СВАРКА И СВАРИВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Справочные данные и примеры расчетов
Теплофизические коэффициенты металлов зависят от температуры. При инженерных расчетах применяются усредненные значения коэффициентов для некоторой температуры Тср.
В табл. 2.7 приведены теплофизические коэффициенты для ряда металлов.
|
ТАБЛИЦА 2.7 ЗНАЧЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ [ЗІ
|
Ниже приведены для разных температур значения коэффициента полной теплоотдачи вертикальных листов из углеродистой стали:
TOC o "1-5" h z Т, К............................... 400 600 800 1000 1200 1400 1600
а, Дж/(мм2-с-К) . . 0,2 0,3 0,6 0,9 1,3 1,9 2,8
Примеры расчета
1. Пластины из низколегированной мартенситной стали толщиной 10 мм сваривают встык дуговой сваркой под флюсом. Режим сварки: ток 1 — 220 А;
напряжение дуги U—36 В; скорость сварки v = 22 м/ч=0,006 м/с; началь
ная температура Тн = 273 К
Определить в подвижной системе координат температуру точки зоны термического влияния с координатами относительно движущегося источника х=0,2 м; //=0,02 м.
Эффективный к. п. д. источника 4=0,8 (табл. 2.1). По табл. 2.7 прнни-
Вт Дж
маем а=0,08-10-4 м2/с; Х=40 ------------------------------ ср=5-106 ——.
м. К м3-К
Вт
Для Tcv=800 К коэффициент а=60——.Эффективная мощность дуги
м2К
по формуле (2.1)
q = 0,8-220-36 = 6340 Вт.
Коэффициент поверхностной температуроотдачи по формуле (2.9)
Ь =-------------- ^2-------- = 2,4-10-» 1/с.
5- 10е-0.01
Время, за которое источник проходит расстояние х=0,2 м,
t = —— = —2^- = зз, з с.
v 0,06
Приращение температуры точек определяем по формуле (2.16).
В точке зоны термического влияния, (у—0,02 м)
д„ 6340 / 0,022
АТ ------------------------------------------------------------------------- ехр---------------------------- I-------------
0,006-0,01 дЛ-З,14-40-5- 10е 33,3 ' 4-0,08-10~*-33,3
— 2,4- Ю-s - 33,3^ = 372 ехр (— 0,37 — 0,08) = 372-0,638 = 237 К-
Температура точки зоны термического влияния Т = АТ + Ги = 237 К+ 273 К =510 К-
2. Для условия примера 1 определить максимальную температуру и скорость охлаждения прн Т=773 К в точке зоны термического влияния с координатой у = 0,01 м
Из условия, что максимально допустимая скорость охлаждения для этой стали равна 10 К'/с, произвести корректировку режима сварки в случае, если скорость охлаждения окажется выше допустимой.
По формуле (2.16) приращение максимальной температуры
|
Гт-Г„ =____________________________________ ^______________________ (l— 2,4-10~3-0,012 ^ /------------------------------------------------------------- V----------- 2-0 08-10-4 ) V2-3,14-2,72-0,006-5-10в-0,01-0,01 4 і ’ ' = 505 К. Максимальная температура Тг =505 К+273 К=778 К- |
6340 Л 2,4-Ю-З-0,012
■д/2-3,14-2,72 -0,006-5-10«-0,01 -0,01
= 505 К.
2-3,14- 40 • 5 • 10е (773 — 273)3 , „
w0 —-------- :-------------------- і-------------------------- = 14 К/с.
/ 6340 2
Ч 0,006 0,01 /
Скорость охлаждения оказалась выше допустимой, равной 10 К/с. Уменьшить скорость охлаждения можно за счет увеличения температуры 7„ (введение подогрева) или за счет уменьшения погонной энергии сварки Определение температуры подогрева.
Из формулы (2 22)
щ(-Я-У ю Г “40 у
(т — 7 )3 = Л-«*-/- -=- Л-0'006 0!01- I = 89.1Q6 к3.
v н,/ 2п%ср 2-3,14-40-5- 10е
Откуда Т—7'н1 = 446 К.
Для уменьшения скорости охлаждения с 14 К/с до 10 К/с необходим подогрев Тп — 773—273—446 = 54 К.
Определение погонной энергии сварки. Из формулы (2.22) требуемая погонная энергия, обеспечивающая скорость охлаждения 10 К/с, равна
3,14-40 - 5 ■ 10е (773—273)3
ф„1 =0,01
Ю
= 1,25- 10е Дж/м.
6340
В примере q/v = 1,06• 10е. Погоииую энергию сварки можно увели
чить с 1,06-10* до 1,25-10* Дж/м за счет увеличения тока с 220 А до 260 А или за счет снижения скорости сварки с 22 м/ч до 10 м/ч.
3. Пластины из стали 40Х толщиной 10 мм сваривают встык многослойным швом короткими участками.
Режим сварки: ток /=180 А, напряжение дуги (/=24 В, скорость сварки о = 2 мм/с; эффективный к. п. д. ті = 0,8. Начальная температура 7'н = 290 К.
Определить длину завариваемого короткого участка с учетом того, что температура мартенситного превращения стали 40Х близка к 570 К-
Теплофизические коэффициенты принимаем, как в примере 1.
Температура охлаждения первого слоя
Гв= Г„ +50 = 570 + 50 = 620 К.
Эффективная мощность дуги
q =0,8-180-24 = 3480 Дж/с.
Поправочный коэффициент для стыкового соединения йз=1,5; коэффициент горения дуги fcr=0,75. Длину участка, прн которой первый слой не охлаждается ниже 620 К, определяем по формуле (2.30)
, ____________________ Ц?-0..75-Задо;_______________ = о, И м= ПО мм.
4-3.14-40-5-10* 0,0183-0,002 (620 — 290)2
