Раздел III. ТЕПЛОВЫЕ ОСНОВЫ СВАРКИ

НАЗАД: 3.1. Основные теплофизические величины, понятия и определения

3.2. Нагрев свариваемого металла при дуговой сварке

3.2.1. Расчетные схемы нагреваемых тел и источников тепла

Все случаи расчетов нагреваемых тел при сварке базируются на дифференциальном уравнении теплопроводности:

(3.7)

Дифференциальные уравнение теплопроводности показывает, чем неравномернее распределена температура вблизи данной точки в данный момент времени, тем быстрее изменяется температура этой точки.

Однако для решения задачи о распределении тепла в теле необходимы еще четыре условия:

- геометрические, т.е. размеры тела;

- физические, т.е. значения теплофизических величин;

- временные (начальные) – это характер распределения температуры в теле в начальный момент времени;

- граничные – это условия теплообмена с окружающей средой.

Граничные условия могут быть изотермическими (температура поверхности тела постоянная), адиабатическими (теплоотдачи в окружающую среду нет), либо условия теплообмена на границе со средой могут быть заданы:

(3.8)

Совместно временные и граничные условия называют краевыми.

Для решения конкретных задач в тепловых основах сварки используют аналитические методы решения. Для этого все реальные нагреваемые тела приводят к следующим расчетным схемам:

Бесконечное тело. Это тело, имеющее значительные размеры по всем координатным осям Х, У, Z и его границы не влияют на характер теплового поля.

Полубесконечное тело. Этой схеме соответствует тело, которое имеет только одну ограничивающую плоскость (Z = 0), со стороны которой действует источник тепла, влияющую на распределение тепла.

Остальные граничные плоскости достаточно удалены от источника тепла и влияние на характер распределения тепла в теле не оказывают. Схема используется при расчете температур в случае наплавки валиков и укладке угловых швов с малым проплавлением на листах толщиной более 25 ¸ 30 мм.

Плоский слой. Это тело, ограниченное двумя параллельными плоскостями (Z = 0 и Z = d, где d – толщина тела), расположенными достаточно близко от источника тепла. Наличие этих плоскостей искажает температурное поле. Температура по толщине тела не одинакова.

Пластина. Это такой плоский слой, в котором температура по любой оси, перпендикулярной поверхности, является постоянной, т.е. . Температура распространяется только в плоскости х0у. Схема соответствует сварке пластин встык или укладке углового шва с полным проплавлением.

Стержень. Это тело с прямолинейной осью, имеющее значительные размеры по оси. Концевые поверхности не отражаются на распределении тепла. Температура в любой точке произвольного поперечного сечения является постоянной, т.е. . Тепловой поток в стержне линейный и распределяется вдоль оси.

Схематизацию источников тепла производят по следующим признакам:

а) по признаку распределенности различают точечный, линейный, плоский и объемный источники;

б) по времени действия – мгновенные и постоянно действующие;

в) по расположению относительно рассматриваемой точки – неподвижные, подвижные и быстродвижущиеся.

ДАЛЕЕ: 3.2.2.1. Тепловые характеристики сварочной дуги