ій наплавленні валика на масивне тіло. Нехай при цьому швидкість зварювання і теплова потужність дуги порівняно не великі. Плиту вважатимемо напівнескінченних тілом, оскільки всі її розміри такі, що всі наявні граничні поверхні крім площині, на яку буде проводитися наплавлення, не спотворюють теплового поля. Тому електричну зварювальну дугу приймемо за точковий рухливий діючу джерело тепла. Теплову потужність зварювальної дуги в процесі наплавлення валика приймемо постійною. Тоді поставлену задачу в ідеалізованому і схематизованому вигляді можна сформулювати наступним чином: «Розрахувати процеси поширення тепла при нагріванні поверхні напівнескінченного тіла точковим постійно діючим рухомим джерелом тепла постійної потужності».
Для того щоб зрозуміти механізм поширення тепла в тілі при даному способі зварювання розглянемо окремий випадок в якому моделлю джерела тепла є миттєвий точковий джерело. Для отримання рухомого точкового джерела можна скористатися принципом накладення, відповідно до якого рухливий точкове джерело представимо як суму миттєвих внесень нескінченно малих порцій тепла dQ через дуже малі проміжки часу dt від дії багатьох одиничних миттєвих точкових джерел.
Рівняння граничного стану для процесу розподілу тепла від точкового джерела постійної потужності, що рухається з постійною швидкістю по поверхні напівнескінченного тіла, віднесене до рухливої ??системи координат, після всіх перетворень і спрощень придбає такий вигляд:
, (1)
де R - відстань точки А, в якій визначається температура, від початку Про координат рухомої системи;
х - абсциса точки А в рухливій системі координат;
v - швидкість зварювання, см/сек.
Проаналізуємо отриманий вираз. Припустимо, що джерело тепла нерухомий, тобто v= 0. Тоді е в нульової ступеня дорівнює одиниці і вираз (1) перетвориться в:
(2)
Температура точок тіла в цьому випадку обернено пропорційна їх відстані від джерела тепла R, так як q і і l прийняті постійними. Точки, рівновіддалені від джерела тепла, мають однакову температуру, тобто ізотермічні поверхні являють собою концентричні півсфери.
У перетинах, перпендикулярних до шву, тепло від валика поширюється рівномірно в усі сторони, завдяки чому ізотерми в таких перетинах являють собою концентричні півкола.
Для побудови розподілу температури при даній схемі нагріву виробляються розрахунки за наступною формулою:
(3)
Наприклад, при у=5 мм, х=10 мм:
=4932 ° С
Результати розрахунків по рівнянню (3) наведені в таблиці 1.
За результатами розрахунку будуємо відповідні температурні поля (рис. 2)
Поверхневі ізотерми 200, 600, 800, 1 350 ° С (рис. 3) отримують графічним побудовою даних рис. 2.
Таблиця 1 - Результати розрахунку температурного поля граничного стану при русі рухомого точкового джерела теплоти в нескінченному тілі
Х, мТ, ° Су=0у=0,005 му=0,01 му=0,015 му=0,02 му=0,025 м0,001493278230715992570,002222469328514987540,003133759426113981510,00490449923612876470,00565241421111871440,00649034318810765410,0073792841669860380,0082992351458855350,0092401961277950330,011941641117145300,023532272116120,038876540,042222210,050000000547086834117610263-0,001273585235118310766-0,002182381035718911169-0,003136775435819411571-0,004109469535519811874-0,00591263835020012177-0,00678158534220212479-0,00768353833320212681-0,00860849732320212883-0,00954746031220012982-0,0123725721616812584-0,0218217615913611091-0,031371341241119687-0,041091071021599280
2. Порівняння температур точок тіла в період теплонасищенія і граничного температурного поля
Період процесу поширення тепла до досягнення граничного стану (стаціонарного при нерухомому джерелі і квазістаціонарного при рухомому) називається періодом тепло насичення. У цьому періоді температура T (t) будь-якої точки тіла, віднесеною до координатної системі і пов'язаної з джерелом тепла (нерухомим або рухомим), зростає від=0 до температури граничного стану, теоретично досягається при t? 0.
Температуру T (t) точки з координатами (x, y, z) у періоді тепло насичення (при 0 lt; t lt;?) зручно представляти через вивчені температури граничного стану і додатковий коефіцієнт тепло насичення Ш (t) для тієї ж точки:
Т (t)=ш (t) · T ін (4)
Такий коефіцієнт тепло насичення зростає від нуля в початковий момент часу (Ш (0)=0) до одиниці в граничн...
