1.Рассчитать параметры режима односторонней двухточечной сварки листов стали Х15Н5Д2Т толщиной 1,0 и 2,0 мм. Шаг между точками tш=50 мм. В начале рассчитать параметры режима для одноточечной сварки

Задание

1.Рассчитать параметры режима односторонней двухточечной сварки листов стали Х15Н5Д2Т толщиной 1,0 и 2,0 мм. Шаг между точками t_ш=50 мм. В начале рассчитать параметры режима для одноточечной сварки затем, двухточечной с токоведущей подкладкой, затем двухточечной без токоведущей подкладки.

2.Расчитать параметры режима ССО (стыковой сварки оплавлением) и ССС (стыковой сварки сжатием) круга Ø 16 мм.

3.Расчитать параметры режима шовной сварки листов. Условия из первой задачи, выбрать марку машины.

Задача №1

1.Рассчитать параметры режима односторонней двухточечной сварки листов стали 12Х18Н10Т толщиной 1,0 и 2,0 мм. Шаг между точками t_ш=25 мм. В начале рассчитать параметры режима для одноточечной сварки затем, двухточечной с токоведущей подкладкой, затем двухточечной без токоведущей подкладки.

РАСЧЁТ:

1. Одноточечная сварка:

Основными параметрами режима точечной сварки являются:

Параметр

Iсв; кА

Fсв; кН

tсв; сек

Iш.; кА

Rш; мкОм

Rэкв.; мкОм

I2; кА

U2; В

Для сварки листов из стали 12Х18Н10Т толщиной δ=(1,0+2,0)мм. будем принимать машину переменного тока.

Ток во вторичной обмотке трансформатора рассчитывается по формуле:

I₂= I_св.+ I_ш.;

где I₂- ток во вторичной обмотке трансформатора;

I_св- действующее значение сварочного тока

I_ш.- ток шунтирования;

Действующее значение сварочного тока находим по формуле:

I_св.= ;

где Q_ээ- теплота, выделяемая при протекании сварочного тока через участок «электрод-электрод»

k_з=1,1-коэффициент,учитывающий изменение сопротивления во время сварки коррозионно-стойких сталей;

= 110 ·10^-6 Ом -сопротивление деталей к концу нагрева определяемое по таблице 2 Приложения;

Скорость сварки: t_св.=0,78 сек время сварки определяемое по таблице 1 Приложения

Теплота Q_ээ- определяется по следующей формуле:

Q_ээ=Q₁+ Q₂+ Q₃; Дж

где Q₁ - энергия затрачиваемая на нагрев до Т_пл объёма металла, большего чем объём ядра;

Q₂ - теплота расзодуемая на нагрев до температуры Т_пл. /4 свариваемого металла в виде кольца шириной Х₂;

Q₃ - потери теплоты в электродах или на нагрев условного цилиндра (внутри электрода) высотой Х₃ до средней температуры Т_пл. /8.

Находим необходимые значения энергий:

Q₁= · (δ₁+ δ₂)·с·γ·∆Т_пл;

где d_я =4 ·10^{-3 м} -диаметр ядра (сварочной точки) в зависимости от толщины свариваемых пластин по ГОСТ 15878 (табл.1 Приложение 1)

с=462Дж/кгº·С – теплоёмкость свариваемого металла, по марочнику сталей (Приложение 1 табл. П.1);

γ = 7900 кг/м³- плотность свариваемой стали, по марочнику сталей

(Приложение 1 табл. П.1);

Т_пл= 1800ºС – температура плавления свариваемой стали, выбирается по марочнику сталей (Приложение 1 табл. П.1);

Q₁= (1+2)·10^-3·462·7900·1800 =

=0,00001256·0,003·462·7900·1800 = 247Дж

Q₂= k₁·π·Х₂·(d_я+Х₂)·(δ₁+ δ₂)· γ·с· ;

где k₁=0,8 –коэф, учитывающий, что средняя температура кольца несколько ниже ср. t^º

Х₂- ширина кольца, окружая ядро

Х₂=1,1· =1,1· =0,0097 м

Q₂= 0,8·3,14·0,0097·(0,004+0,0097)·(1+2)·10^-3·7900·462· =

=0,02436·0,0137·0,003·7900·462·370 =1352 Дж

Q₃= 2·k₂· · Х₃· γ_э·с_э· ;

где k₂=1,5 –коэффициент, учитывающий форму электрода

(в данном случае электрод конический)

γ_э=8,9 ·10³ кг/м³=8900 кг/м³ – плотность медного электрода

с_э=371 Дж/кг·ºС-теплоёмкость медного электрода

Х₃- ширина кольца определяется временем сварки и температуропроводностью

Х₃=3,3· =3,3· =0,029 м

Подставляя получаем:

Q₃= 2·k₂· ·Х₃· γ_э·с_э· =

= 2·1,5 =

= 3·0,00001256·0,029·8900·371·185=667,5 Дж.

Количество теплоты в зоне сварки на участке «электрод-электрод»:

Q_ээ=Q₁+ Q₂+ Q₃=247+1352+667,5 = 2266,5 Дж

Определяем значение сварочного тока:

2266,5

I_св.= = 4 900А = 4,9кА.

Найдём значение сопротивления шунта:

R_ш= ;

где = 1,5 -коэф. поверхностного эффекта, в зависимости от толщины свариваемых листов (табл.2 Приложения)

=85·10^-8 Ом·м - удельное электросопротивление материалов пластины (табл.1.1 стр.18, Б. Д. Орлов)

где l =10·10^-3м – значение шага точек (табл.3);

δ – толщина листа;

h = 42,5·10^-3- величина полосы ширина полосы, по которой ток шунтируется по рисунку 1 (графика) Приложения

R_ш=

=0,000001275· =0,000001275 · = 0,000200 Ом = 200 мкОм.

Определяем значение тока шунтирования:

I_ш.= I_св.· = 4900 =2695 А=2,7 кА

Тогда ток во вторичной обмотке:

I₂= I_ш.+ I_св=2695+4900 = 7595 А=7,6 кА.

Расчитываем эквивалентное сопротивление:

= = = 71мкОм

Значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора:

U= I₂·R_экв=7595·0,000071=0,54 В

Расчитанные значения параметров рижима одноточечной сварки заносим в таблицу:

Параметр	Iсв; кА	Fсв; кН	tсв; сек	Iш.; кА	Rш; мкОм	Rэкв.; мкОм	I2; кА	U2; В
Значения	4,9		0,78	2,7			7,6	0,54

F_св.

t

t _св

Циклограмма усилия и тока при точечной сварке

с постоянным сварочным усилием

1. Двухточечная сварка:

В случае с двухточечной сваркой с токоведущей подкладкой ток шунтирования пойдёт по двум напрвлениям, причём ток, шунтирования проходящий по токоведущей подкладке будет иметь туже величину, что и по свариваемому металлу:

I_ш'= I_ш.=2,7 кА.

Пересчитаем новые значения I₂ и R_экв для двухточечной сварки, с учётом того, что распределение токов аналогично параллельной схеме соединения проводников:

I₂*= I₂+ I_ш+ I_ш'=7,6+2,7+2,7=13 кА

= ;

где = 200 мкОм.

Тогда: = 52,3 мкОм.

Значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора

для двухточечной сварки:

U₂* = I₂*·R*_экв=13·10³ ·52,3·10^-6=0,68В

Рассчитанные значения параметров режима двухточечной сварки:

Параметр	Iсв; кА	Fсв; кН	tсв; сек	Iш.; кА	Rш; мкОм	Rэкв.; мкОм	I2; кА	U2; В
Значения	4,9		0,78	2,7		52,3		0,68

Задача №2

Расчитать параметры режима стыковой сварки оплавлением и стыковой сварки сопративлением круга Ø 20 мм.

РАСЧЁТ:

Основными параметрами режима ССО (с непрерывным оплавлением): являются

Пара-метр

Iсв; кА

Рос; кПа

tсв; сек

Рзаж.; кПа

l, мм

∆ос; мм

∆опл; мм

tос; сек

tопл; сек

Vопл; мм/с

Vпер.ос; мм/с

Вычислим площадь поперечного сечения свариваемого круга:

F=π·r²=3,14·0,0001²=0,785·0,02²=0,00020096=314·10^{-6 м2}.

Установочная длина круглого сечения определяется по следующей формуле:

l₁+ l₂=(0,75…1,0)·d;

2· l = 0,9· d;

l =0,9 · d/2; где l- установочная длина одной детали;

d - диаметр свариваемого круга;

l= 0,95·20·10^-3/2 = 9,5 · 10^{-3 м}

Припуск на сварку ∆_св определяем по справочным данным исходя из площади поперечного сечения свариваемой трубы:

∆_св =17·10^-3м.

Соответственно, припуски на осадку и оплавление найдём по формулам:

∆_ос.= (0,2…0,3)·∆_св=0,2·17·10^-3=3,4·10^-3м - припуск на осадку;

∆_опл=(0,7…0,8) ·∆_св=0,7·17·10^-3=12·10^-3м - припуск на оплавление.

Средняя скорость оплавления V_опл, скорость оплавления перед осадкой V_пер.ос и начальная скорость осадки V_нач.ос, определяются по справочным данным в зависимости от материала свариваемых деталей:

V_опл = 2,5·10^-3 м/с

V_пер.ос= 5,0·10^-3 м/с

V_нач.ос=30,0·10^-3 м/с

Средняя скорость осадки определяется по следующему выражению:

V_св=0,75·V_нач.ос=0,75·30·10^-3=22,5 м/с;

Продолжительность оплавления t_опл и осадки t_ос рассчитываются по формулам соответственно:

t_опл = = = 4,8 сек;

t_ос= = 0,15 сек;

Определяем длительность сварки:

t_св= t_опл+ t_ос= 4,8+0,15=4,95 сек;

Находим усилие осадки:

Р_ос= ρ·F;

где ρ =70·10^-6 Па - удельное давление осадки, берётся из справочной литературы в зависимости от свариваемого материала:

Р_осадки= 70·10⁶ · 201·10^-6 =14 070 Па =14кН;

Усилие зажатия деталей в губках Р_заж., рассчитаем из следующей формулы:

Р_заж.= k_заж. · Р_осадки;

где k_заж=2,5 –коэффициент зажатия, который берётся в зависимости от формы сечения сварочного образца табл. 3.4 Приложения

Р_заж.=2,5·14=35 кН

Сварочный ток определим из уравнения тепловой мощности:

Q_опл= R_опл·I²_св;

I_св= ;

где Q_опл – тепло, выделяемое на торцах при оплавлении;

R_опл - сопротивление зоны оплавления.

Тепло, выделяемое на торцах при оплавлении определяем по следующей формуле:

Q_опл= k· V_опл · F ·с·γ·(Т_пл –Т₁) + m_о· V_опл· F·γ· +2·λ· F· Дж/с

где k = 0,7 коэффициент, учитывающий выброс металла в виде капель;

V_опл = 2,5·10^-3 м/с- средняя скорость оплавления;

F=201·10^{-6 м2} - площадь сечения;

с = 462 Дж/кгº·С - удельная теплоёмкость металла;

γ =7900 кг/м³-плотность металла;

Т _пл=1800ºС –температура плавления металла;

Т₁=20ºС – начальная температура поверхности в момент контакта

Т_опл=1997ºС – температура в месте контакта;

m_о=272·10 ³ – удельная скрытая теплота плавления;

λ=18 Вт/м ·ºС- теплопроводность металла (табл.П.1)

Т_п= 20ºС - температура предварительного подогрева стали 12Х18Н10Т

(без подогрева)

= 4,5·10⁵ ºС·м- градиент температур

Тогда с учётом всех параметров определяем значение теплоты:

Q_опл.= 0,7 · 2,5·10^-3·201·10^-6· 462·7900·(1800-20) +

+ 272·10³· 2,5·10^-3 ·201·10^-6·7900· +18·201·10^-6·4,5·10⁵ =

1935 Дж =1,93кДж

Определяем величину сопротивления зоны сварки:

R_опл.= ;

где j= 16·10⁶ А/м² плотность сварочного тока (рис.3.2 прилож)

R_опл= = 14264531 Ом= 14,2 мкОм

Определяем сварочный ток:

I_св=12,5 кА

Рассчитанные параметры режима ССО (с непрерывным оплавлением)

Пара-метр	Iсв; кА	Рос; кН	tсв; сек	Рзаж.; кН	l, мм	∆ос; мм	∆опл; мм	tос; сек	tопл; сек	Vопл; мм/с	Vпер.ос; мм/с
Значение	12,5		4,95		7,6	3,4		0,15	4,8	2,5	5,0

Задача №3

Расчитать параметры режима шовной сварки листов стали 12Х18Н10Т толщиной δ=1,0 мм и δ=2,0 мм. Выбрать марку машины.

РАСЧЁТ:

Основными параметрами режима шовной сварки являются:

Пара-метр

Iсв; кА

Fсж; кН

t имп; сек

t пауз; сек

t ц; сек

м

Vсв; мм/с

Iш.; кА

Rш; мкОм

Rэкв.; мкОм

I2; кА

U2; В

Ток во вторичной обмотке трансформатора для шовной сварки рассчитывается аналогично сварочному току для точечной сварки:

I₂= I_св+ I_ш.

Все формулы для расчётов необходимых параметров и справочные данные для расчёта I_св будут такими же, как при расчётах для точечной сварки, кроме значения d_я=d_т.шва и t_св= t_имп.

Время сварки рассчитываем по следующей формуле:

t_имп = 0,03· (1+δ²) = 0,03·[1+(2·10^-3)² ·10⁶] = 0,15 сек.

Длительность паузы опредилится по соотношению:

= 0,4;

= = =0,38 сек.

Тогда время цикла находится как сумма времени сварки и длительность сварочной паузы:

t_ц = t_имп+ t_пауз=0,15+0,38=0,53

Расчитываем диаметр ядра d_я= d_т.шва

d_т.шва= 1,15· d_шва;

где d_шва= 4,5·10^-3-ширина сварочного шва, берётся в зависимости от толщины свриваемых пластин (табл 2.1 Приложения);

d_т.шва= 1,15·4,5·10^-3=5,2·10^{-3 м.}

Теплота Q_ээ, выделяемая при протекании сварочного тока через участок «электрод-электрод», находим как для точечной сварки:

Q_ээ= Q₁+Q₂+Q₃.

Все слагаемые находим с учётом рассчитанных выше времени сварки и диаметра сварного ядра:

Q₁= ·(δ₁+ δ₂)·с·γ·Т_пл;

где d_я =5,2 ·10^{-3 м}

с=462Дж/кгº·С – теплоёмкость свариваемого металла, по марочнику сталей (Приложение 1 табл. П.1);

γ = 7900 кг/м³- плотность свариваемой стали, по марочнику сталей

(Приложение 1 табл. П.1);

Т_пл= 1800ºС – температура плавления свариваемой стали, выбирается по марочнику сталей (Приложение 1 табл. П.1);

Q₁= ·(δ₁+ δ₂)·с·γ·Т_пл =

·(1+2)·10^-3·462·7900·1800 = 418Дж.

Q₂= k₁·π·Х₂·(d_я+Х₂)·(δ₁+ δ₂)· γ·с· ;

где k₁=0,8 –коэф, учитывающий, что средняя температура кольца несколько ниже ср. t^º

Х₂- ширина кольца, окружая ядро

Х₂=1,1· =1,1· =0,0042 м

Q₂ =0,8·3,14·0,0042·(0,0052+0,0042)·(1+2)·10^-3·7900·462· =488,65 Дж

Q₃= 2·k₂· ·Х₃· γ_э·с_э· ;

где k₂=1,5 –коэффициент, учитывающий форму электрода

(в данном случае электрод конический)

γ_э=8,9 ·10³ кг/м³=8900 кг/м³ – плотность медного электрода

с_э=371 Дж/кг·ºС-теплоёмкость медного электрода

Х₃- ширина кольца определяется временем сварки и температуропроводностью

Х₃=3,3· =3,3· =0,012 м

Q₃ = 2·1,5 =567 Дж.

С учётом полученных значений рассчитываем действующее значение сварочного тока при шовной сварке по формуле:

Q_ээ= Q₁+ Q₂+ Q₃=418+488,65+567=1473,65 Дж.

С учётом полученных значений рассчитываем действующее значение свпрочного тока при шовной сварке по формуле:

1473,65

I_св= = 5 661А=5,6 кА.

Ток шунтирования при шовной сварке рассчитываем по формуле:

I_ш= I_св· =5,1 = 4,0 кА.

Ток во вторичной обмотке трансформатора рассчитываем по формуле:

I₂= I_св+ I_ш=5,6+4,0=9,6 кА

5,6

Сопротивление шунта определится по формуле:

R_ш= R_{д кон} · =110·10^-6· =154·10^-6 Ом =154 мкОм.

Эквивалентное сопротивление:

= = 64,1 мкОм

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора:

U₂= I₂·R_экв=9,1·10³·64,1·10^-6=0,58В

Для расчёта усилия сжатия между роликами воспользуемся следующей формулой:

F_сж=2·(500+2·10^-6 ·δ) =2·(500+2·10^-6 ·1·10³) =10,4 кН

Шаг между точками:

a = 2,5·1·10^-3=2,5·10^-3м.

Скорость сварки:

V_св.= = =4,7·10^-3м/с

Расчитанные параметры шовной сварки заносим в таблицу:

Па-ра-метр	Iсв; кА	Fсж; кН	t имп; сек	t пауз; сек	t ц; сек	м	Vсв; мм/с	Iш.; кА	Rш; мкОм	Rэкв.; мкОм	I2; кА	U2; В
Зна-че-ние	5,6	10,4	0,15	0,38	0,53	0,0025	0,004	4,0		64,1	9,6	0,58

Для полученных параметров можно использовать универсальную машину шовной сварки МШ-3201 однофазная переменного тока

Циклограмма усилия и тока, используемая в данном случае:

F _св

S_V

I_св.

S_V-перемещение роликов

ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЗАОЧНЫЙ ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Контрольная работа

по дисциплине «Основы сварки давлением»

Выполнил студент гр 519: Костицын К.В.

Проверил преподаватель: Осипов А.М.

Челябинск 2010 г.

---

Дата добавления: 2015-08-28