Экспериментальное исследование сварочных процессов - Курсовая работа

Целью курсовой работы является приобретение навыков теоретического и экспериментального исследования сварочных процессов и поиска путей управления этими процессами для получения качественных сварных соединений. Среди основных задач работы можно выделить следующие: - исследование и описание физико-химических процессов взаимодействия металла с газом и шлаком;Сталь 30ХМА принадлежит к среднеуглеродистым низколегированным сталям. Для этой стали приблизительный химический состав и основные свойства указаны в нижеприведенных таблицах: Таблица 1.Химический состав стали и основные показатели.Сталь 30ХМА характеризуется резко выраженной неравномерностью распределения серы и фосфора по толщине проката. Введение в низколегированные стали небольшого количества меди (0,3-0,4%) повышает стойкость стали против коррозии (атмосферной и в морской воде). Легирующие элементы, вводимые в сталь 30ХМА, образуя с железом, углеродом и другими элементами твердые растворы и химические соединения, изменяют ее свойства.Технология ее сварки должна обеспечивать определенный комплекс требований, основными из которых являются равнопрочность сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном шве. В некоторых случаях конкретные условия работы конструкций допускают снижение отдельных показателей механических свойств сварного соединения. Однако в большинстве случаев, особенно при сварке ответственных конструкций, швы не должны иметь трещин, непроваров, пор, подрезов. Однако во всех случаях технология должна обеспечивать максимальную производительность и экономичность процесса сварки при требуемой надежности и долговечности конструкции. Механические свойства металла шва и сварного соединения зависят от его структуры, которая определяется химическим составом, режимом сварки и предыдущей и последующей термической обработки.Сварка плавлением - высокотемпературный процесс, сопровождающийся изменением состава металла сварного соединения, а следовательно, и его свойств, в результате взаимодействия с окружающей средой (атмосферой). Состав покрытия электродов определяется рядом функций, которые он должен выполнять: защита зоны сварки от кислорода и азота воздуха, раскисление металла сварочной ванны, легирование ее нужными компонентами, стабилизация дугового разряда. Только никель вводят в виде порошка металла, так как он при сварке почти не окисляется. В зависимости от вида компонентов, которыми осуществляется защита зоны сварки от атмосферы, все электродные покрытия можно разбить на следующие четыре группы (ГОСТ 75): Кислые покрытия (А), в состав которых входят оксиды железа, марганца, титана и кремния, представляющие собой шлаковую основу покрытия. Источниками кислорода в металле при сварке служат окислительно-восстановительные реакции между металлом и атмосферой сварочной дуги, металлом и шлаками, образующимися в результате плавления флюсов или при разложении и плавлении компонентов электродного покрытия, а также взаимодействии с наполнителям порошковой проволоки.Распространение тепловой энергии существенно зависит от формы и размеров шва. Однако точный учет конфигурации тела может существенно усложнить расчеты.Мгновенная скорость охлаждения является первой производной температуры по времени: Так как в большинстве случаев оказывается достаточным приближенное определение скорости охлаждения, то используют теорию мощных быстродвижущихся источников тепловой энергии без учета теплоотдачи.Уравнение предельного состояния процесса распределения тепла для источника ПТИ имеет вид: , где QU - погонная энергия, передаваемая источником телу.Для этого выведем уравнение изотермы, опираясь на уравнение предельного состояния процесса. Подставив эту температуру в уравнение предельного состояния, получим: Затем, учитывая и произведя несложные преобразования, получим: откуда вытекаетПроводим расчет распределения температур в поперечном сечении шва, т. е. вдоль оси Y, на поверхности металла при х={1; 2; 3; 4} см. Расчет ведем по формуле, выведенной в разделе 4.3.Величина ЗТВ зависит от способа сварки, ее режима, химического состава свариваемого и присадочного металла, физических свойств свариваемых металлов, и т. д.Для определения протяженности отдельных участков ЗТВ необходимо построить график распределения максимальных температур в поперечном сечении шва. Для построения этого графика используем формулу График распределения максимальных температур в поперечном сечении шва показан ниже. Ширины зон с температурами, превышающими характерные температуры, приведены ниже: ширина участкаВ чистом от примесей металле при охлаждении зародыши образуются из наиболее крупных фазовых флуктуаций жидкой фазы, выделение которых связано с флуктуациями энергии (гомогенное зарождение). В технических металлах всегда имеются дисперсные включения примесей, на поверхности которых и происходит образование центров кристаллизации (гетерогенное зарождение). В результате воздействия сварочного источника тепловой энергии основной металл начинает плавиться, а металл, ограниченн

Содержание

Введение

1. Характеристика свойств свариваемого металла

1.1 Основные параметры и константы свариваемого металла

1.2 Структура и свойства свариваемого металла

1.3 Оценка свариваемости металла

2. Исследование процессов взаимодействия между металлом, газом и шлаком

2.1 Характеристика защиты металла от взаимодействия с окружающей средой

2.2 Описание металлургических процессов

2.3 Термодинамическое исследование металлургического процесса

3. Расчет тепловых процессов

3.1 Выбор расчетной схемы

3.2 Расчет скорости охлаждения

3.3 Расчет распределения температур вдоль оси шва

3.4 Расчет изотерм на поверхности свариваемого материала

3.5 Расчет распределения температур в поперечном сечении шва

3.6 Определение протяженности отдельных участков в ЗТВ

3.7 Распределение максимальных температур в поперечном сечении шва

4. Анализ процесса формирования первичной структуры сварного соединения

5. Анализ процессов в ЗТВ

6. Оценка технологической прочности сварного соединения

6.1 Горячие трещины сварного соединения

6.2 Холодные трещины сварного соединения

Заключение

Список использованной литературы

Курсовая работа по дисциплине «Теория сварочных процессов» является заключительным этапом освоения дисциплины. Целью курсовой работы является приобретение навыков теоретического и экспериментального исследования сварочных процессов и поиска путей управления этими процессами для получения качественных сварных соединений.

Среди основных задач работы можно выделить следующие: - исследование и описание физико-химических процессов взаимодействия металла с газом и шлаком;

- исследование процессов нагрева, плавления и охлаждения основного металла при сварке;

- изучение и описание процессов кристаллизации металла при образовании сварного соединения;

- разработка способов повышения технологической прочности в процессе кристаллизации сварного шва и остывания соединения.