Введення
У розрахунках теплових процесів при зварюванні широко використовують залежності, отримані шляхом схематизації і спрощення дійсних процесів розповсюдження теплоти. Ці спрощення в основному зводяться до наступного.
. Джерела теплоти приймають або зосередженими, або розподіленими за відповідним законом, який дозволяє відносно просто описати процес поширення теплоти.
. Форми тіла спрощують.
. Теплофізичні коефіцієнти l, а, з r, приймають не залежними від температури. Це допущення хоча і спотворює дійсний процес поширення теплоти в тілі, але значно спрощує математичні вирази.
Зазначені припущення дозволяють отримати струнку теорію розподілу температури в тілах при нагріванні їх різними рухомими джерелами теплоти. Ця теорія добре відбиває якісну картину, а в ряді випадків дає також і достатню для технічних розрахунків точність опису зварювальних процесів. Найбільші похибки в описі полів температур спостерігається в зонах поблизу дії джерел теплоти. В окремих точках, де знаходяться зосереджені джерела, розрахункова температура досягає нескінченно великих значень. Математичний апарат теорії, доповнений експериментальними даними, є зручним інструментом для вираження процесів розповсюдження теплоти при зварюванні.
У конкретній роботі використовуються математичні розрахунки при ручній наплавленні валика на масивне тіло. Такий процес описує наступна математична модель - рухливий точкове джерело підлозі нескінченного тіла.
Вихідними даними для розрахунку є режим зварювання і теплофізичні характеристики основного матеріалу.
Вихідні розрахункові дані:
Режим зварювання:
Струм зварювання I СВ, А 120
Напруга на дузі U, В 20
Швидкість зварювання V СВ, м/ч 3,5
к. п. д. h 0,6
Теплофізичні характеристики матеріалу (гартувати сталь):
Об'ємна теплоємність з r, Дж/м 3? До 4,8 · 10 6
Коефіцієнт температуро проводности а, м 2/с 8,7 · 10 - 6
Коефіцієнт теплопровідності l, Вт/м · К 41,9
Коефіцієнт тепловіддачі a, Дж/см 2? з? ° С 6? 10 - 3
1. Розрахунок температурного поля граничного стану при русі рухомого точкового джерела тепла в напівнескінченної тілі
температурний точковий теплонасищеніе
Зварювальні процеси в металі в більшості випадків відбуваються при швидкій зміні температури в межах від температури навколишнього повітря до температури випаровування металу. У цьому досить широкому температурному проміжку розвиваються різні фізичні та хімічні процеси плавлення основного і присадочного металу, структурні та об'ємні зміни в металі шва і в основному металі, процеси місцевого пластичного деформування. Для керування зварювальними процесами необхідно знати, як впливають на них всі визначальні параметри, включаючи зміну температури металу в часі. Для розрахунків по зварюванню найбільш простим є метод джерел. Застосовуючи цей метод для теплових розрахунків щодо зварювання, теплофізичні характеристики приймають постійними, незалежно від температури. Також нехтують і теплотою фазових перетворень. Значення цих теплофізичних величин приймають середніми в діапазоні температур, що розглядаються, хоча це і веде до певних змін розрахункових температурних полів в порівнянні з реально існуючими. Хоча ці процеси поширення тепла в умовах зварювання є досить складними, для їх вирішення у ряді випадків вдається застосувати спрощені методи, що зводять конкретну задачу до ідеальних теоретичним схемами.
Полу безкінечне тіло - це тіло, що має тільки одну граничну поверхню z=0, з боку якої діє джерело тепла. Потік тепла в такому тілі просторовий. Стосовно до зварюванні, така схема може використовуватися, наприклад, при наплавленні валика на поверхню масивного тіла.
Джерела тепла, що зустрічаються в практичних випадках зварювання, є також різноманітними. Їх схематизує за різними ознаками:
· за ознакою розподіленості: зосереджені (точкові, лінійні, плоскі, об'ємні) та розподілені (за певним законом введення тепла в виріб);
· за часом дії: миттєві і безперервно діючі джерела тепла;
· по розташуванню щодо розглянутої точки в часі: нерухомі. рухливі, швидко рухаємося джерела тепла.
Розглянемо випадок нагріву вироби при наплавленні валика на масивне тіло (нагрівання напівнескінченного тіла рухомим точковим джерелом тепла).
Необхідно розрахувати процес поширення тепла при ручн...
