Приклад виконання розрахунків

 

Як приклад наведена розрахункова оцінка параметрів режиму і теплового стану металу в зоні термічного впливу для електронно-променевого зварювання поздовжнього стикового з'єднання із середньовуглецевої низьколегованої сталі.

Вихідні дані для розрахунку:

Матеріал виробу - сталь 30ХГСА

Товщина зварюваних листів δ = 2 мм.

Струм електронно-променевої гармати І_пр = 250 мА.

Прискорююча напруга U = 30 кВ.

Діаметр плями нагріву < d_П = 2 мм.

Ефективний ККД η = 0,804.

Теплофізичні властивості сталі 30ХГСА:
γ= 7,8·10³ кг/м³ сγ = 4,77·10⁶ Дж/(м³трад)

λ= 37,68 Вт/(м·град) Т_пл = 1480 °С

А = 7,5·10^-6 м²/с L_лл = 2,72·10⁵ Дж/кг

Розрахунок проводять в такій послідовності

1. Визначається площа шва, сформованого за рахунок основного металу.

Визначається тепломісткість розплавленого металу у зварній ванні:

h_пл = 4,77 10⁶ 1480 + 7.8 10³ 2,72 10⁵ +4,77 10⁶ 1480 0,2 = 1,05 10¹⁰ Дж/м³.

Розраховується необхідна швидкість електронного променя:

Визначається ефективна потужність електронного променя: Вт.

5. Розраховується тепловий стан металу в зоні термічного впливу.

Для оцінки теплової дії джерела тепла на метал при дії КПЕ розрахунковимшляхом будують графік розподілу максимальних температур в ЗТВ Т_max = f(у), попередньо визначивши ширину ділянки, що нагріта вище температури плавлення.

На графік наносять характерні температури фазових і структурних перетворень, визначають довжину ЗТВ, а потім для середнього значення T_сер/max найбільш небезпечної ділянки ЗТВ розраховують і будують графік термічного циклу Т = f(t).

Звідси роблять висновки про характер зміни структури і властивостей металу при вибраному способі дії КПЕ.

5.1 Побудова графіка розподіл максимальних температур в ЗТВ.

Використовуючи формулу, знаходять значення у, що відповідає половині ширини шва. За формулою розраховують значення Т_mах. Отримані результати оформляють у вигляді таблиці (таблиця 3) і за ними будують графік розподілу Т_max = f(у) (рисунок 4).

 

Таблиця 3 – Залежність розподілу температури від відстані до осі шва

Тmax, °C
у·10^-3 м	0,7	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	4,0	6,0

 

З графікавидно, що ділянка повного загартування 1 обмежується температурами Т_пл і становить 0,89 мм, а ділянка часткового загартування 2 обмежена температурами А_с3 і А_с становить 0,2 мм. Найбільш небезпечною ділянкою ЗТВ з точки зору утворення холодних тріщин є ділянка 1.

Для середнього значення температури T ^сер/_max =1155°Сна даній ділянці визначаємо відповідне значення у= 1,46 мм.

Для цієї точки ЗТВ розраховують і будують графік термічного циклу Т = f(t)

Результати розрахунку функції Т = f(t) заносять в таблицю 4.

 

Таблиця 4 – Залежність температури від часу на відстані 1,35 мм від осі шва

t, c	0,025	0,05	0,08	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5
T, °C
t, c	0,7	1,0	2,0	5,0	7,0
T, °C

 

Графік термічного циклу зoбражений на рисунку 5.

З графіка видно, що час перебування металу при температурі вище А_с3, t_пр= 0,492с. Потім визначають швидкість охолодження металу при температурі вище А_с3:

К/с

Порівнюючи отримані значення з діаграмою ізотермічногоперетворення сталі 30ХГСА, доходимо висновку, що на ділянці 1 ЗТВ утворюється структура малопластичного мартенситу.

Після зварки рекомендується провести термічну обробку зварного вузла або замінити режим зварки на більш м'який (розфокусувати промінь та знизити швидкість зварки).