Задача 17

Листы из низколегированной закаленной стали толщиной 0,008 м сваривают за один проход дуговой сваркой при токе 300 А, напряжении дуги и скорости v = 0,005 м/с (18 м/ч), .

Определить ширину зоны отпуска, которая находится между изотермами с температурами Т = 873 и 1 053 К, если Т_н = 270 К. Объемная теплоемкость .

Решение. Воспользуемся формулой для мощных быстродвижущихся линейных источников в пластине:

, (1)

где v – скорость сварки, м/с;

δ – толщина пластины, м;

е – основание натурального логарифма, (е = 2,72);

, (2)

где Т – температура изотерм, К;

Т_н – температура нагрева листов, К.

, (3)

где = 873 – 270 = 603 К.

, (4)

где = 1053 – 270 = 789 К.

Ширина зоны отпуска

, м. (5)

Задача 18

Автоматической аргоно-дуговой сваркой соединяют встык однопроходным швом листы из сплава АмГ6. Режим сварки: I_д = 400 А, U_д = 16 В, η = 0,5, . Теплофизические коэффициенты:  = 2,7 Вт/см  К, а = 1 см²/с, c = 2,7 Дж/(см³  К).

Определить максимальную температуру, которая достигается на расстоянии l = y = 4 см от оси шва при T_н = 300 К.

Теплоотдачей в воздух пренебрегаем. Максимальную температуру определяем по номограмме (рис. 2б).

Рис. 2. Номограммы для определения ширины зоны нагрева 2l

движущимся источником теплоты

Решение. Вычисляем безразмерный критерий по выражению

, (1)

где ν – скорость сварки, см/с;

l – расстояние от оси шва, см;

а – коэффициент температуропроводности, см²/с.

Определяем эффективную тепловую мощность:

. (2)

По уравнению (1) определяем значения x.

На оси абсцисс (рис. 2б) находим значения x и от этого значения проводим перпендикуляр до пересечения с кривой. Точку пересечения проецируем на ось ординат и находим значение

. (3)

Из формулы (3) находим

. (4)

Находим максимальную температуру Т_max, К:

. (5)

Задача 19

Режим сварки на поверхности массивного тела из низколегированной стали подобран из условия качественного формирования шва и характеризуется следующими параметрами: I_д = 400 А, U_д = 38 В, η = 0,8, . Теплофизические коэффициенты стали: , , .

Требуется определить мгновенную скорость охлаждения при Т = 920 К и в случае, если она выше 25 град/с, определить температуру подогрева Т_н, обеспечивающую указанную скорость охлаждения.

Решение. Скорость охлаждения вычислим по формуле

, (1)

где Т – температура нагрева изделия при сварке, К;

Т_н – начальная температура изделия, К;

– погонная энергия, Дж/м;

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

Если скорость охлаждения ω будет больше 25 град/с, то в формулу (1) вместо полученного значения ω подставляем скорость охлаждения, равную 25 град/с, и находим (Т – Т_н) по формуле (1):

, (2)

, (3)

или 920 – Т_н = x ,

отсюда Т_н = 920 – x.

Температура подогрева, обеспечивающая скорость охлаждения, равную 25 град/с, должна быть равна Т_н = 920 – x.

Задача 20

На лист из стали толщиной наплавляют валик при погонной энергии . Теплофизические коэффициенты: , .

Определить влияние окружающей температуры Т_н, изменяющейся в пределах от 293 до 243 К, на мгновенную скорость охлаждения металла на оси шва при Т = 973 К.

Решение. Толщина листа не соответствует значениям, для которых скорость охлаждения определяют по формулам

; (1)

, (2)

поэтому будем определять скорость охлаждения по номограмме, приведенной на рис. 3.

Рис. 3. Расчетный график для определения мгновенной скорости охлаждения при наплавке валика на лист

Вычислим при безразмерный критерий

, (3)

где – безразмерный критерий;

δ – толщина листа, м;

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

Т – температура металла при сварке, К;

Т_н – температура окружающей среды, К.

– погонная энергия, Дж/м.

По номограмме находим соответствующее значение критерия ω.

Для этого на оси абсцисс откладываем значение и от него проводим перпендикуляр до пересечения с кривой. Из точки пересечения проводим линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения с осью ординат. Точка, находящаяся на оси ординат, и есть значение ω₁.

Скорость охлаждения определяем по формуле (1), подставляя в нее температуру окружающей среды Т_н = 293 К и найденное значение ω₁, и получаем уравнение (4).

Вычисляем опять безразмерный критерий по формуле (3), но уже при температуре 243 К.

По номограмме находим значение критерия ω₂.

Определяем скорость охлаждения при температуре окружающей среды по формуле (1) с подстановкой другого значения ω и получаем формулу (5):

, (4)

. (5)

Подсчитываем изменение скорости охлаждения при изменении температуры окружающей среды на 50 К:

. (6)