Исследование и расчет термических циклов при дуговой наплавке на тонкий лист

Цель работы.

Освоение методики экспериментального определения термических циклов основного металла при автоматической дуговой наплавке на тонкий лист. Проведение эксперимента и получение экспериментальных данных о параметрах термических циклов по схеме мощного быстродвижущегося источника теплоты в пластине. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных.

Необходимые сварочное оборудование и материалы.

АФ — автоматическая сварка под флюсом.

Сварочный автомат АДПГ - 1000.

Сварочный преобразователь ТСД – 1000.

Сварочная проволока Св - 08.

Сварочный флюс – ОСЦ – 45.

Пластины (10х80х200) из низкоуглеродистой стали.

Амперметр и вольтметр. Секундомеры.

Термопара хромель - алюмелевые ТХА. Милливольтметры.

Точечная конденсаторная машина ТКМ-7 для приварки термопар.

Порядок выполнения работы.

Получить задание, установить на сварочном автомате указанные режимы сварки (Iсв, Uд, Vcв) и произвести пробную наплавку на пластину, при необходимости корректируя режим сварки, чтобы обеспечить стабильность процесса сварки и проплавление пластины.

Разметить пластину: нанести чертилкой линию X и две точки 1 и 2, в которых должны быть приварены термопары.

Приварить на конденсаторной точечной машине термопары в отмеченных точках. Подключить термопары к милливольтметрам, соблюдая полярность. Убедиться в надежности приварки и правильности подключения термопар, нагревая места приварки термопар пламенем спички и фиксируя отклонение стрелок милливольтметров. Осторожно, чтобы не разрушить крепления термопар, установить пластину с термопарами к сварочному автомату на слой флюса (термопарами вниз). На холостом ходу проверить правильность движения автомата (конца сварочной проволоки) по оси X. Прочно закрепить пластину винтовыми прижимами, обеспечивающими электрический контакт со сварочным столом.

Установить автомат в исходное положение. Опустить электродную проволоку до короткого замыкания с технологической пластиной. Засыпать зону сварки слоем флюса. Включить источник питания и нажать кнопку «пуск» на пульте управления. Одновременно включить секундомер для замера времени сварки tсв. В процессе сварки по приборам (амперметру и вольтметру) на пульте управления определить среднее значение сварочного тока /св и напряжение на дуге Uд.

В момент перехода сварочной дуги с технологической пластины на образец (экспериментальную пластину) включить второй секундомер для отсчета времени. Отсчет времени по второму секундомеру проводить через каждые 5 с, записывая показания милливольтметров (значения температур).

Сварка прекращается (нажатием кнопки «стоп») после перехода сварочной дуги с образца на вторую технологическую пластину. Одновременно выключается секундомер первый, который фиксирует время сварки, и отключается источник питания. Второй секундомер не выключается и отсчет продолжается до тех пор, пока пластина достаточно не охладится, т.е. температуры двух точек практически сравняются.

После прекращения отсчета и замеров температур отсоединить термопары от пластины. Охладить пластину в воде и удалить шлак.

Измерить длину шва Lш и действительные расстояния точек 1 и 2 до оси перемещения источника (y1 и у2). Записать в отчет значения /св, Uд, б, Vсв=Lш/tсв, у1 и у2.

Полученные значения температур для различных моментов времени в виде таблицы представить в отчете. По результатам эксперимента построить график термических циклов двух точек. Для этих же точек рассчитать и построить на том же графике теоретические кривые термических циклов. Сопоставить теоретические и экспериментальные кривые термических циклов. Сравнить и объяснить их расхождение для ближней и дальней точки.

Теоретическая часть.

При дуговой наплавке валика на тонкий лист (пластину) с полным проплавлением можно принять, что температура распределяется равномерно по толщине в любом сечении пластины плоскостями XOZ или YOZ. Сварочная дуга в этом случае принимается линейным распределенным по толщине источником теплоты. Температура пластины не зависит от координаты Z и определяется значениями X, Y, а также временем t.

Если наплавка валика ведется на большой скорости, например автоматической дуговой сваркой под флюсом, то теплота практически не распространяется по оси X впереди дуги. В этом случае теплота отводится только в направлении, перпендикулярном оси X. Температура пластины зависит только от ординаты У и времени t.

Для выбора расчетной схемы при наплавке (сварке) тонколистовых конструкций предлагается использовать критерии ε1, ε2.

ε1 = __qи_______                   ε2 =__qи___

        V*δ^2*cy*Tл                             δ* λ*Тл

где qи - эффективная тепловая мощность дуги, Вт или Дж/с;

V- скорость сварки (скорость перемещения дуги), см/с;

δ - толщина листа, см;

су - объемная теплоемкость металла пластины, Дж/(см3К);

λ - коэффициент теплопроводности, Вт/(см К);

Тл - температура ликвидус (температура полного расплавления металла), °С;

Практическая часть.

Вывод: Чем больше ордината Y, тем больше время t наступления максимальной  температуры Tmax  и тем меньше максимальная температура Tmax.