ТЕОРИЯ сварочных процессов

Расчет длительности пребывания при температуре выше заданной

Длительность пребывания металла при температуре выше за­данной ^зад выражается отрезком /н = *2 “ h на Рис - 7.1. Для опре­деления /н необходимо, используя математическое выражение термического цикла ДО, вычислить корни t и О уравнения

Д0~Дад = 0. (7.13)

Рассмотрим два сварочных процесса: 1) наплавку на массивное тело и 2) однопроходную сварку листов встык, которые соответст­вуют расчетным схемам точечного источника на поверхности мас­сивного тела и плоского источника в бесконечной пластине. Ма­тематические преобразования выполним для обеих схем, применяя модели быстродвижущихся источников теплоты и не учитывая теплоотдачи с поверхности (Ъ = 0). Используем выражения (6.37) и (6.41) для расчета термических циклов ДО, а также выражения

(7.3) и (7.4) для расчета максимальных температур Тт:

1) в случае трехмерного температурного поля при наплавке на массивное тело

/ (

«w ч ^ Q/V г

7-(., 0_Гн__-ехр

тины при различных параметрах режима и разных теплофизиче­ских свойствах материалов выражается одной обобщающей кри­вой: 0(тз) - для массивного тела; 6(12) - для пластины (рис. 7.3). Сложная зависимость между многими переменными процесса рас­пространения теплоты значительно упрощается и сводится к простой зависимости между двумя рационально выбранными без­размерными величинами, каждая из которых представляет собой простое сочетание нескольких переменных процесса. Из зависи­мостей, представленных на рис. 7.3, следует, что заданной безраз­мерной температуре 0зад соответствуют безразмерные длительно­сти пребывания материала при температуре выше нее (тзн для

массивного тела и Т2Н для пластины).

Зависимости размерной длительности нагрева tH найдем, ис­пользуя ее связь с безразмерными параметрами времени тзн и Т2Н (см. выше - определения параметров тз и 12):

2 2 _ г _ у

'Зн-Т3н4^; '2н-Т2н4?

Расстояния г и у в (7.22) выражаем через максимальные темпе­ратуры термического цикла, используя (7.15) и (7.17):

2 q/v

(7.23)

пе ср(тт-тну

±_

v5

'її™ ср(Тт-Тн)

Подставляя выражения (7.23) и (7.24) в (7.22), окончательно получаем

/ =Т Г2 ^ТЗн 2 qlv

Зн Зн 4а 4алсф(гт-гн)

т3н 2 qlv к 2 q/v.

4леЦ7и-Гн) 1ЦТт-Т„)'

Входящие в выражения (7.25) и (7.26) коэффициенты кх = —^2-

4ле

х^

и к2= —— определяем по номограмме (рис. 7.4) в зависимости 64 пе

т - т

от безразмерной температуры 0 = -^-------------- —,------ где Тт - максималь-

Тщ ~ Тп

ная температура термического цикла в рассматриваемой точке из­делия; Гзад - температура, длительность пребывания выше кото­рой подлежит определению; Тн - начальная температура изделия.

Пример 7.4. Определить длительность пребывания при температурах выше 1000 °С точек околошовной зоны, лежащих вблизи зоны сплавле­ния и испытавших нагрев до подсолидусных температур Тт = 1350 °С при электрошлаковой сварке стальных плит толщиной 6 = 800 мм. Эф­фективная мощность источника теплоты q = 130 кВт; скорость сварки v = 0,3 м/ч = 0,0083 см/с; начальная температура изделия Тн = 20 °С. Теп­лофизические коэффициенты: X = 0,40 Вт/(см • К); ср = 5 Дж/(см3 • К).

Решение. Поскольку при электрошлаковой сварке источник теплоты (шлаковую ванну) нельзя считать быстродвижущимся, то возможна лишь ориентировочная оценка. Применим схему линейного источника теплоты в пластине. Определяем безразмерную температуру:

Л _]000 - 20 = 0|73

Г.-Г. 1350-20

По номограмме (см. рис. 7.4) определяем значение коэффициента /:2 Для 0 = 0,73: *2 = 0,012.

Для определения длительности пребывания металла при температу­рах выше заданной используем выражение (7.26):