Порядок выполнения курсовой работы

1. Привести физико-химическую характеристику и особенности источника нагрева предложенного преподавателем способа сварки и его классификацию согласно ГОСТ 19521-74.

2. Привести характеристику и классификацию заданной марки стали.

3. Для предложенного преподавателем способа сварки пластин (например, для ручной дуговой, или газовой или электрошлаковой) или наплавки валика на массивное тело и свариваемой стали определить по известным зависимостям параметры режима сварки и рассчитать ширину зоны термического влияния и ее отдельных участков по формуле при сварке пластин:

, (1)

при наплавке валика на массивное тело:

, (2)

где q – эффективная мощность источника теплоты, определяемая, например, для дугового способа произведением кпд ή дуги на ее напряжение и ток q= ή UI, Дж/с; V_св – скорость сварки, см/с; сρ – объёмная теплоемкость стали, Дж/(см³град); δ – толщина свариваемых пластин, см; l – ширина зоны (см), в которой металл нагревался выше заданной температуры Т_l (^оС); е – основание натурального логарифма.

4. Построить по рассчитанным значениям участки зоны термического влияния (аналогично рис. 1) с указанием на каком участке возможно образование мартенсита (согласно ниже выполненным расчетам).

5. По термокинетической диаграмме распада аустенита при непрерывном охлаждении заданной марки стали, приведенной в приложении (копия приводится в записке), определить критические (верхнюю W_o1 и нижнюю W_o2 рис.6) скорости охлаждения. Для этого необходимо нанести на диаграммы касательные 1 и 2, согласно рис.6 и 7, затем по диаграмме определить Т_min, t_min, t_Wo2 (рис.7) (построение отобразить на копии в записке).

Скорости охлаждения определить как:

W_o1=(T₁-(T_min-55))/(3t_min); W_o2=(T₁-Т_Мн)/(3t_Wо2). (3)

где Т₁ – температура распада аустенита с минимальными скоростями, т.е. температура А_с3 для конкретной марки стали; 55^оС – поправка, характеризующая снижение T_min при непрерывном охлаждении в сравнении с изотермическим распадом; t_min и t_W02 – минимальные значения времени до начала распада аустенита при его изотермическом распаде на мартенсит и бейнит, соответственно (рис.7). t_W02 – определяется на термокинетических диаграммах по кривой первой стадии распада аустенита (рис.6).

Рисунок 7 - Схема к расчету критических скоростей охлаждения

6. Рассчитать скорости охлаждения для заданного способа сварки.

При наплавке валика на массивное тело скорость охлаждения определяется:

, (4)

при сварке листов со сквозным проплавлением:

, (5)

где W_Осв – скорость охлаждения металла при сварке, ^оС/с; с, ρ, λ – удельная теплоемкость, плотность и коэффициент теплопроводности стали; δ – толщина металла; V_св – скорость сварки; q – количество тепловой энергии, вводимой в изделие сварочным источником; Т – критическая температура наименьшей устойчивости аустенита при охлаждении, определяемая как Т_min; Т_о – начальная температура изделия.

При сварке с многослойным выполнением швов в формулы (4 и 5) необходимо ввести поправочные коэффициенты, приведенные в таблице 2.

Таблица 2 - Значения поправочных коэффициентов, учитывающих влияние конструкции соединения

Величина	Значение коэффициентов
Сварка 1-го слоя стыка	Наплавка и однопроходная сварка	Сварка 1-го слоя в тавр или в нахлестку
q/Vcв	3/2		2/3
δ	3/2

7. Рассчитать критические скорости охлаждения, приводящие к образованию 5- и 90 %-го мартенсита, соответственно W_{M 5} и W_{M 90}:

W_{M 5} = 0,343 (C_э) ^{- 4,1}; (6)

W_{M 90} = 3,217 (C_э) ^{- 3,83}, (7)

где C_э – эквивалентное содержание углерода в стали (уравнение 12);

- критические скорости охлаждения, приводящие к образованию 5- и 95 %-го ферритоперлита (ФП), соответственно W_{ФП 5} и W_{ФП 95}:

W_{ФП 5} ≅ W_{M 5} (8)

W_{ФП 95} ≅ 0,1 W_{ФП 5} (9)

8. Полученные результаты расчетов скоростей охлаждения по диаграмме и формулам (4 или 5 и 6-9) занести в таблицу, в которую занести известные данные по скорости охлаждения для заданного способа сварки (из [6]). Сопоставить их и сделать вывод о возможных изменениях в структуре данной стали при сварке и возможности образования холодных трещин в сварном соединении. Сделать вывод о необходимости предварительного подогрева.

9. Рассчитать температуру предварительного подогрева:

, (10)

, (11)

. (12)

При наплавке валика на массивное тело принять δ=0.

10. Рассчитать скорость охлаждения при сварке с предварительным подогревом, приняв в (4 или 5) Т_о = Т_под. В случае W_oсв>W_o2 или W_oсв>W_o1 увеличить температуру предварительного подогрева и вновь провести расчет. Результаты свести в таблицу.

11. Сделать выводы по работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Почему при сварке структура металла изменяется?

2. Что такое термокинетическая диаграмма распада аустенита?

3. Что можно определить по термокинетическим диаграммам распада аустенита?

4. Чем определяется скорость охлаждения металла при сварке, и какие способы существуют для ее снижения?

5. Каковы особенности изменения структуры и свойств зоны термического влияния сварных соединений?

6. К какому дефекту приводит образование мартенситной или бейнитной структуры в зоне термического влияния сварного соединения?

7. Зависит ли ширина зоны термического влияния от способа сварки, режимов сварки, геометрических размеров и теплофизических свойств свариваемого металла?

8. Какие участки в зоне термического влияния выделяют?

ЛИТЕРАТУРА

1. Теоретические основы сварки. Под ред. Фролова В.В. М.: Высшая школа, 1970. -392с.

2. Петров Г.Л., Тумарев А.С. Теория сварочных процессов М.: Высшая школа, 1967. -508с.

3. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М.: Металлургия, 1984. -360с.

4. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов М.: Металлургия, 1974. -400с.

5. Попов А.А. Попова Л.Е. Изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита М.: Металлургия, 1695. -425с.

6. Земзин В. Н., Шрон Р. З. Термическая обработка и свойства сварных соединений. М.: Машиностроение, 1978. 367с.

ПРИЛОЖЕНИЯ Термокинетические диаграммы распада аустенита