Расчет ширины зоны нагрева
При оценке влияния термического цикла на свариваемый металл бывает необходимо определить ширину 21 зоны, приращение температуры в которой превышало заданное АТ (рис. 7.5). Для этого обычно используют формулы, полученные из выражений для расчета максимальных температур, так как ширина зоны нагрева равна ширине соответствующей изотермы. Полагая г = / в выражении (7.3), после несложных преобразований для схемы быстро-
движущегося точечного источника теплоты на поверхности массивного тела получаем ширину зоны нагрева:
|
Рис. 7.5. Схема для определения ширины 21 зоны, приращение температуры в которой превышало заданное А Г |
|
21 = |
|
(7.27) |
|
|
|
21 = |
|
ср{т-тиу |
|
Для схемы быстродвижущего - ся линейного источника теплоты в пластине преобразуем формулу (7.4). Полагая у = I и пренебрегая теплоотдачей с поверхности (полагая Ъ = 0), получаем выражение для расчета ширины зоны нагрева: |
|
| 8 qlv тсеср(Т - Тн) |
|
(7.28) |
Пример 7.5. На поверхность массивного тела наплавляют валик. Определить ширину зоны, нагревающейся выше температуры Т = 900 К, при которой углеродистая сталь в значительной степени теряет упругие свойства. Эффективная мощность источника q = 6 кВт; скорость сварки v = 9 м/ч = = 0,25 см/с; начальная температура изделия Г„ = 20 °С (293 К). Теплофизические коэффициенты: X = 0,39 Вт/(см • К); ср = 4,9 Дж/(см3 • К).
Решение. Полагаем источник теплоты быстро движущимся и используем выражение (7.27) для схемы массивного тела. Сначала определяем погонную энергию: qlv = 6000/0,25 = 24 кДж/см, а затем ширину зоны нагрева
^ і 8*/» 8-24000
21= т - = ---------------------------------------------------- - = 2,75 см.
кеср(Т-Т^) у 3,14-2,72-4,9-(900-293)
Таким образом, ширина зоны, нагревающейся выше 900 К, составляет 2,75 см.
Пример 7.6. Листы из низколегированной закаленной стали толщиной 6 = 8 мм сваривают встык за один проход дуговой сваркой при токе I = = 300 А; напряжении дуги U = 34 В; скорости v = 18 м/ч = 0,5 см/с; эффективном КПД дуги г| = 0,8. Определить ширину зоны отпуска, которая
находится между изотермами 870 и 1050 К. Теплоемкость стали ср = = 5 Дж/(см3 • К). Начальная температура изделия Тн = 270 К.
Решение. Сначала находим эффективную мощность дуги и погонную энергию сварки:
q = л UI= 0,8 ■ 34 • 300 = 8160 Вт; q/v = 8160/0,5 = 16320 Дж/см.
Считая источник быстродвижущимся в пластине и используя выражение (7.28), определяем ширину зоны нагрева выше 1050 К:
IZ.JL
У'** - -2.52см.
ср(Т-Тн) 5,0(1050-270)
Аналогично определяем ширину зоны нагрева выше 870 К:
2/870 = У-^^°4^1632У 3,28см. 870 ср(Т-ТИ) 5,0(870-270)
Находим ширину зоны отпуска с одной стороны шва:
Д = (2/870 “ 2/ю5о)/2 - (3,28 - 2,52)/2 = 0,38 см.
Следовательно, ширина зоны отпуска с каждой стороны шва составляет 3,8 мм.
