double arrow

Основные понятия и схемы нагреваемых тел.

«Основные понятия и схемы нагреваемых тел.»

 

Источник: Чернышов Г.Г. Технология электрической сварки плавлением: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / Г. Г. Чернышов. — 2-е изд., перераб. — М.: Издательский центр «Академия», 2010. — 496 с.

 

Цель: ознакомиться с физическими процессами, происходящими в дуговом разряде при производстве сварки плавлением.

 

Задачи:

 

1.

 

Под тепловыми процессами при сварке принято подразумевать изменение температуры свариваемых изделий (и присадочного материала) под влиянием источников сварочного нагрева, распространение теплоты в изделии и её отвод в окружающую среду.

Температура характеризует нагрев изделия. В шкале Кельвина началом отсчёта температур служит точка абсолютного нуля. Абсолютные температуры выражают в кельвинах (К). В шкале Цельсия за нуль принята точка таяния льда, которой соответствует значение температуры 273,16 К. Приращения температур в обеих шкалах одинаковы.

Температурное поле — это распределение температур в изделии в конкретный момент. Температура Т в данной точке является функцией теплофизических констант материала, координат точки тела х, у, z и времени τ. Распределение температур может быть объёмным Т = Т(х, у, z, τ), плоским Т = Т(х, у, τ) и линейным Т = Т(х, τ).

 

Распределение температур

Объёмное Т = Т(х, у, z, τ) Плоское Т = Т(х, у, τ) Линейное Т = Т(х, τ)

 

Рисунок

 

Процесс распространения теплоты при сварке разделяют на три стадии: 1) теплонасыщение, связанное с повышением температуры в температурном поле, перемещающемся вместе с источником нагрева; 2) равновесное (установившееся) состояние, при котором устанавливается практически постоянное распределение температур в подвижном температурном поле; 3) выравнивание температуры по окончании сварки.

 

Стадии процесса распространения теплоты при сварке

теплонасыщение равновесное (установившееся) состояние выравнивание температуры

 

Рисунок

 

Термический цикл сварки Т = Т(τ) — изменение температуры во времени в некоторой точке свариваемого изделия.

Изотермическая поверхность — выделенная на контуре или в объёме тела поверхность, образованная точками, имеющими одинаковую температуру в данный момент.

Изотерма — линия на поверхности или в сечении тела, соединяющая точки с одинаковой температурой.

Градиент температуры grad Т — приращение температуры в направлении, перпендикулярном изотерме в данной точке.

Удельная (массовая) теплоёмкость с, Дж/(г·К), — количество теплоты, необходимое для изменения на 1 К температуры единицы массы тела.

Объёмная теплоёмкость сρ, Дж/(см3* К), где ρ — плотность вещества, г/см3, — количество теплоты, необходимое для изменения температуры единицы объема тела на 1 К.

Теплопроводность — способность материалов проводить теплоту. Характеризуется коэффициентом теплопроводности λ, Вт/(см·К), который связывает удельный тепловой поток  с градиентом температуры в уравнении теплопроводности Фурье qy = -λgrad Т.

Коэффициент температуропроводности α = λ/сρ, см2/с, представляет собой отношение коэффициента теплопроводности к объёмной теплоёмкости.

В расчётах обычно используют усреднённые значения теплофизических характеристик (табл. 3.1).

Распространение теплоты существенно зависит от формы и размеров свариваемой детали, а также количества теплоты, вводимой

 

Таблица 3. 1. Теплофизические характеристики некоторых материалов

Материал Плотность р, г/см3 Коэффициент теплопроводности X, Вт/(см∙К) Объёмная теплоёмкость ср. Дж/(см3∙К) Коэффициент температуропроводности а, см2
Низкоуглеродистые и низколегированные стали 7,8 0,38...0,42 4,9...5,2 0,08...0,10
Коррозионно- стойкие аусте- нитные стали 7,8 0,25...0,33 4^ СО 0,05...0,07
Медь 8,9 3,70...3,80 3,8...4,0 0,95...0,96
Латунь 8,7 1,17 3,4 0,34
Алюминий 2,7 2,70 2,7 1,00
Технический титан 4,5 0,17 2,8 0,06

 

Рис. 3.1 – Расчётные схемы нагрева бесконечного тела (а), полубесконечного тела (б), плоского слоя (в), бесконечного и полубесконечного стержней (г) и бесконечной пластины (д): S — толщина плоского слоя и бесконечной пластины

 

сварочным источником. Обычно при выполнении тепловых расчетов выбирают одну из следующих основных схем (рис. 3.1).

Бесконечное тело (рис. 3.1, а) соответствует случаю, когда границы детали не влияют на распространение теплоты. Тепловой расчёт можно проводить для тела неограниченной протяженности по всем трем осевым направлениями — х, у и z.

Полубесконечное тело (рис. 3.1, б) применяется для описания массивной детали с одной ограничивающей плоскостью z = 0. Остальные поверхности детали значительно удалены и не влияют на распространение теплоты. Схема используется при расчете температур в случае наплавки валиков и укладки угловых швов с малым проплавлением на листах толщиной более 30 мм.

Плоский слой (рис. 3.1, в) — пластина, у которой значения температуры по толщине неодинаковы, а толщина тела не настолько велика, чтобы можно было пренебречь влиянием ограничивающей плоскости z = S и считать тело полубесконечным.

Бесконечный и полубесконечный стержни (рис. 3.1, г) — тела, протяженные в одном направлении, с одинаковой температурой в пределах поперечного сечения. Данная схема используется в случае расчета температур при контактной стыковой сварке арматуры и стержней.

Бесконечная пластина (рис. 3.1, д) — тело, ограниченное двумя параллельными плоскостями — z = 0 и z = S. Температура по толщине листа S постоянна, и теплота распространяется только в плоскости хОу. Эта схема соответствует случаям сварки пластины встык и выполнения углового шва с полным проплавлением.

Полубесконечная пластина — тело, ограниченное двумя параллельными плоскостями — z = 0 и z = S — и плоскостью у = 0. Остальные условия такие же, как и у бесконечной пластины. Данная схема применяется при расчете температур в конструктивном элементе (стенка, ребро, накладка), привариваемом к пластине угловым швом, а также в случае наплавки валика на торец пластины.

 


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: