 |
Задание теплофизических свойств материала (стали 15Х5М)
|
|
|
|
Практическая работа №3
Расчет параметров термических циклов при автоматической сварке под флюсом
Теоретическая часть
Автоматическая дуговая сварка (АДС) под флюсом по сравнению с ручной дуговой сваркой покрытыми электродами обладает рядом таких преимуществ, как:
- большая производительность (за счет повышенных параметров сварки: постоянного тока Iд, напряжения Uд и скорости сварки vсв);
- меньшие потери электродного металла;
- отсутствие брызг:
- большая глубина проплавления;
- возможность повторного использования флюса, не расплавившегося при сварке;
- более высокое качество сварного соединения за счёт надежной шлаковой защиты сварочной ванны от кислорода и азота воздуха;
- однородность металла шва по химическому составу;
- улучшение формы шва и сохранение постоянства его размеров, а, следовательно, меньшая вероятность образования дефектов формирования сварного соединения;
- улучшенные условия работы (отсутствие задымления и излучения открытой дуги);
- отсутствие перерывов в процессе сварки, вызванных необходимостью смены электродов и др.
Но несмотря на все эти преимущества, автоматическая сварка под флюсом хромистых жаропрочных сталей типа 15Х5М не получила столь широко распространения как ручная дуговая сварка (РДС). Это обусловлено, прежде всего, возможностью проведения сварки (в основном) в нижнем пространственном положении.
Кроме того при АДС используются более высокие значения сварочного тока, чем при РДС. Отмеченное может привести к перегреву структуры в околошовной зоне и соответственно к снижению стойкости к холодным трещинам в процессе сварки, а также явится причиной преждевременных аварийных отказов крупногабаритных сварных конструкций при высокотемпературных условиях эксплуатации.
|
|
|
Автоматическая сварка под слоем флюса стали 15Х5М может выполняться:
- с предварительным подогревом (I вариант), что позволяет добиться снижения скоростей нагрева и охлаждения, однако увеличивает время пребывания выше верхней критической точки AC3 (что способствует огрублению структуры расширяет зону термического влияния (ЗТВ) с мартенситной структурой);
- без подогрева и сопутствующего охлаждения(II вариант), что обеспечивает все перечисленные выше типичные достоинства и недостатки АДС под флюсом;
- с сопутствующим охлаждением (III вариант), что позволяет добиться сокращения времени пребывания выше верхней критической точки AC3,что способствует существенному уменьшению ЗТВ [4], однако увеличивает скорости нагрева и охлаждения в сварном соединении.
В ходе расчетов, выполненных в работе [1], было получено теоретическое распределение максимальных температур, представленное на рисунке 3.1, для автоматической сварки под флюсом с нагревом (I) и без него(II).
Рисунок 3.1 – Распределение температур при автоматической сварке под флюсом (сверху сварка с подогревом, снизу – без подогрева)
В работе[1] также приведены результаты экспериментальных исследований распределения температуры при сварке всех трех вариантов. Эксперимент проводился на установке, представленной на рисунке 3.2.
Таблица 3.1 – Основные параметры термических циклов
автоматической сварки под флюсом
Рисунок 3.2 – Экспериментальная установка для определения термического цикла при автоматической сварке под флюсом фото
Рисунок 3.3 – Термические циклы околошовного участка (Тmax=1150 0C)
для сварки с подогревом:
1 -
Рисунок 3.4 – схема размещения и монтажа термопар для экспериментального определения термического цикла в околошовной зоне при автоматической сварке под флюсом
|
|
|
1- свариваемые пластины; 2- термопары.
В ходе выполнения данной работы необходимо выполнить теоретические расчеты и получить распределение температур для сравнения автоматической сварки под флюсом с сопутствующим охлаждением (III) и без него(II) по режимам представленным в таблице 3.1.
Рассмотрены три варианта исследования термических циклов, из них два, сварка с охлаждением на воздухе и сварка с сопутствующим охлаждением.
Таблица 3.1 – Параметры режимов автоматической дуговой сварки стали 15Х5М толщиной 10мм* [1]
| Вид сварки | Iсв, A | U, В | Vсв, м/ч |
| АДС | |||
| АДС с охлаждением |
*-сварка постоянным током обратной полярности
Для моделирования технологических воздействий при сварке, влияющих на распределение температур, как уже было сказано выше, применяются различные приёмы.
Одним из таких приемов является учет коэффициента поверхностной теплоотдачи a (таблица 3.2). В формулах его учитывают в виде коэффициента температуроотдачи b.
Таблица 3.2 – Значения коэффициента поверхностной теплоотдачи a для различных контактирующих сред[3]
| Контактирующие среды | a, Вт/(м2·K) |
| Спокойная вода – металлическая стенка | 350-580 |
| Текущая вода – металлическая стенка | 350+2100 
|
| Кипящая вода – металлическая стенка | 3500-5800 |
| Конденсирующийся водяной пар | |
| Воздух – гладкая поверхность | 5,6+4· v |
v – скорость течения потока, м/с
Для определения температурных полей при автоматической дуговой сварке с определенным уровнем допущения можно применять расчётную схему подвижного линейного источника в бесконечной пластине.
Для расчета температурного поля подвижного линейного источника в период теплонасыщения в бесконечной пластине c теплоотдачей [1,2] используем зависимость:
где x – расстояние от источника нагрева до рассматриваемой точки по оси, совпадающей с вектором скорости;
– коэффициент температуроотдачи с поверхности;
t – время с момента начала действия источника нагрева.
Для расчета температурного поля предельного состояния подвижного линейного источника в бесконечной пластине применяется формула [1,2]:
где K0 – функция Бесселя второго рода нулевого порядка.
|
|
|
Оборудование и материалы
1) Компьютеры с операционной системой Microsoft Windows и установленной системой компьютерной алгебры MathCAD.
2) Методические указания.
Ход работы
Задание теплофизических свойств материала (стали 15Х5М)
|
|
|
