ТЕОРИЯ сварочных процессов

Периоды теплонасыщения и выравнивания температур

В начальный период действия источника теплоты (например, после зажигания дуги) температуры точек тела монотонно возрас­тают от начальных значений до температур предельного (стацио­нарного или квазистационарного) состояния, которое теоретиче­ски устанавливается в течение бесконечно большого промежутка времени. В действительности длительность этого периода конечна, и он носит название периода теплонасыщения. Расчет температур, которые в этот период для различных расчетных схем определя­ются выражениями (6.19), (6.21) и (6.23), можно выполнять чис­ленными методами на ЭВМ либо аналитическими - по формулам предельного состояния для принятой расчетной схемы, но с обяза­тельным учетом поправочного коэффициента теплонасыщения

Т-Т

Jnp

где T(t) - температура на стадии теплонасыщения; t - время от мо­мента начала сварки; 7^ - начальная температура; Гпр - темпера­тура предельного состояния.

Коэффициент теплонасыщения 4у возрастает от нуля в на­чальный момент времени до единицы в предельном состоянии. Значения коэффициента теплонасыщения для трех основных рас­четных схем процесса распространения теплоты определяется по номограммам (рис. 6.15) в зависимости от безразмерных критери­ев расстояния (pi, р2, рз) и времени (tj, 12, тз). Индекс при указан­ных критериях соответствует размерности соответствующего про­цесса (/ - линейный, 2 - плоский, 3 - пространственный).

Для пространственного процесса распространения теплоты (схемы бесконечного тела, полубесконечного тела и плоского слоя)

безразмерные критерии рз и тз вычисляют по формулам

vR v2t

<б'зі)

Для плоского процесса распространения теплоты (схема пла­стины) безразмерные критерии р2 и тг вычисляют по формулам

Р2 = г

V 4 а2 а

где Ъ - коэффициент температуроотдачи пластины.

а

Для линейного процесса распространения теплоты (схема стержня) безразмерные критерии pi и х вычисляют по формулам:

(6.33)

где Ъ - коэффициент температуроотдачи стержня.

Из номограмм (см. рис. 6.15) следует, что чем больше значение безразмерного критерия расстояния р, тем позже достигается пре­дельное состояние процесса. Чем более стеснен поток теплоты, тем медленнее идет процесс теплонасыщения.

Следует иметь в виду, что расстояние от источника теплоты до точки тела (R, г или х), входящее в формулы (6.31)—(6.33), опреде­ляется в подвижной системе координат с учетом заданных коор­динат точки и времени t, прошедшего после начала сварки, т. е.

x = xQ-vt; у = Уо', z = z0.

Здесь х9 у, z — координаты точки в подвижной системе координат, связанной с источником; jco, уо, zq - координаты точки в непод­вижной системе координат.

После прекращения действия источника теплоты наступает пе­риод выравнивания температур. Введенная ранее теплота про­должает распространяться в теле и отводиться в окружающую

среду. Расчет температур в этот пе­риод выполняют с помощью приема, предусматривающего ввод в расчет­ную схему фиктивного источника и совмещенного с ним фиктивного стока той же мощности, компенси­рующего действие фиктивного ис­точника (рис. 6.16). Благодаря этому

Рис. 6.16. Схема действия задача о прекращении действия ис-

фиктивных источника и стока точника превращается в задачу о

в период выравнивания тем - начале действия стока, которую ре - ператур

г шают с использованием изложенных

выше подходов для периода тепло­насыщения. Температура после окончания сварки может быть рас­считана по формуле

по=ти+(Тпр - тиmo - w - o)i

где T(t) - температура на стадии выравнивания температур; Гпр - температура предельного состояния; ¥(0 - коэффициент теплона - сыщения, соответствующий длительности нагрева t - /к) - ко­эффициент теплонасьнцения, соответствующий длительности ра­боты стока теплоты t - tK> t - время от момента начала сварки; tK - время окончания сварки (время действия источника).

В тех случаях, когда время действия реального источника дос­таточно велико и можно полагать, что к моменту прекращения на­грева было достигнуто предельное состояние (Ч^/) = 1), расчетное выражение (6.35) упрощается:

т = тн + (Гпр - Гн)[ і - ЧЧ* - 'к)]. (6.36)