2. Тематика курсовых работ

Задание на курсовую работу выдается руководителем каждому студенту индивидуально. Тема курсовой работы является оценка теплового состояния основного металла при наплавке, нанесении покрытия или специальном тепловом воздействии на поверхность детали.

Темы заданий курсовых работ должны представлять по возможности различные конструктивные элементы изделий и разнообразные конструкционные материалы, отражать реальные практические задачи производства. Возможные варианты заданий приведены в приложении А.

3. Содержание курсовой работы

Курсовая работа оформляется в виде пояснительной записки, в которой должны быть освещены следующие вопросы:

- реферат;

- задание;

- характеристика основного металла;

- обоснование и выбор условной расчетной схемы процесса;

- расчет и построение термических циклов точек основного металла;

- расчет значений максимальной температуры точек;

- построение изохрон;

- расчет и построение изотерм температурного поля;

- расчет мгновенной скорости охлаждения при данной температуре;

- расчет времени пребывания точек основного металла при температуре, выше заданной;

- заключение;

- список рекомендуемых литературных источников.

Формулировка задания: «Оценить тепловое состояние основного металла при …(далее следует конкретное задание, т.е. описание процесса наплавки с указанием конкретного режима и характеристик изделия)».

4. Рекомендации по выполнению разделов работы.

4.1. Оформление реферата.

Реферат представляет собой краткое содержание выполненной работы. В начале реферата указывается кол-во страниц текста, рисунков, таблиц, приложений, использованных литературных источников.

4.2. Задание

В задании приводится рисунок изделия, способ и режимы теплового воздействия, на рисунке указывается участок этого воздействия; называются материалы, из которых изготовлено изделие.

4.3. Характеристика основного металла.

При характеристике основного металла приводится его химический состав, температура плавления, объемная (полная) теплоемкость, коэффициенты теплопроводности и температуропроводности; описывается чувствительность к нагреву, т.е. возможные изменения структуры и свойств в результате нагрева и охлаждения, в том числе: изменение характера кристаллической решетки, размера зерна; процессы, протекающие на границах зерна, приводящие к изменению механических и других свойств; образование закалочных структур и холодных трещин.

4.4. Обоснование и выбор условной расчетной схемы процесса.

На основании «Задания» строится рисунок условной расчетной схемы, на котором изображается нагреваемое тело, источник тепла, направление его движения, тепловые границы, если таковые имеются.

При наличии адиабатических или изотермических границ, на рисунке показываются реальный и фиктивный источники тепла.

По согласованию с руководителем, выбираются и отмечаются на рисунке точки основного металл, для которых будет производиться расчет термических циклов и значений максимальной температуры. Расчетная схема нагреваемого тела выбирается исходя из наличия границ, препятствующих свободному распространению теплового потока в теле, и характера распределения температуры в нем. По названным признакам нагреваемое тело может относиться к одной из следующих схем :

• бесконечное тело ;

• полубесконечное тело;

• плоский слой;

• пластина;

• стержень.

Выбор расчетной схемы источника тепла производится по следующим признакам :

• сосредоточенность;

• характер перемещения;

• время действия.

При определении сосредоточенности источника тепла рассматривается условная геометрическая фигура, из которой выделяется тепло, и указывается расположение ее по отношению к нагреваемому телу. Это может быть точка, линия, плоскость или весь объем тела. Например, при наплавке, напылении или другом виде теплового воздействия на поверхность тепло выделяется из условной точки на поверхности тела, при односторонней сварке пластин встык с полным проплавлением тепло выделяется из условной линии, расположенной перпендикулярно плоскости пластин.

В зависимости от скорости перемещения различают «подвижные» (скорость до 20 м/ч) и «быстродвижущиеся» (скорость 20 м/ч и более) источники тепла.

По времени действия источник тепла может быть «мгновенным» или «непрерывно-действующим». Результат теплового воздействия на тело «мгновенного» источника тепла оценивается после прекращения действия источника, «непрерывно-действующего» - во время его действия.

В качестве примера обоснуем условную расчетную схему процесса наплавки на торец пластины за один проход по всей толщине.

Поскольку наплавка ведется за один проход, то температура между ограничивающими плоскостями изделия будет одинакова.

Наличие двух параллельных поверхностей, ограничивающих распространение теплового потока, с постоянной температурой между ними является признаком «пластины». Следовательно, расчетной схемой нагреваемого тела будет «пластина». Тепло выделяется из условной линии, расположенной перпендикулярно плоскости пластины, значит источник тепла «линейный». В зависимости от скорости перемещения он может быть «подвижным» или «быстродвижущимся».

Оценку теплового состояния основного металла будем производить во время выполнения сварки. Следовательно, по времени действия источник тепла «непрерывно-действующий».

Полная формулировка условной расчетной схемы имеет вид: «Линейный, подвижный, непрерывнодействующий источник тепла в пластине».

В данном случае температура термического цикла рассчитывается по формуле:

где:q_{u –} эффективная тепловая мощность дуги, Вт;

 - коэффициент теплопроводности, Вт/ (см * К);

 - толщина свариваемых листов, см;

V – скорость сварки, см/с;

a – коэффициент температуропроводности, см²/с;

- коэффициент температуроотдачи, 1/c;

 - коэффициент поверхностной теплоотдачи, Вт/ (см * К);

с - общая теплоемкость, Дж/(см³*К);

К₀ (U) – функция Бесселя от мнимого аргумента второго рода нулевого порядка.

Удвоение числителя в сравнении с базовым вариантом, приведенным в литературе [3], необходимо, поскольку тепло распространяется не в две стороны, а в одну.