HEGESZTÉSI HŐFOLYAMATOK

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "HEGESZTÉSI HŐFOLYAMATOK"

Klaudia Kovács
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 HEGESZÉSI HŐFOLYAMAOK Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Mechanikai echnológia és Anyagszerkezettani anszék Dr. Palotás Béla Szerző: dr. Palotás Béla 1

2 Hegesztési hő-folyamatok ( A ) C 500 C t h 1 t 8/5 t - 1 max krit W ( ) t Modellezési lehetőségek Hőmérséklet eloszlás Maximális hőmérséklet Lehűlési sebesség úlhevítési idő Kritikus lehűlési idő Szerző: dr. Palotás Béla

3 Modellezési alapesetek Kis sebességű hőforrás Félig végtelen test (vastag lemez, 3 dimenziós hővezetés) vagy pontszerű hőforrás Véges vastagságú lemez (vékony lemez, dimenziós hővezetés) vagy lineáris hőforrás Nagy sebességű hőforrás Pontszerű hőforrás Lineáris hőforrás Szerző: dr. Palotás Béla 3

lemez (vékony lemez, dimenziós hővezetés) vagy lineáris hőforrás Nagy

4 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). Szerző: dr. Palotás Béla 4

Látens hő (fázisátalakulásoknál) és olvadási hő elhanyagolható - A vizsgálatokat a hőforrással

5 Kis sebességű hőforrás, félig végtelen testen (alapeset) A modell megoldása: Ahol: q A hőbevitel (értéke, pl. a villamos paraméterekből számítható q = U I η [J/s]) v A hegesztési sebesség ([m/s]) x A vizsgált pont x koordinátája ([m]) R A vizsgált pontba mutató helyvektor abszolút értéke ([m])) a Hőmérséklet vezetési szám (a = (7 9) m/s értéke itt c.ρ a térfogati fajhő c.ρ= = (5 5,)106 J/m3ºC) λ Hővezetési tényező (λ = 37 4 W/mºC ) = q e πλr vx a vr a Szerző: dr. Palotás Béla 5

([m]) R A vizsgált pontba mutató helyvektor abszolút értéke ([m])) a Hőmérséklet vezetési szám (a = (7 9) 10-6 6 m/s

6 Hőmérséklet eloszlás Kis sebességű hőforrás esetében amely félig végtelen testen hevít - Y PONSZERŰ HŐFORRÁS, FÉLIG VÉGELEN ES +X v q ÁLLÓ HŐFORRÁS - X Z R + Y - X, - Y - Y X, Y Az izotermák körök - X kiss λ - Y + Y 1 3 nagy λ R Z Rossz hővezetö anyagoknál szélesebb zóna hevül fel Y + X MOZGÓ HŐFORRÁS Álló és mozgó hőforrás - X v nő Maximális hőmérsékletre hevült pontok helye Az izotermák körök -Y - Y + Y X + X 3 + X 1 Z +Y Szerző: dr. Palotás Béla 6

Rossz hővezetö anyagoknál szélesebb zóna hevül fel 1 3 + Y + X MOZGÓ HŐFORRÁS Álló és mozgó hőforrás - X v nő

7 ovábbi esetek Kis sebességű hőforrás v nő Nagy sebességű hőforrás R 1 R R R R 1 3 R 3 -X +X -X +X + X irányában is van hővezetés + X irányában nincs hővezetés Pontszerű hőforrás ( vastag lemez ) Lineáris hőforrás ( vékony lemez ) - Y + Y Y + Y Z Z Az izotermák körök az Y-Z síkban Szerző: dr. Palotás Béla 7

Pontszerű hőforrás ( vastag lemez ) Lineáris hőforrás ( vékony lemez ) - Y + Y 1

8 Kettő és fél dimenziós eset (,5 D) q s A gyakorlatban ez a helyzet a leggyakoribb, amikor is a hőforrás közelében 3 dimenziós a hőelvezetés, míg a hőforrástól távolabb dimenziós eset van. Szerző: dr. Palotás Béla 8

9 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: Szerző: dr. Palotás Béla 9

hőmérséklet fölött eltöltött idő (ez például információ az ausztenitesítés mértékéről acéloknál)

10 Vas-karbon ötvözetek esetében Szerző: dr. Palotás Béla 10

11 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 ºC és a szolidusz közötti hőközben irreverzibilisen eldurvul. Szerző: dr. Palotás Béla 11

Részleges olvadás övezete Az alapanyag részben megolvadt krisztallitjaihoz kapcsolódnak az ionok, itt kezd

12 ovábbi 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. Szerző: dr. Palotás Béla 1

13 ovábbi 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. Szerző: dr. Palotás Béla 13

Öregedés övezete Az öregedést nitrid vegyületfázisok kiválása hozza létre, a kivált nitrid fázisok akadályozzák a

14 Hőkezelt zónák A NORMALIZÁLÁS ÚJRAKRISÁLYOSODÁS F d P M S B Alakítás mértéke, q % M F Egyensúlyi szerkezet lg t q krit Szerző: dr. Palotás Béla 14

15 Kritikus lehűlési idő 850 C 1 max ( A ) 3 krit W ( ) 500 C t h t 8/5 t - 1 t Szerző: dr. Palotás Béla 15

16 Kritikus lehűlési idő Háromdimenziós hőelvezetés (3D): ( q/v) eff 1 1 t = 1 πλ Kétdimenziós hőelvezetés (D): t 1 = eff 4πλρcs ( q/v) ( ) ( ) Kritikus lemezvastagság Effektív hőbevitel s krit = ( q/v) eff cρ ( q/v) eff = UIη eff v heg Szerző: dr. Palotás Béla 16

) 0 1 0 Kritikus lemezvastagság Effektív hőbevitel s krit = ( q/v) eff

17 Grafikus ábrázolás lg(q/v) 3D s nő D lg(q/v) lg ( t ) 8/5 Szerző: dr. Palotás Béla 17

18 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 = /3 merőleges kötésekre β = 0,5 kettős -kötésekre kötésekre ( q / v) q / v = β hernyó Szerző: dr. Palotás Béla 18

Az eltolás a hőtorlódás figyelembe vételével történhet: β = 1,5 aszimmetrikus varrat

19 A lehűlési idő gyakorlati használata A hidegrepedés-mentes munkarend meghatározására alkalmazható a nomogram is és az összefüggések is. Szerző: dr. Palotás Béla 19

Hasonló dokumentumok

Alumínium és ötvözeteinek hegesztése

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Alumínium és ötvözeteinek hegesztése Dr. Palotás Béla Mechanikai Technológia és Anyagszerkezettani Tanszék Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 1