность пребывания металла выше температуры Т по формуле (4.9):

                                      (4.9)

По номограмме определим значение коэффициента r2, затем находим время пребывания по формуле (4.10), с:

r2 =

                             (4.10)

Определим длину сварочной ванны по формуле (4.11), см:

                                 (4.11)

Определим ширину шва по формуле (4.12), см:

B = 2×Y;                                            (4.12)

B = 2 × 1,09 = 2,18.

Определим ширину зоны нагрева между изотермами ΔТ₁ и ΔТ₂ по формуле (4.13), см:

                                         (4.13)

ΔТ₁ = 0,4Тpl;        ΔТ₂ = 0,5Тpl;

ΔТ₁ = 0,4 × 1808 = 723,2;        ΔТ₂ = 0,5 × 1808 = 904;

Δl = l₁ – l₂ ;

Δl = 0,96 – 0,86 = 0,1 см.

Список использованных источников

1Волченко, В.Н. Теория сварочных процессов / В.Н.Волченко, В.М.Ямпольский, В.А.Винокуров и др.; под ред.    В.В.Фролова. – М.: Высш. шк., 1988. – 559с.

2Рыморов Е.В. Новые сварочные приспособления / Е.В.Рыморов, - Л. Стройиздат, 1988г. - 127 с.

3 Смирнова, Ж.В. Выбор материала сварной конструкции и ее технологичность: Учебно – методическое пособие /Ж.В.Смирнова.-Н.Новгород, ВГИПУ, 2011г. - 29 с.

4 ГОСТ 8713-79 Сварка под флюсом. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. – Введ. 1977-12-29. – Изм. 1986.08, 1989.01, 1990.07.  – М.: Государственный стандарт СССР: Издательство стандартов, 1993. – 68 с.

5 ГОСТ 14771-76 Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. – Введ. 1977-07-01. – Изм. 1982.03, 1986.12, 1989.01. – М.: Межгосударственный стандарт: Издательство стандартов, 2001. – 37 с.