Задача 8

На поверхность стального прокатного валка наплавляют валик электродуговой сваркой под флюсом при токе I_д = 700 A, U_д = 30 В, ν = 0,005 м/с = 18 м/ч.

Определить, на каком расстоянии от оси валика температура Т_max будет 473 К ?

Теплофизические коэффициенты: сρ = 5∙10⁶Дж/(м³ ∙К); λ=38 Дж/(с∙м∙К).

Решение. Для определения ширины зоны, прилегающей к шву и нагретой выше 473 К, используем выражение

. (1)

Из выражения (1) находим R_x:

, (2)

где – эффективная тепловая мощность дуги, Дж/с;

– скорость сварки, м/с;

– объемная теплоемкость стали, Дж/ (м³ ∙ К);

Т_max – температура нагретого валика, К.

, (3)

где – эффективный КПД дуги ( = 0,8).

Время, по истечении которого точки, находящиеся на расстоянии R_x от шва, достигнут своей максимальной температуры нагрева, определим по выражению

, (4)

где α – коэффициент температуропроводности, м²/с.

Найдем

. (5)

Задача 9

Определить длины сварочных ванн при наплавке валика на массивные тела из меди, алюминия, низкоуглеродистой и аустенитной сталей. Наплавку вести в следующем режиме: , , . Температуры плавления сталей 1 773 K, меди 1 373 K, алюминия 923 K. Коэффициенты теплопроводности λ: низкоуглеродистой стали – 38; аустенитной – 25; меди – 400; алюминия – 270 Дж/(с ∙ м ∙ К).

Решение. Длина сварочной ванны определяется по формуле

, (1)

где – эффективная тепловая мощность дуги, Дж/с;

– коэффициент теплопроводности, Дж/(с ∙ м ∙ К);

Т_пл – температура плавления, К.

, (2)

где – эффективный КПД дуги ( = 0,7).

; (3)

; (3.1)

; (3.2)

. (3.3)

Задача 10

Рассчитать минимальную температуру предварительного подогрева при наплавке прокатных валков из стали 55Х, которая позволяет избежать появления закалочных структур, если режим наплавки следующий: I_д = 650 А, U_д = 30 В , , = 0,7, . Для стали валка при Т_0,τ= 973 К критическая скорость охлаждения, дающая закалочные структуры: .

Решение. Воспользуемся выражением

, (1)

отсюда

, (2)

где – эффективная тепловая мощность дуги, Дж/с;

– коэффициент теплопроводности, Дж/(с ∙ м ∙ К);

– скорость сварки, м/с;

ω – скорость охлаждения, град/с;

Т₀ – температура предварительного подогрева, К.

, (3)

где – эффективный КПД дуги ( = 0,7).

Из формулы (2) находим Т₀.

Задача 11

Установить, при какой минимальной погонной энергии в металле шва и околошовной зоне детали, свариваемой встык за один проход, не возникают закалочные структуры, если критическая скорость охлаждения для данной марки стали при , , , .

Решение. Критическая скорость охлаждения равна

. (1)

Из формулы (1) определим погонную энергию:

, (2)

или

, (3)

где – температура нагрева детали, К;

– первоначальная температура, К;

– коэффициент теплопроводности, Дж/(с  м  К);

– объемная теплоемкость, Дж/(м³  К).

Задача 12

Определить мгновенную скорость охлаждения шва при наплавке массивного стального валка для , если наплавка ведется в таком режиме: I_д = 600 А; U_д = 32 В; ; , .

В данном случае нас интересует скорость охлаждения при .

Решение. Примем температуру окружающей среды .

Расчет проводим по формуле

, (1)

где – эффективная тепловая мощность дуги, Дж/с;

, (2)

где – эффективная КПД дуги ( = 0,7).