HEGESZTÉSI HŐFOLYAMATOK

HEGESZTÉSI HŐFOLYAMATOK

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Mechanikai Technológia és Anyagszerkezettani Tanszék

Dr. Palotás Béla Hegesztés előadások

Szerző: dr. Palotás Béla

1

Hegesztési hő-folyamatok T

T

850 °C

T1

• Modellezési

lehetőségek

max T krit

( A 3)

W(T)

500 °C

T

th ∆ t ∆ t

Hegesztés előadások

T 8/5 T1 - T 2

2

t


– Hőmérséklet eloszlás – Maximális hőmérséklet – Lehűlési sebesség – Túlhevítési idő – Kritikus lehűlési idő

2

Modellezési alapesetek • Kis sebességű hőforrás

• Félig végtelen test (vastag lemez, 3 dimenziós hővezetés) vagy pontszerű hőforrás • Véges vastagságú lemez (vékony lemez, 2 dimenziós hővezetés) vagy lineáris hőforrás

• Nagy sebességű hőforrás • Pontszerű hőforrás • Lineáris hőforrás



3

Elhanyagolások • • • • • •

- Az alapanyag homogén és izotróp - Hőfizikai jellemzők a hőmérséklettől függetlenek - A hevítés hőmérséklete végtelen - Határállapot van, a bevezetett hő és elvezetett hő megegyezik - Látens hő (fázisátalakulásoknál) és olvadási hő elhanyagolható - A vizsgálatokat a hőforrással együtt mozgó koordináta rendszerben végezzük (itt a hőmérséklet mező állandó).



4

Kis sebességű hőforrás, félig végtelen testen (alapeset) • A modell megoldása: • Ahol: – q

– v – x – R – a – λ


T=

q e 2πλR

     

v x vR   − − 2a 2a 

A hőbevitel (értéke, pl. a villamos paraméterekből számítható q = U I η [J/s]) A hegesztési sebesség ([m/s]) A vizsgált pont x koordinátája ([m]) A vizsgált pontba mutató helyvektor abszolút értéke ([m])) Hőmérséklet vezetési szám (a = (7…9) 10-6 m2/s értéke itt c.ρ a térfogati fajhő c.ρ= (5…5,2)106 J/m3ºC) Hővezetési tényező (λ = 37…42 W/mºC )


5

Hőmérséklet eloszlás Kis sebességű hőforrás esetében amely félig végtelen testen hevít PONTSZERŰ HŐFORRÁS, FÉLIG VÉGTELEN TEST +X

ÁLLÓ HŐFORRÁS T

-Y

v

q

-X R

-X,-Y

+Y

X,Y -Y

Z T

T T3 T2 1

Az izotermák körök kiss λ

-X +Y

-Y T1

T3

nagy λ R Rossz hővezetö anyagoknál szélesebb zóna hevül fel

Z

T

+Y

T2

MOZGÓ HŐFORRÁS Maximális hőmérsékletre hevült pontok helye -Y

Az izotermák körök Álló és mozgó hőforrás

-X


+X

v nő

-Y

T1

+X

+Y T3

T3

-X

T2 Z


T1

+X T2

+Y

6

További esetek Kis sebességű hőforrás T

Nagy sebességű hőforrás T R

v nő

-X

R3

+X

R1

R1 R2 R3

2

-X

+ X irányában is van hővezetés

+X + X irányában nincs hővezetés

Pontszerű hőforrás ( vastag lemez ) -Y

Lineáris hőforrás ( vékony lemez ) +Y -Y

+Y

T1 T2

T3 T2 T1 T1 T2 T3 T3 Z Z

Az izotermák körök az Y-Z síkban



7

”Kettő és fél dimenziós eset” (2,5 D) q

s

A gyakorlatban ez a helyzet a leggyakoribb, amikor is a hőforrás közelében 3 dimenziós a hőelvezetés, míg a hőforrástól távolabb 2 dimenziós eset van. Hegesztés előadások


8

A modellek alkalmazási lehetőségei

• A hőhatás övezet különböző zónáinak

helye meghatározható, adott pontban a hőciklus felrajzolható, így ismert a maximális hőmérséklet, a kritikus hőmérséklet fölött eltöltött idő (ez például információ az ausztenitesítés mértékéről acéloknál) és adott hőmérsékleten a lehűlési sebesség. A zónák helyére jó példa az acélok példája:



9

Vas-karbon ötvözetek esetében



10

A hőhatás övezet zónái (Fe – C) • Varratfém övezete • •

Jellemző rá a közös ömledék-fürdőből kristályosodott dendrites szerkezet. Részleges olvadás övezete Az alapanyag részben megolvadt krisztallitjaihoz kapcsolódnak az ionok, itt kezd kialakulni a fémes kötés. Szemcsedurvulás övezete Ez a hőhatás övezet egyik kritikus zónája, az ausztenitre jellemző, hogy kb. 1100 ºC és a szolidusz közötti hőközben irreverzibilisen eldurvul.



11

További zónák (Fe – C ötvözetek) • Hőkezelés övezete

•

Az A3 hőmérséklet és 1100 ºC között ausztenitesedett zóna levegőn hűtve hőkezelődik, egy normalizálás játszódik le. Ez a zóna nem szenved káros változást. Részleges hőkezelés övezete Csak részben ausztenitesedik a zónában az anyag, így a normalizálás is csak részben tud lejátszódni.



12

További zónák (Fe – C ötvözetek) • Újrakristályosodás övezete

•

Az újrakristályosodás 500 ºC és A1 között játszódik le. Kritikus hidegalakítás esetén lehet itt is szemcsedurvulás és ez a zóna is lehet kritikus. Öregedés övezete Az öregedést nitrid vegyületfázisok kiválása hozza létre, a kivált nitrid fázisok akadályozzák a diszlokációk mozgását ezáltal ridegítik a hőhatás övezetet. Az ütőmunka csökken, az átmeneti hőmérséklet nő.



13

Hőkezelt zónák NORMALIZÁLÁS T

ÚJRAKRISTÁLYOSODÁS

A d

F P

MS

Alakítás mértéke, q %

B

MF


Egyensúlyi szerkezet

lg t


qkrit

14

Kritikus lehűlési idő T 850 °C

T1

T max

(A3 )

T krit

W(T)

500 °C

th

T

∆ t 8/5 ∆ tT - T 1 2



T2

t

15

Kritikus lehűlési idő • Háromdimenziós hőelvezetés (3D): ∆t T1 −T2

(q/v )eff

 1 1    = − 2πλ  T2 − T0 T1 − T0 

• Kétdimenziós hőelvezetés (2D): (q/v )eff 2 

  ∆t = −   T −T 2 2 2  T −T 1 2 4πλρcs  T − T 1 0  0  2

(

1

) (

• Kritikus lemezvastagság s

krit

=

(q/v )eff


2cρ

  1 1   + T −T T −T  2 0 0  1 Szerző: dr. Palotás Béla

1

)

Effektív hőbevitel (q/v )eff

=

UIη v

eff

heg 16

Grafikus ábrázolás lg(q/v)

3D s nő 2D

lg ( ∆ t

lg(q/v) Hegesztés előadások


8/5

) 17

A hőtorlódás figyelembe vétele • Az összefüggések hernyóvarratra vannak

felírva, de használhatók más esetben is, egy egyszerű eltolással. Az eltolás a hőtorlódás figyelembe vételével történhet: β = 1,5 aszimmetrikus varrat gyökére

β = 2/3 merőleges kötésekre β = 0,5 kettős T-kötésekre

q/v =



(q / v )hernyó β 18

A lehűlési idő gyakorlati használata • A „hidegrepedés-mentes” munkarend

meghatározására alkalmazható a nomogram is és az összefüggések is.



19

HEGESZTÉSI HŐFOLYAMATOK

Recommend Documents