ТЕОРИЯ сварочных процессов

Схематизация источников теплоты

Разнообразие применяемых источников теплоты обусловило не­обходимость их схематизации. Учет реального пространственного распределения тепловой мощности источника позволяет с доста­точной точностью описывать процессы, происходящие в непосред­
ственной близости от места действия источника, однако существен­но усложняет расчеты. Расчеты упрощаются при использовании принципа местного влияния. Сущность принципа применительно к сварочному нагреву сформулирована Н. Н. Рыкалиным: характер распределения мощности источников теплоты существенным обра­зом сказывается на температурном поле лишь на расстояниях одно­го порядка с размерами области ввода теплоты. Температурное поле в области, удаленной от источника, практически не изменится, если заменить распределенный источник теплоты приложенным в его центре сосредоточенным источником равной мощности. В соответ­ствии с этим принципом при проведении инженерных расчетов ре­альные сварочные источники теплоты заменяют схематизирован­ными: точечными, линейными, плоскими.

При принятии схемы точечного источника полагают, что вво­димая в изделие теплота сосредоточена в бесконечно малом объе­ме (точке). Обычно данную схему применяют в сочетании с рас­четной схемой массивного тела или плоского слоя.

В случае принятия схемы линейного источника полагают, что вводимая в изделие теплота распределена по отрезку линии, длина которого чаще всего равна толщине изделия. Линейные источники обычно применяют для расчетных схем пластин, а также в виде источников ограниченной ширины для схем массивного тела или плоского слоя.

При использовании схемы плоского источника обычно пред­полагается равномерное распределение вводимой теплоты по се­чению стержня. Такая схема применяется, например, для расчета температурного поля при контактной стыковой сварке стержней.

Применение схем сосредоточенных источников допустимо при расчете температур точек, удаленных от центра пятна нагрева на расстояние более 0,7 его диаметра.

По длительности выделения теплоты источники подразделя­ются на мгновенные (время действия стремится к нулю) и непре­рывно действующие, которые могут быть неподвижными, под­вижными и быстродвижущимися. Последний вид источников применяют тогда, когда можно пренебречь тепловыми потоками вдоль оси движения источника, что значительно упрощает расчет. В этом случае обычно пользуются понятием погонной энергии сварки - количеством теплоты, вводимой на единицу длины шва:

qn=qlv, (5.35)

где q - эффективная мощность источника теплоты, v - скорость сварки.

1. Почему при решении практических задач сварки возникает необ­ходимость анализа тепловых процессов?

2. Какими способами возможна передача тепловой энергии?

3. Перечислите основные теплофизические свойства материалов. Яв­ляются ли теплофизические свойства реальных материалов постоянными величинами?

4. Какие допущения и почему приняты в классической теории рас­пространения теплоты при сварке?

5. Какие физические законы использованы при выводе дифференци­ального уравнения теплопроводности?

6. Какие начальные и граничные условия используются при решении дифференциального уравнения теплопроводности?

7. Охарактеризуйте основные расчетные схемы нагреваемых тел. Чем необходимо руководствоваться при выборе расчетной схемы нагреваемо­го тела?

8. В чем состоит принцип местного влияния источника теплоты?

9. По каким признакам различаются источники теплоты?

10. Какие расчетные схемы источников теплоты используются в классической теории распространения теплоты при сварке?