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文档简介
1、焊接冶金学1.熔合比(dilution)的影响焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比。Ab-熔化母材的面积Ad-熔敷金属的面积假设焊接时合金元素没有任何损失,则焊缝中某合金元素的浓度C0与熔合比的关系为:C0=0Cb+(1-0)Ce-(1)Cw为:若考虑焊条中的合金元素有损失,而母材中的合金元素无损失,则焊缝金属中合金元素的实际浓度Cw=0Cb+(1-0)Cd-(2)式中符号含义:Cb该元素在母材中的质量百分浓度(%)Ce该元素在焊条中的质量百分浓度(%)Cd一熔敷金属(焊接得到的没有母材成分的金属)中该元素的实际质量百分比(%)一含Ni9%的钢板,采用成分为80%Ni-20%Cr的焊丝
2、进行焊接,若熔合比为40%,试问,焊缝中合金元素的大致含量是多少?焊缝成分中,母材贡献40%,焊丝贡献60%。分子理论对碱度的定义:&0.4X9-3.6IJufi-XMil4A,MS19I516364药皮类型主要成分典型型号,牌号备注氧化钛型(或钛开U、TiO2E4313(J421)氧花钛钙型(钛钙TiO2,碳酸钙E4303(J422)里)钛铁矿型钛铁矿E4301(J423)氧化铁型铁矿石E4320(J424)纤维素型有机物E5011(J505)低氢型大理石,萤右E5015(J507)石墨型石墨EZNi(Z308)铸铁焊条盐基型氟盐,氯盐用于铝合金焊条2.熔渣碱性的强弱程度。碱度的倒数即为酸度
3、。提供自由氧离子O2-的氧化物称为碱性氧化物,如CaO接受自由氧离子O2-的氧化物称为酸性氧化物,如SiO2。理论上,当B1时,为碱性渣当B1时,为酸性渣当B=1时,为中性渣3.合金过渡系数是指合金元素在熔敷金属中的实际含量与它在焊材中的原始含量之比,反映了合金元素利用率的高低。=Cd/Ce=Cd/(Ccw+kbCco)式中:Cd合金元素在熔敷金属中的含量Ce合金元素的原始含量(焊条中的)Cco合金元素在药皮中的含量Ccw合金元素在焊芯中的含量Kb药皮重量系数(单位长度上药皮与焊芯的质量之比)在同一种焊材中,不同元素过渡系数不同。同一种元素在不同的焊材中过渡系数也不同。焊缝金属化学成分的计算r
4、=Cd/Ce=Cd/(Ccw+kbCco)Cw=9Cb+(1-9)Cd已知t,Ccw,kb,Cco可求出Cw。根据对熔敷金属成分的要求,可求出在焊条药皮中应具有的含量。堆焊高猛钢耐磨表面采用焊条,其焊丝含Mn9%,药皮Kb=0.4,设Mn的=0.8,要保证焊缝中的MnM12%,试求药皮中的Mn的含量。解:堆焊时,可认为Q0,即CdCw故Cco=(Cd/tKb)-(Ccw/Kb)M(12%/0.8X0.4)-9%/0.4M15%4*碳当量的定义/CarbonEquivalent(Ceq或CE)把钢中合金元素(包括碳)按其对淬硬(包括冷裂、脆化等)的影响折合成碳的相当含量。它反映了化学成分对硬化程
5、度的影响。两公式均适用于3CM0.18%的钢种;CE(IIW)主要适用于中等强度的非调质低合金钢(b=400700Mpa);Ceq(WES)主要适用于强度级别较高的低合金高强钢(b=5001000Mpa)碳当量公式:低碳微量多合金元素的低合金高强钢主要适用于3C三0.17%,b=400900Mpa的低合金高强钢。Pcm与CE(IIW)之间有如下的关系:5.主要焊接热循环参数的计算峰值温度Tm:14.13cY1TmT0ET熔T0C-比热容J/(cm.C)p-密度(g/cm3)Y-距熔合线的距离(mm)在钢板单道全熔透焊接,采用下列参数:U=20V,pC=0.0044J-mm-3.C,I=200A
6、,S,E=720J/mm,T熔=1510C=5mm,V=5mm/s,门=0.9,T0=2,C由公式:14.13c丫1TmT0ETT0Y=3mm处:Tm=9760C计算结果:Y=1.5mm处:Tm=11840C-、,一一、2冷却速度3c:厚板的冷却速度:c2(T。T0)ne薄板的冷却速度:c2c旨毕TT。由前述的厚板温度场计算公式,令2冷却时间t8/5的计算:三维热传导:.维热传导(E/_)2114c(500T0)2(800T0)2E11ct2500T0800T0y=z=0,则R=x,公式可简化为:Tt8/5焊接热循环主要参数的计算公式(薄板)(E/)2115224c(500T0)2(800T0
7、)214.13cY1TmT0ET熔T0c2c(E/)26.气泡的上浮速度式中,T一液体金属的粘度P1、P2分别为液体和气泡的密度第八章液态金属与熔渣的相互作用P1375.1600摄氏度时,炼钢熔池中熔渣的成分为:氧化物CaoMgoMnoFeoFe2O3SiO2重量(%)46.593.25.6813.824.4724钢水含氧0.07%,问熔渣对钢水而言是氧化渣还是还原渣?解:W(SiO2+P2O5)=26.24%W(Cao+Mgo+Mno)=55.47%查图8-4得:Feo的碱度系数为0.65Lg%Omax=-6320/T+2.734当T=1600时,%Omax=0.23因为%O=%Omax*0
8、.65=0.23*0.65=0.15在1600摄氏度时熔渣与液态金属构成的系统达到平衡时的液态金属中含氧量为P2O52.240.15%,而实际中钢水含氧0.07%0.15%,固熔渣对钢水而言是氧化渣。第十章焊接热影响区的组织与性能P16810.某厂制造大型压力容器,钢材为14MnMoVN钢,壁厚1) 计算碳当量及HAZ最大硬度Hmax(t8/5=4s);2) 根据Hmax来判断是否应预热;3) 如何把Hmax降至350HV以下;36mm,采用手弧焊:SiMnCuCrPcmC-解:(1)依据3020Ni60Mo15V5B10查得14MnMoVN的成分wC=(0.10-0.18)%,wMn=(1.
9、2-1.6)%,wMo=(0.41-0.65)%,wV=(0.05-0.15)%,代入上式得Pcm=0.255依据Hmax(HV10)=140+1089Pcm-8.2t8/5t8/5=4s,Pcm=0.255得Hmax=524.89HV(2) Hmax=524.89HV说明其淬硬倾向较大,冷裂倾向也随之较大,应该预热(3) 依据Hmax(HV10)=140+1089Pcm-8.2t8/5Hmax8.26s所以由壁厚36mm可知钢板为厚板E11t852500Tq800Tq冷却时间t85随着线能量E和初始温度Tq的提高而延长,焊接方式和材料确定,则线能量E确定,主要是通过提高初始温度即预热温度来降
10、低冷却速度,延长&5时间大于8.26s。从而降低Hmax.第十三章应力分析P2557.已知受力物体内一点的应力张量为5Q5Q8Qij5QQ758Q753Q(MPa试求外法线方向余弦为l=m=1/2,n=/72的斜切面上的全应力、正应力和切应力SxxlyxmzxnSyxylymzynSzxzlyzmzn111则有:sx=502+502+802=106.611111Sy=502+02-752=-28.0sz=802-752-2-2-2-2SSxSySz则得到S=111.79MPaSxlSym&n则得到=26.1MPa2S22则得到=108.7MPasz分别为S在三轴中的分量,解:设全应力为S,已知
11、受力体内一点的应力张量分别为Sxsy1-302=-18.71001001720ij0100ij17200Q10010,00100740ij4102)004(MPa)1)画出该点的应力单元体;2)求出该点的应力张量不变量、主应力及主方向、主切应力、最大切应力、等效应力、应力偏张量和应力球张量;3)画出该点的应力莫尔圆。解:1)略2)在状态下:8.J1=x+y+z=10j2=-(xy+)+xy+yz+zx=200J3=xyz+2xyyzzx-(yzx+xy)=0式(1410和由J12J2J3代入公式对于二2.-,21=20时:11=,m1=0,n1=2-2o2=0时:.2.212=,m2=0,n2
12、=2对于3=-10时:13=0,m3=1,n3=02主切应力1210311523最大切应力31=土15等效应力:2)2(3)221),3J2应力偏张量:20310403-10203)1-(20310)1020x应力球张量:40y10000100030109.某受力物体内应力场为:x6xy23C1X203豹c2xy2xyyzzx试从满足平衡微分方程的条件中求系数。、C2、C3。解:xy226y3c1x;y3c2xyyxy2c3yx?召x?yO22=-3c2ygx2226y3c1x3c2yjx202c3xy3c2xy0yxzyzxxzz0yzxxz由平衡微分条件:第十四章应变分析9.设一物体在变形
13、过程中某一极短时间内的位移为3试求:点A33u(200.2xy0.1z)10v(100.1x0.2yz)10w(200.2xyz)10(1,1,-1)的应变分量、应变球张量、应变偏张量、主应变、等效应变解:由几何方程根据公式m3(itx_uxxyyx1套uyv-)x_vyyzzy12(vzw)ywzzxxz12(一wxu)zxyzm来求得应变分量z)和应变球张量表达式m求球xmxyxzyxymyz再根据zxzyzm来求应变偏张量先求三个应变张量不变量1111312122216E1223313E1=1002=03=100100-0=100发生屈服,,、2(100-0)+(0-100)2+(100
14、-100)2=20000=2s1=1502=503=50150-50=100发生屈服(150-50)2+(50-50)2+(150-50)2=20000=21=1202=103=0120-0=120s(120-10)2+(10-0)2+(2120-0)二=2660022Js22根据密塞斯准则122332发生屈服该力不存在2S2s发生屈服、3I,代入特征方程112I2!30可求。1第十五章2、然后根据3(12)222(23)2(31)2可求等效应变屈服准则P2875.某理想塑性材料的屈服应力为s=100MPa试分别用屈雷斯加及密塞斯准则判断下列应力状态处100001500012000500000
15、005000100050000100,0050,000,000于什么状态(是否存在、弹性或塑性)T(MPa解:根据屈雷斯加准则s时就发生屈服,2s22=-5050-(-50)=100=s发生屈服2s处于弹性状态(50+50)2+(50-0)2+(0+50)2=150006.一薄壁管(参见图16-11),内径80mm壁厚4mm承受内压P,材料的屈服应力为s200现忽略管壁上的径向应力(即设0)。试用两个屈服准则分别求出下列情况下管子屈服时的p;管子两端自由;(2)管子两端封闭;(3)管子两端加100KN的压力。两端自由3显然0,即由于可以忽略为0Mises准则:P=20MPa200MPa代入可得
16、Tresca准则1-3=sp=20MPa(2)当管子两端封闭时:=0P=23.09MPa代入可得prTresca准则:/t-0=代入数据可得p=20.0MPaMPa(1)解:(1)当两端自由(3)当管子两端加100KN的压力时:pr21105pr211052=0;3z=2rt由密塞斯屈服准则:2222pr211052rtprt)2=21223312s25pr0pr110(t)2+(2rt)2+代入数据得:p13MPa由屈雷斯加屈服准则:prtpr21105rtpr2t=200-100=100MPap10MPa故p=10MPa7.图16-12所示的是一薄壁管承受拉扭的复合载荷作用而屈服,试写出下
17、列情况的屈雷斯加和密塞斯屈服准则表达式。(提示:利用应力莫尔圆求出主应力,管壁受均匀的拉应力和切应力再代入两准则)(答案屈雷斯加准则:1;密塞斯准则:3s弟十八卓解:由图知:x由应力莫尔圆知:1=23=2Tresca准则2s2.4密塞斯准则22+62=2xy)2材料本构关系P2992xy=1+3(s)2=13.已知塑性状态下某质点的应力张量为0.1(为一无限小)。试求应变增量的其余分量。16-12受拉扭复合的薄50050150050350(MPa),应变增量d解:由0.1d0.1200cTd-5011503502,所以其余分量为由此可解得,dxy3d-yxxyd-0.1200150503500
18、.025第十八章yzzyzxxz5.有一薄壁管,3dyz0.12003501-5015020.0753dzx材料的屈服应力,试求切应力分量z:dz:dz(1):(塑性成形力学的工程应用0.1200800s,承受拉力和扭矩的联合作用而屈服。现已知轴向正应力分量z以及应变增量各分量之间的比值。(答案1):2:3)2.20钢圆柱毛坯,原始尺寸为应力0.2Y。已知丫7460.20MPa,P33750mm50mm,在室温下敏粗至高度h=25mm设接触表面摩擦切试求所需的变形力P和单位流动压力p。解:根据主应力法应用中轴对称傲粗得变形力算得的公式=mk,k而本题=0.2Y与例题根据体积不变定理,可得0.2
19、(1又因为Y=746pY(16h)2相比较得:m=0.4,因为该圆柱被压缩至h=25mmre25、2,d=50寸2,h=253.在平砧上傲粗长矩形截面的钢坯,其宽度为a、高度为h,长度a,若接触面上的摩擦条件符合库仑摩擦定律,试用主应力法推导单图19-36位流动压力p的表达式。解:本题与例1平面应变傲粗的变形力相似,但又有其不同点,不同之处在于=uy这个摩擦条件,故在dy2Uydxh中是一个一阶微分方程,y算得的结果不一样,后面的答案也不一样,4.一圆柱体,侧面作用有均布压应力0,试用主应力法求敏粗力P和单位流动压力p(见图19-36)。解:该题与轴对称傲粗变形力例题相似,但边界条件不一样,当re0而不是re0,故在例题中,求常数c不一样:_2cxe2k0f(xXe)2k2lXe2(xxe)2khF2lxxe-2k0hFxee2k2lXeh12.已知某物体在高
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