2. Формы тела упрощают

• Название: 2. Формы тела упрощают
• Дата: 19.09.2019
• Размер: 2.51 Mb.
• Имя файла: 247584 (1).rtf
• Тип: Документы; #87231
• страница: 3 из 5

3. Расчёт термического цикла точки, нагретой до т=1350°С
Изменение температуры во времени в данной точке называется термическим циклом. При установившемся температурном поле термические циклы точек, расположенных на одинаковом расстоянии от оси движения источника теплоты, одинаковы, но смещены во времени.

Основные характеристики термического цикла: максимальная температура, скорость нагрева и скорость охлаждения при различных температурах, а также длительность пребывания материала выше заданной температуры. Эти характеристики цикла зависят от режима сварки, теплофизических свойств материала, конфигурации тела, условий его охлаждения, температуры предварительного подогрева.

По мере удаления от шва рост и падение температур становится более плавными и значения максимальных температур снижаются, причём эти температуры достигаются позднее.

В данной работе строится один термический цикл, нагреваемый до Т=1350°С. Для его построения применяем формулу (3). Координату Y определим из поверхностных изотерм (рис. 2) – она составляет 0,003 мм, координату Х определим, как x=Vсв·t.

Например, при t = 5 c:

503°С

Результаты расчёта записываем в таблицу 3.
Таблица 3 – Термический цикл точек, нагреваемых до Т=1350°С

t, c	T, C
10	161
9	199
8	247
7	310
6	392
5	503
4	652
3	850
2	1099
1	1361
0	1534
-1	1527
-2	1383
-3	1200
-4	1032
-5	894
-6	783
-7	693
-8	620
-9	560
-10	510
-11	468
-12	432
-13	402
-14	375
-15	351
-16	330
-17	312
-18	295
-19	280
-20	267
-21	255

4. Расчёт распределения максимальных температур. определение протяжённости участков околошовной зоны
В некоторый момент времени t_m точка будет иметь максимальную температуру T_max Умение определить эту температуру в процессе сварки очень важно для практики. Известно, например, что при перегреве выше 400–800°С некоторые аустенитные стали теряют свою коррозионную стойкость. Учитывая это, можно заранее рассчитать величину зоны перегрева и принять меры к ее уменьшению. Определение максимальной температуры нагрева позволяет установить протяженность зоны возможной подкалки при сварке закаливающихся сталей (нагрев выше А_С1 – 723°С и т.д.).

Максимальная температурa точек тела, достигаемая в процессе нагрева и охлаждения при сварке, зависит от параметров режима, теплофизических свойств металла, а также удаленности рассматриваемой точки от шва.

Максимальные значения температур определяют обычными математическими приемами, например, приравниванием первой производной нулю. Если уравнение процесса распространения тепла выражено в неподвижной системе координат через время t, то дает возможность определить момент времени t_m, которому соответствует максимальное значение температуры Т_mах. Когда же уравнение дано в подвижной системе координат, а температурное поле предельного состояния не зависит от времени, координату х_m можно найти из условия, что в точке, имеющей Т_mах, градиент температур равен нулю:
(7)
откуда и определяют х_m. Подстановка t_m и x_m в соответствующие выражения для температур дает возможность вычислить Т_m.

Для определения протяженности участков около шовной зоны необходимо на одном рисунке совместить кривую распределения максимальных температур в поперечном сечении шва и диаграмму состояния системы Fe–Fe₃C (железо–цементит).

Для определения максимальных температур в процессе распространения тепла при автоматической наплавке валика на массивное тело воспользуемся выражением:
(8)
Применив формулу (8) определим распределение максимальных температур в поперечном сечении шва. Например, при у=20 мм:



Результаты расчёта сводим в таблицу 4.
Таблица 4 – Распределение максимальных температур в поперечном сечении шва

у, мм	6	8	10	12	14	16	18	20
Т,°С	1953	1099	703	488	356	275	217	175

По результатам расчёта строим распределение максимальных температур в поперечном сечении зоны термического влияния сварного соединения (рис. 5).

Если знать максимальные температуры нагрева отдельных точек зоны термического влияния и скорость их охлаждения, то, пользуясь диаграммой железо-углерод, можно определить, какие изменения структуры возможны на участках зоны термического влияния и даже примерно установить линейные размеры этих участков. Максимальные температуры нагрева отдельных точек зона термического влияния можно определить как экспериментально, так и теоретически – на основе теории распространения тепла при сварке, правильно выбрав схему процесса.

Для определения  используем справочник с химическим составом стали.
Таблица 5 – Химический состав стали 35ХВФА

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr
0.38	0.36	0.6	0.19	0.03	0.024	1.16

Эквивалент углерода находим по следующей формуле:
, (9)
где, С, Si, Mn, Cr, V, Mo, Ni, Cu, P – процентное содержание элемента в стали. Содержание меди учитывают при Cu0.5%, а фосфора – при Р0,05%.

%

Определим протяжённость участков зоны термического влияния. На рисунке 5 схематично изображён сварной шов, а над ним проводим кривую распределения максимальных температур для точек зоны термического влияния. Рядом в том же температурном масштабе строим левый угол диаграммы железо-цементит. Где вертикальной прямой () показан состав свариваемого металла. Если наметить на данной прямой температурные границы участков зоны термического влияния, имеющий примерно одинаковую структуру, то можно перенести эти границы на кривую распределения максимальных температур и затем снести их вниз, т.е. на шов. Таким образом, устанавливают примерные линейные размеры участков зоны термического влияния.

Зона термического влияния состоит из следующий характерных участков (см. рис. 8): 1 – участок неполного расплавления, 2 – участок закалки, 3 участок неполной закалки, 4 – зона отпуска, 5-основной металл. Рассмотрим структуру и свойства каждого из участков зоны термического влияния.

Участок 1 неполного расплавления – тонкая переходная полоска от металла шва к основному металлу. Максимальные температуры нагрева – от температуры плавления металла до температуры солидус. Следовательно, здесь есть и жидкая и твёрдая фазы, облегчающие развитие крупного зерна.

На данном участке происходит непосредственное сращивание кристаллов металла шва с зерном основного металла. Поэтому он зачастую определяет качество сварного соединения. Структура феррито-перлитная с окантовкой перлитных выделений ферритными прослойками. Протяжённость участка – 0,5 мм, температурный интервал – 1420–1500.

Участок 2 закалки – имеет структуру мелко игольчатого мартенсита. При недостаточной скорости охлаждения или пониженным содержанием углерода наряду с мартенситом будет присутствовать троостит. При малом содержании углерода в этом участке может наблюдаться структура сорбита. Протяжённость участка – 3,1 мм, температурный интервал – 770–1420

Участок 3 неполной закалки – при достаточно низком содержании углерода будет иметь строение, аналогичное структуре углеродистой стали. Этот участок имеет структуру мартенсита и сетки феррита. Протяжённость участка – 0,3 мм, температурный интервал – 702–770

Участок 4 отпуска – наблюдается разупрочнение металла, имеет самую большую протяженность по сравнению с остальными участками. Образован благодаря тому, что основной металл был предварительно закален и подвергнут низкому отпуску для обеспечения высоких механических свойств. Структура участка – троостит и сорбит. Протяжённость участка – 8,7 мм, температурный интервал – 200–702.