Расчеты тепловых процессов при стыковой сварке - Производство и технологии курсовая работа

Главная

Производство и технологии
Расчеты тепловых процессов при стыковой сварке

Понятие и характеристики стыковой сварки. Несплошности зоны точечной сварки; природа их образования и меры предупреждения. Основные правила выбора режима сварки: геометрических параметров электродов, время, силы сварочного тока и усилие сжатия.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

1. Определение параметров режима при стыковой сварке
2. Несплошности зоны точечной сварки. Природа их образования и меры предупреждения
3. Подобрать параметры режима точечной сварки: выбрать геометрические параметры электродов, время сварки, расчитать силу сварочного тока и усилие сжатия электродов для точечноя сварки деталей из жаропрочного сплава ХН78Т толщиной 0,5+0,5 мм
1. Определение параметров режима при стыковой сварке
Стыковая сварка - это контактная сварка, при которой соединение свариваемых частей происходит по всей поверхности стыкуемых торцов
Рисунок 1. При нци пиальная схема контактной стыковой сварки
Различают стыковую сварку сопротивлением и оплавлением. При стыковой сварке сопротивлением вначале приводят в соприкосновение торцы свариваемых деталей с приложением небольшого давления и после этого включают электрический ток.
Давление в процессе нагрева остается практически без изменения, к концу нагрева его повышают для создания необходимой пластической деформации и сварки (рисунок 2, а). Нагрев стыка осуществляется обычно до пластичного состояния металла.
Такой способ применяют при сварке деталей из низкоуглеродистой стали и цветных металлов со сплошным сечением не более 500 мм 2 для сталей и не более 200 мм 2 для алюминия и меди. Стыковая сварка сопротивлением для получения качественного соединения требует точной подготовки, высокой чистоты свариваемых поверхностей и контроля температуры нагрева. Применяется она ограниченно.
Рисунок 2 Циклограммы контактной стыковой сварки:
а - сопротивлением; б - оплавлением
Режим стыковой сварки сопротивлением определяют следующие основные параметры
3. длительность нагрева (сварки), с;
4. давление осадки р или усилие осадки Р , МПа;
Стыковую сварку оплавлением выполняют непрерывным или прерывистым оплавлением (с подогревом).
При стыковой сварке непрерывным оплавлением детали приводят в соприкосновение при включенном токе и очень малом усилии (рисунок 2, б). Детали соприкасаются вначале по отдельным небольшим площадкам, через которые проходит ток высокой плотности, вызывающий оплавление деталей в результате непрерывного образования и разрушения контактов-перемычек между их торцами.
В результате оплавления на торце образуется слой жидкого металла, который при осадке вместе с загрязнениями и окисными пленками выдавливается из стыка, образуя грат. Способ не требует специальной подготовки кромок, имеет высокую производительность. Применяется для сварки тонкостенных труб, листов, рельсов, арматурных стержней железобетонных изделий. Этим способом сваривают детали компактного (до 1000 мм 2 ) сечения типа прутков из низкоуглеродистой стали и детали из труб и листов несколько большего (развитого) сечения.
При прерывистом оплавлении детали сближаются под током с медленно нарастающей скоростью при коротких возвратно-поступательных движениях. Импульсное оплавление локализует нагрев и расширяет высокотемпературную зону, предупреждая быструю кристаллизацию расплава. После оплавления всего сечения выключают ток и делают осадку. Импульсное оплавление значительно уменьшает требуемые для оплавления мощность и припуск на оплавление.
Сварка прерывистым оплавлением используется для сечений 500... 10 000 мм 2 . Для больших деталей (сечение 5000...40 000 мм 2 ) рекомендуется сварка оплавлением с программным управлением током и скоростью перемещения зажимов.
2. Несплошности зоны точечной сварки. Природа их образования и меры предупреждения
Наружные дефекты выявляются осмотром или обмером, а внутренние при разрушении соединения или его испытании приборами (последнее не всегда возможно).
Допустимость тех или иных дефектов при каждом виде сварки определяется ТУ на изделие в соответствии с которыми контролируют соединения. Дефекты появляются при нарушениях технологии подготовки, сборки и сварки деталей, а также при последующей обработке. На появление дефектов также влияет износ электродов, изменение характеристик машины и ее узлов, колебания напряжения и др.
К дефектам точечных соединений относят недопустимые отклонения в размерах деталей и расстояний между точками, раковины, пористость (рисунок 3, б), трещины (рисунок 3, в) в ядре, непровары (рисунок 3, в), малый размер ядра, выплеск, глубокие вмятины и налипание металла электродов, подплавление, прожоги и вырывы точек. Отсутствие расплава на одной из деталей может давать дефект типа "склейка" (с малым количеством общих зерен в изломе).
Неравномерные чешуйки на шве связаны с большой скоростью сварки и перекосом или неправильной заточкой роликов.
Глубокие вмятины возникают при большой длительности импульса тока, малом давлении и большом токе. Хорошая подгонка и прихватка деталей при равномерном распределении зазоров предупреждают продавливание и раскрытие кромок при сварке.
Выход литого ядра обычно связан с плохой зачисткой, большой длительностью импульса тока и его большой величиной.
Трещины у кромок и их раздавливание вызываются близким расположением шва к кромкам и большим током.
Негерметичность шва связана с большим шагом между точками, с нарушением режима (по току, давлению, длительности импульса, скорости, а также по диаметру и ширине роликов), с плохой сборкой деталей, большой разницей диаметров верхнего и нижнего роликов и т.д.
Непровар, трещины и внутренний выплеск выявляются на технологической пробе и при микроисследованиях.
Неравномерность чешуек, вмятины, продавливание, выход литого ядра, прожог, наружные выплеск и трещины выявляются осмотром через лупу.
В ряде случаев допустимы поры, мелкие трещины, перегибы. Допускается ремонт до 10 ... 20% длины шва.
Дефекты предупреждаются при устранении причин их появления. Иногда допускается подварка дефектных соединений на точечной машине с применением железного порошка (прожог и глубокие вмятины на стали), постановка дополнительных точек (при непроваре), заклепок и аргонодуговая подварка. Допустимые виды исправлений указывают в ТУ на изделие.
Рисунок 3: Дефекты точечной сварки.
Непровар чаше бывает местным, в особенности когда соединение формируется одновременно в твердом состоянии и при наличии расплава.
3. Подобрать параметры режима точечной сварки: выбрать геометрические параметры электродов, время сварки, расчитать силу сварочного тока и усилие сжатия электродов для точечноя сварки деталей из жаропрочного сплава ХН78Т толщиной 0,5+0,5 мм
Точечная сварка начинается с предварительного сжатия деталей электродами, что необходимо для получения электрического контакта между деталями и электродами. Через некоторое время после сжатия электродов включается сварочный ток. При прохождении тока выделяется тепло Q , которое зависит от величины тока I , времени его протекания и сопротивления R .
Параметрами режима точечной сварки являются: усилие сжатия, сварочный ток, время сварки и диаметр рабочей части электрода.
Различают два режима контактной сварки: жесткий и мягкий.
Жесткий режим характеризуется применением больших плотностей тока и малым временем процесса. Такой режим применяют для сварки сталей, склонных к образованию закалочных структур, цветных металлов и сплавов.
Мягкий режим характеризуется относительно большой продолжительностью процесса и меньшими плотностями тока. Мягкий режим применяется преимущественно для углеродистых сталей.
Режим точечной сварки подбирается таким, чтобы диаметр сварной точки (литого ядра) d t достигал заданной величины. Для назначения величины d t используют справочную информацию в виде таблиц или эмпирические формулы. В частности, для этих целей можно использовать формулу
Время сварки - один из основных параметров режима точечной сварки, сущ е ственно влияющий на размеры сварной точки и ее прочность. Выбирается в зависимости от марки и толщины свар и ваемого металла по приближенным формулам
Продолжительность импульса колеблется от 0,1 до 0,5 секунд.
Усилие сжатия электродов необходимо при сварке не только для создания металлического контакта между соединяемыми деталями, но и для осуществления пластической деформации в процессе кристаллизации литого ядра, что необходимо для компенсации усадки, а также для предотвращения выплеска жидкого металла в зазор между деталями. Поэтому давление при точечной сварке снимается после выключения тока.
Усилие сжатия зависит от толщины свариваемых деталей и теплофизических свойств металла. Оно задается удельным давлением р и может иметь значения от 50 до 180 МПа. Значение ковочного усилия обычно в 2...3 раза больше усилия сжатия.
Сварочное усилие определяют в основном по эмпирическим зависимостям, предложенным для приближенного расчета или пересчета сварочного усилия и основанным на подобии процессов КТС. Методики пересчета F СВ исходят из подобия процессов формирования соединений при сварке деталей из одних и тех же металлов разных толщин. Все они, к сожалению, также не отличаются ни высокой точностью, ни универсальностью. В частности, для пересчетов и расчетов F СВ предложена следующая зависимость:
Применяемая форма электродов зависит от свойств материала свариваемых деталей. Так, например, для сварки титановых, алюминиевых и магниевых сплавов, как правило, применяют электроды со сферическими рабочими поверхностями.
Размеры рабочих поверхностей электродов в большинстве случаев выбирают исходя из толщины свариваемых деталей.
Радиус сферы электрода R Э определяют, ориентируясь на конечный диаметр отпечатка и допустимую глубину вмятины, которая не должна превышать 10% от толщины детали. Исходя из этого условия предложены следующие зависимости для определения минимального R ЭMIN и максимального R ЭMAX радиусов рабочих поверхностей электродов в зависимости от толщины s свариваемых деталей:
Классификация электродных материалов предусмотрена нормалями МН-741--60 и МН-116--60 для электродов точечной и шовной сварки. В соответствии с принятой классификацией предусмотрено деление электродных сплавов на три класса.
3-й класс электродных материалов включает материалы, твердость которых не менее НВ 180 и относительная электропроводность не менее 45%. Такие материалы рекомендуются для точечной и шовной сварки нержавеющих и жаропрочных сплавов.
При введении этой классификации под относительной электропроводностью понималась электропроводность (в %) от проводимости стандартной отожженной меди, удельное электрическое сопротивление которой составляет (по ГОСТ 1535--48). Твердость по Бринелю определяется в соответствии с ГОСТ 9012--59.
При разработке технологии сварки тех или иных деталей необходимо правильно выбрать электроды и ролики (материал, форму, размеры) с тем, чтобы они позволили получить сварные соединения требуемого качества и заданную производительность процесса. Основными факторами, обусловливающими выбор материала электродов, являются: нормальные размеры литой зоны соединений, достаточная стойкость электродов и отсутствие взаимного переноса металла электрода и детали, особенно для металлов деталей, имеющих низкую коррозионную стойкость (магниевые и алюминиевые сплавы). Ниже приводятся рекомендации по выбору марки сплава для электродов и роликов при сварке основных групп свариваемых металлов.
Алюминиевые и медные сплавы (латуни, бронзы)
Нержавеющие жаропрочные стали и сплавы и титановые сплавы
При использовании жестких режимов сварки сталей и жаропрочных сплавов и особенно деталей малой и неравной толщины (0,05…0,15 мм) применение электродов и роликов из бронзы Бр.НБТ создает перегрев металла деталей в контактах ролик--деталь из-за относительно низкой теплопроводности Бр.НБТ. В указанных случаях следует применять электроды и ролики из Бр.Х и Мц5Б.
Размеры рабочей поверхности и и центральной части D электродов выбирают в зависимости от необходимых размеров литой зоны соединений и , которые определяются толщиной свариваемых деталей (таблица 1).
При сварке плоских деталей равной толщины применяются электроды и ролики с одинаковыми рабочими поверхностями; в этом случае рекомендуется использовать ролики равных диаметров (рисунок 4).
Рисунок 4. Выбор диаметра роликов при сварке деталей равной толщины
Таблица 1. Размеры рабочей поверхности электродов и роликов в мм (рекомендуемые минимальные размеры)
Ширина литой зоны роликового шва , мм
Углеродистые, нержавеющие, жаропрочные стали и сплавы
Алюминиевые, магниевые и медные сплавы
В практике традиционных способов КТС для сварочного импульса, длительностью t СВ , усредненную силу сварочного тока I СВ чаще всего приближенно рассчитывают по следующей зависимости, которая получена из общеизвестного закона Джоуля - Ленца:
где Q ЭЭ -- количество теплоты, выделяющееся в зоне сварки, которое требуется для образования сварного соединения заданных размеров (величина Q ЭЭ определяется по уравнению теплового баланса),
Теплоту Q ЭЭ , которая должна выделиться в зоне формирования соединения для получения ядра заданных размеров, можно рассчитать через теплосодержание металла в ней к концу процесса сварки и количество теплоты, отведенное из зоны сварки в процессе формирования соединения. Для этого используют условные схемы теплопередачи в зоне сварки и распределения в ней температуры (рисунок 5).
Рисунок 5 Схемы теплопередачи в зоне сварки и распределения в ней температуры для расчета теплового баланса
В данной методике расчета допускают, что вся теплота Q ЭЭ выделяется в цилиндре, диаметр которого равен диаметру d Э контакта электрод-деталь. Выделившуюся теплоту Q ЭЭ условно разделяют на теплоту Q 1 , которая расходуется на нагрев и плавление металла в выделенном цилиндре ( Q 1 ? 20...30 % от Q ЭЭ ), а также на теплоту Q 2 , которая отводится в окружающий его металл деталей ( Q 2 ? 20 % от Q ЭЭ ), и теплоту Q 3 , которая отводится в электроды ( Q 3 > 50 % от Q ЭЭ ). Относительно очень небольшая часть теплоты Q ЭЭ отводится с поверхностей деталей радиационной Q 4 и конвективной Q 5 теплоотдачей. Такое распределение теплоты Q ЭЭ описывается так называемым "уравнением теплового баланса", которое было предложено еще в 30-х годах прошлого века и используется до настоящего времени в инженерных методиках расчетного определения силы сварочного тока:
При расчетах по уравнению теплового баланса (3.4) общего количества теплоты Q ЭЭ , требуемой для формирования соединения заданных размеров, радиационной Q 4 и конвективной Q 5 теплоотдачей с поверхностей деталей обычно пренебрегают из-за их относительно малых величин.
Для расчета теплоты в зоне сварки делают ряд допущений. Так, принимают, что средняя температура в цилиндре, диаметром d Э , который приближенно равен диаметру ядра, и высотой, равной суммарной толщине двух деталей 2s , принимается равной температуре плавления Т ПЛ . ( Т ПЛ =1300С)
Считается, что заметное повышение температуры металла в деталях из-за отвода в них теплоты Q 2 наблюдается на расстоянии х 2 от границы цилиндра, которое определяется временем сварки t СВ и коэффициентом температуропроводности металла а М :
При этом принимается, что средняя температура кольца шириной х 2 вокруг цилиндра диаметром d Э , равна .
Определение потерь тепла в электроды производится аналогичным образом. При этом принимается, что за счет тепла Q 3 нагревается до средней температуры, равной . Для медных сплавов.
С учетом сказанного сокращенное уравнение теплового баланса
в развернутом виде описывают обычно следующим выражением:
где г М -- плотность металла свариваемых деталей;
г Э -- плотность металла электродов; (допускается принять для температуры 20 0 С).
с М -- теплоемкость металла свариваемых деталей;
с Э -- теплоемкость металла электродов;
k 1 -- коэффициент, который учитывает неравномерность распределения температуры в кольце;
k 2 -- коэффициент, учитывающий влияние на теплоотвод формы рабочей части электродов.
m r -- коэффициент, который учитывает изменение сопротивления зоны сварки r ЭЭ в процессе формирования соединения для сплавов титана -- ;
r дк - среднее сопротивление нагретых пластин, Ом
где где: А Г -- коэффициент (рисунок 6), учитывающий уменьшение сопротивления детали r Д относительно сопротивления цилиндра r Ц , высотой s и диаметром d К , которое происходит из-за растекания линий тока до диаметра d j ; при
Рисунок 6. Кривая, определяющая сопротивление пластины, сжатой медными электродами
Удельные электросопротивления деталей с 1 и с 2 (рисунок 7) определяют соответственно по температурам Т 1 и Т 2 для полулистов, прилегающих к электродам и контакту деталь-деталь соответственно (рисунок 8). В частности, при сварке деталей из низкоуглеродистых сталей и сплавов Т 1 и Т 2 принимают соответственно равными 1200 и 1500 °С,
Рисунок 7. Изменение удельных электрических сопротивлений с некоторых металлов в зависимости от температуры
Рисунок 8 Схема к расчету электрического сопротивления деталей к концу цикла сварки r ЭЭ = 2 r ДК
Коэффициент k P , учитывающий неравномерность нагрева деталей, для сплавов
1. Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке: Учеб. пособие для машиностроительных вузов. М: МАШГИЗ, 1951. 296 с.
2. Фролов В.В. Теория сварочных процессов.-Москва: Высшая школа, 1988.-559 с.
3. Основы теории и технологии контактной точечной сварки: Монография / С. Н. Козловский; СибГАУ. -- Красноярск:, 2003. -- 273 с.
Определение геометрических размеров сварных точек и шаг точек. Расчет тепловых затрат. Режим точечной сварки для низкоуглеродистой стали. Выбор формы рабочей части нижнего и фигурного электродов. Величина давления при стыковой сварке оплавлением. контрольная работа [501,9 K], добавлен 12.03.2015
Особенности контактной точечной сварки, ее достоинства и недостатки, основные параметры. Изменение параметров во времени. Схема шунтирования тока через ранее сваренную точку. Режимы точечной сварки низкоуглеродистых сталей. Подготовка деталей к сварке. реферат [730,5 K], добавлен 22.04.2015
Схема процесса контактной стыковой сварки. Циклограммы работы машины. Схема системы охлаждения. Общий вид машины МСМУ-150. Краткая характеристика действия пневматической системы. Расчет параметров режима шовной сварки. Определение скорости оплавления. практическая работа [1,1 M], добавлен 20.12.2015
Обоснование выбора типа соединений, схемы сварки. Описание материала деталей и его свариваемости. Расчет параметров режимов сварки. Описание материала деталей и его свариваемости. Выбор оборудования, индуктивное сопротивление вторичного контура. курсовая работа [398,3 K], добавлен 10.01.2014
Выбор способа сварки в зависимости от площади свариваемых поверхностей. Технология стыковой сварки. Свойства и свариваемость материала заготовок. Определение параметров режима сварки. Расчёт параметров трансформатора. Описание конструкции приспособления. курсовая работа [124,6 K], добавлен 21.04.2011
Основы теории и технологии контактной точечной сварки. Процессы, протекающие при контактной точечной сварке: деформирования свариваемых деталей; формирования механических и электрических контактов, электрической проводимости зоны сварки; нагрева металла. учебное пособие [8,4 M], добавлен 21.03.2008
Классификация и обозначение покрытых электродов для ручной дуговой сварки. Устройство сварочного трансформатора и выпрямителя. Выбор режима сварки. Техника ручной дуговой сварки. Порядок проведения работы. Процесс зажигания и строение электрической дуги. лабораторная работа [1,1 M], добавлен 22.12.2009
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Расчеты тепловых процессов при стыковой сварке курсовая работа. Производство и технологии.
Дипломная работа по теме Реформы Александра II как система мер по изменению жизни России
Реферат по теме Экономическая география Мьянмы
Реферат по теме Организация оптовой и розничной торговли, выставки, ярмарки, аукционы
Запоминающийся День В Моей Жизни Сочинение
Реферат На Тему Beruniy’S Theory Of Shadows
Доклад по теме Джордж Гершвин (Gershwin)
Реферат: Стратегическое планирование на предприятиях малого бизнеса
Курсовая работа по теме Разработка мероприятий по улучшению финансового состояния ООО 'Стройпласт'
Основы Жилищного Права Реферат
Контрольная работа по теме Отрасли права. Характеристика основных отраслей. Правовой институт. Полномочия высшей исполнительной власти РФ
Курсовая Работа На Тему Автоматизация Питающего Бункера Чесальной Машины
Тема Кожа Реферат
Курсовая работа: Особенности классификации в Товарной Номенклатуре внешнеэкономической деятельности средств наземного транспорта
Наш Модельный Фонд Эссе
Курсовая Техническое Задание
Контрольная работа по теме Первичные покровные ткани. Вегетативное размножение растений
Курсовая Работа На Тему Себестоимость Строительно-Монтажных Работ
Толстой Собрание Сочинений В 90 Томах
Реферат: Мой любимый герой в романе А.М.Горького "Мать". Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Инновационные конфликты
Договор субаренды - Государство и право реферат
Экология и ядерная безопасность СССР - История и исторические личности курсовая работа
Исковая форма защиты права - Государство и право контрольная работа