ОСНОВЫ СВАРКИ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ВЛИЯНИЕ ОГРАНИЧЕННОСТИ ИЗДЕЛИЙ НА ПРОЦЕСС РАСПРОСТРАНЕНИЯ ТЕПЛОТЫ ПРИ СВАРКЕ

Размеры свариваемых изделий в действительности всегда ограни­чены. Чем меньше расстояние от источника теплоты до границы тела, тем больше влияние, оказываемое ограниченностью тела на процесс распространения теплоты. При обычно встречающихся иа практике со­отношениях коэффициента теплопроводности металла и коэффициен­та поверхностной теплоотдачи граничные плоскости тела можно в пер­вом приближении считать не пропускающими теплоту. Поэтому учет ограниченное! и размеров тела повышает температуру в сравнении с вычисленной но схеме неограниченного тела.

Распространение теплоты в плоском слое. Если толщина листа (сва­риваемых элементов) мала, так что нельзя преиебречьопэаничпвающим

в. шяшіем нпжнеії плоскости листа, но не настолько, ч гобы считать тем­пературу ранномерно распределенной по толщине, назначают для рас­чета схему подвижного точечного источника на поверхности плоского слоя толщиной s (рис. 13.1 4). Ограничивающие поверхности плоского слоя можно считать не пропускающими теплоту, это допущение было оговорено в подралд. 13.3.

Процесс распространения теплоты от подвижного точечного источ­ника мощностью q на поверхности плоского слоя будем рассматри­вать, как часть процесса распространения теплоты от того же источ­ника в неограниченном теле. Для этого удвоим мощность основного источника и введем в тело дополнительные фиктивные источники 1.

2. 3- мощностью 2ц. являющиеся попеременными отражениями ос­новного источника, находящегося в точке 0, в обеих, не пропускаю­щих теплоту, ограничивающих плоскостях г = 0 и z = s. Так, например, источник 1 является отражением основного источника в нижней ог­раничивающей плоскости г= s. источник 2 - отражением источника 1 в верхней плоскости г = 0, источник 3 - отражением источника 2 в нижней плоскости г = s и т. д.

Таким образом, процесс распространения теплоты подвижного то­чечного источника на поверхности плоского слоя описывается уравне­нием

T(x, y,z, t)= £ T(Rirt), (1346)

ti=~cr

где /?; =л: + г: +(г-2/м):

Уравнение (13,46) представляет сумму процессов распространения теплоты бесконечного ряда точечных источников мощностью 2ц с ко­ординатами (0, 0,2ns). где п принимает все целые значения от - х до +х. включая нуль. В качестве основной расчетной формулы в уравнении (13.46) рекомендуется брать решение (13.35),

Замечание: определение мгновенной скорости охлаждения в плос­ком слое рекомендуется выполнять по графику, предложенному Н. Н, Рыкалнным (рис. 13.15). Расчет выполняют в следующей после­довательности: вычисляют безразмерный критерий - :

1 ч

8 Уй-р(Г-7„)

Затем по предложенному графику определяют соответствующее ему значение критерия ш, по которому определяют мгновенную скорость охлаждения

Ц’(7~) = -1о2ге/. .

q (13,47)

г

:sk:s

Скорости охлаждения W(T) точек плоского слоя, находящихся вне

оси перемещения источника * 0 j (см. рис. 13.15). возрастают от W = 0 (нулевая скорость охлаждения соответствует достижению максималь­ных температур точек у), достигают максимума и сливаются со скорос-

( 1 ^ "

тями охлаждения точек на оси шва — = 0J.

Влияние ограниченности размеров изделий по ширине и длине. Это вли­яние на процесс распространения теплоты при сварке можно учесть гак же, как и при влиянии ограниченности изделий по толщине (плоский слой), введением дополнительных фиктивных источников, представля­ющих отражения основного источника в ограничивающих плоскостях, которые предполагаются не пропускающими теплоту. Таким образом можно рассчитать температурные поля при сварке полос различной ши­рины и длины. На рис. 13.16 иллюстративно показан учет ограниченнос­ти изделий по ширине на процесс распространения теплоты (сварка уз­ких полос различной ширины).

Наличие непроницаемых для теп. юты граничных плоскостей стесняет поток тенлогы, распространяющийся от источника, л повышает темпе­ратуру тем больше, чем значительнее стеснен тепловой поток.

В заключение раздела следует отметить:

• вопросы распространения теплоты при сварке, носящие, скорее, рекомендательный характер, например в случаях выполнения многопроходных швов, короткими или длинными участками и др., вынесены в соответствующие технологические разделы на­стоящего учебника:

• некоторые из расчетных методов, имеющих специфическое при­менение: нагрев распределенными источниками сварочного на­грева (газовое пламя), нагрев при других процессах сварки (кон­тактная, электронно-лучевая, лазерная, электрошлаковая и др.), нагрев и плавление основного и присадочного металлов при элек - тродуговой сварке и др. - в учебнике не рассматриваются;

• в то же время заложенная в данном разделе теоретическая база является основой тепловых расчетов перечисленных выше слу­чаев и процессов.