Раздел III. ТЕПЛОВЫЕ ОСНОВЫ СВАРКИ

НАЗАД: 3.2.2.1. Тепловые характеристики сварочной дуги

3.2.2.2. Распределение тепла при действии мощных быстродвижущихся источников тепла

Различают три стадии процесса распространения теплоты:

· теплонасыщение, когда температура в температурном поле, перемещающемся вместе с источником тепла, нарастает;

· предельное или установившееся (квазистационарное) состояние, когда температурное поле, перемещающееся вместе с источником тепла, остается постоянным;

· выравнивание температуры в теле по окончанию действия источника тепла.

Наибольший практический интерес представляет предельное состояние, так как от его характера зависят эксплуатационные свойства сварного соединения.

Рассмотрим расчет температуры предельного состояния при действии мощных быстродвижущихся источников тепла. Под быстродвижущимися источниками понимают источники тепла, перемещающиеся при сварке сталей со скоростью более 25 м/ч.

При сварке массивных тел в качестве расчетной схемы принимают наплавку валика на массивное тело. Массивным считают тело толщиной не менее 25 мм. Если принять за краевые условия начальную температуру тела 0 ⁰С, а условиями теплообмена в окружающую среду пренебречь (адиабатические условия), то тогда решение дифференциального уравнения теплопроводности [4] в этом случае имеет вид:

(3.15)

где q_u – эффективная тепломощность источника тепла;

l – коэффициент теплопроводности;

V – скорость сварки (см/с);

t – время, прошедшее с момента пересечения дугой той плоскости (перпендикулярной оси шва), в которой находится интересующая нас точка с координатами y и z, c;

r – расстояние в плоскости y – z от оси шва до интересующей нас точки (), см;

a – коэффициент температуропроводности, см²/с.

Для определения максимальной температуры вначале прологарифмируем уравнение (3.15):

; (3.16)

Теперь продифференцируем уравнение 3.16:

или

(3.17)

Так как максимум температуры соответствует то получим , откуда время, соответствующее достижению максимума температуры

. (3.18)

Подставив выражение (3.18) в уравнение (3.15), получим:

(3.19)

При сварке деталей толщиной до 10 мм расчет ведут по схеме сварки встык за один проход (со сквозным проплавлением свариваемых деталей).

При аналогичных краевых условиях решение дифференциального уравнения теплопроводности, учитывая, что в этом случае имеет вид:

(3.20)

где d - толщина свариваемых деталей, см;

у – расстояние до интересующей нас точки в плоскости перпендикулярной направлению сварки, см;

b – коэффициент температуроотдачи в окружающую среду, 1/с.

Данный коэффициент равен

(3.21)

Для сталей при d £ 10 мм его величина мала, поэтому им обычно пренебрегают.

Вычисление времени достижения T_max (по аналогии с предшествующим случаем) дает значение (3.22).

Если подставить выражение (3.22) в уравнение (3.20), то получим:

. (3.23)

ДАЛЕЕ: 3.3.1. Нагрев электродного металла протекающим по нему током