СВАРКА И СВАРИВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Тепловые процессы при дуговой сварке
2.4.1. Расчет температурного поля при однопроходной сварке и наплавке
При ручной сварке пластины с полным (или близким к полному) проплавлением применяют расчетную схему подвижного линейного источника теплоты в пластине.
Температура в точке на расстоянии г от источника равна
|
|
(2.8)
|
|
|
Н 1 х — расстояние вдоль оси Ох от источника Я2 |
где q — эффективная тепловая мощнрсть, определяемая по формуле (2.1) для стыкового шва и по формуле (2.6) для углового шва; К—коэффициент теплопроводности; а — коэффициент температуропроводности; Ь — коэффициент поверхностной тем - пературоотдачи; Ко (и) —функция Бесселя нулевого порядка, бё - рется по таблице в зависимости от величины аргумента и =
до точки, берется со знаком плюс, если точка находится впереди источника, и со знаком минус, если точка — позади источника: x=±vt здесь t — время, за которое источник проходит расстояние X.
Коэффициент поверхностной температуроотдачи для пластины
где ср — удельная объемная теплоемкость; а — коэффициент теплоотдачи.
•Для ручной наплавки или сварки углового шва на массивной детали применяется расчетная схема подвижного точечного источника теплоты на поверхности полубесконечного тела или плоского слоя.
Для схемы полубесконечного тела
т — ^ е—L''/-a: к тх) (210)
2я %R
где q — часть эффективной мощности, вводимая в деталь; R — расстояние от источника до точки, в которой определяется температура (R2 = x2 + y2 + г2).
Для схемы плоского слоя температуру определяют по формуле
|
(2.11) |
|
2яМ5 |
-vx/2a£
|
Vff га |
|||||
|
ЖдР |
V |
||||
|
Ю |
|
1,5 |
|
0,5 |
|
2.1. Номограмма для определения коэффициента m [2] |
|
is |
|
Т = ■ |
|
4 ba |
|
cpvF |
|
1,0 |
|
1 г j 4 r/<r |
|
Phc. |
|
боковой |
|
(2.13) |
|
(2.12) где х — расстояние от дви- Коэффициент поверхностной температуроотдачи с cpf где р — периметр сечения стержня. По формулам (2.8), (2.10), (2.11) и (2.12) определяется температура Гпр точек установившегося поля предельного со- стояния. Температуру T(t) точки подвижного поля в стадии тепло- Т (t) = У (/) Упр. (2.14) где 'F(0—коэффициент теплонасыщения, определяемый по |
|
где т — коэффициент, учитывающий отражение тепла от по- Номограмма приведена для расчета температуры в т Температуру точек бес- я |
|
2a 2a V Ф ) |
|
У |
|
exp X |
|
X |
номограммам (рис. 2.2) в зависимости от расчетной схемы и безразмерных критериев р и т.
|
|
|
|
|
Рис 2.2. Номограммы для определения коэффициента теп- лонасыщения ф3(а), фДб) и ifh(e) [2] |
Для точечного источника на поверхности полубесконечного тела
TOC o "1-5" h z vR v4
Р3 - —-— , Т3 — — ,
2 а 4 а
для линейного источника в бесконечной пластине
vr 4Ьа Т2 = —Гі+_i*i. Y
P2==l7V 4а ^
|
4 Ъа |
|
vH 4 а |
|
Pi |
|
Ті = |
|
2 а |
|
Vі |
|
5 6 8 ю п го 30 W50 Г-10г |
|
Рнс. 2.3. Номограмма для определения F (г, t) [3] |
|
|
Выравнивание температуры после прекращения в момент времени t0 действия источника нагрева описывают наложением двух процессов: теплона - сыщения Гист (0 от условно продолжающего действовать источника и теплонасыщения Гст (*- —to) от равного ему по мощности фиктивного стока теплоты q, начавшего действовать в момент to-
Для времени t>t0 в стадии выравнивания
Т (t) — Тист (/) — Тст (/ — /0).
(2.15)
Для автоматической сварки пластины с полным (или близким к полному) проплавлением используется расчетная схема мощного быстро - движущегося линейного источника теплоты в пластине.
Температура в точке на расстоянии у от оси шва определяется по формуле
|
„-ИЧШ-Ы |
|
(2.16) |
|
1/2 |
|
v6 (4яХср1) |
где t — время, отсчитываемое от момента, когда источник теплоты пересек перпендикулярную к оси Ох плоскость, в которой расположена рассматриваемая точка.
Для автоматической наплавки или сварки углового шва на массивной детали применяется расчетная схема мощного бы - стродвижущегося точечного источника на поверхности полубес - конечного тела или плоского слоя.
г — Ч с-(»3+гЧ/4 at
|
(2.17) |
2я hit
В случае расчетной схемы плоского слоя
|
е—у>/ш—ы |
|
(2.18) |
Т = —Ч-— F (z, t) і—
vbcP л/ш
где F (z, t) —функция, учитывающая отражение тепла от поверхностей слоя, численное значение которой определяется по номограмме (рис. 2.3) в зависимости от отношения 2/6 и безразмерного времени % — at/b2. При at/62>0,5 значение F(z, t) принимают равным 1.
В формулах (2.16), (2.17) и (2.18) t — время, отсчитываемое от момента, когда источник теплоты пересек плоскость, в которой расположена рассматриваемая точка.
