ТЕОРИЯ сварочных процессов

Схемы нагреваемого тела

Распространение теплоты существенно зависит от формы и размеров нагреваемого тела. Точно учесть сложную конфигура­цию тела, анализируя процессы теплопереноса при сварке можно лишь при использовании методов компьютерного моделирования сварочных процессов (см. гл. 13). Для применения аналитических методов расчета необходимо упрощать формы рассматриваемых тел, сводя их к простейшим схемам. Разумеется, грамотное приме­нение схематизации должно основываться на четком понимании физической сущности процесса теплопереноса при сварке.

В зависимости от формы и размеров свариваемого изделия, а также длительности процесса распространения теплоты выбирают одну из следующих схем нагреваемого тела.

1. Если границы тела не влияют на распространение теплоты, его можно заменить бесконечным (массивным) телом, имеющим неограниченную протяженность по всем направлениям декартовой системы координат Oxyz (рис. 5.5, а). Тепловой поток в этом слу­чае - пространственный, причем источник теплоты находится внутри тела.

2. Полубесконечное тело представляет собой массивное тело с одной ограничивающей плоскостью z = О (рис. 5.5, б), на которой действует источник теплоты. Остальные ограничивающие поверх­ности тела находятся на значительном удалении и практически не влияют на распространение теплоты. Тепловой поток в этом случае также пространственный. Погрешность расчета от пренебрежения ограниченностью размеров области распространения теплоты тем меньше, чем больше размеры тела, короче расчетная продолжи­тельность процесса распространения теплоты (т. е. суммарная дли­тельность нагрева и охлаждения), чем ближе к источнику теплоты

область тела, для которой производится расчет температур, и чем ниже коэффициент температуропроводности материала тела.

3. Плоский слой представляет собой тело, ограниченное двумя параллельными плоскостями z = 0 и z = 5 (рис. 5.5, д), в котором распределение температур по толщине не является равномерным. Тепловой поток в этом случае является пространственным, как и в случае массивного тела. Эту схему применяют в тех случаях, когда толщина изделия не настолько велика, чтобы можно было пренеб­речь влиянием ограничивающей плоскости z = 5 и считать тело полубесконечным.

4. Бесконечная пластина представляет собой тело, ограничен­ное двумя параллельными плоскостями z = 0 и z = 5 (рис. 5.5, в). Однако при использовании этой схемы, в отличие от схемы плос­кого слоя, всегда полагают, что температура по толщине изделия

Рис. 5.5. Расчетные схемы тел: а - бесконечное тело; б - полубесконечное тело; в - бесконечная пластина; г - полубесконечная пластина; д - плоский слой: е - бесконечный стержень

распределена равномерно. Тепловой поток в этом случае - плоский. Ошибка в расчетах от такого предположения тем мень­ше, чем меньше толщина изделия, чем больше продолжительность процесса, чем меньше коэффициент температуропроводности ма­териала, чем дальше от источника теплоты расположена зона, для которой производится расчет температур, и чем меньше коэффи­циент поверхностной теплоотдачи.

5. Бесконечный стержень представляет собой тело с прямоли­нейной или криволинейной осью; распределение температуры в поперечном сечении стержня считается равномерным (рис. 5.5, е). Тепловой поток в этом случае линейный - вдоль оси стержня. Ошибка от замены реального изделия с пространственным тепло­вым потоком схемой бесконечного стержня тем меньше, чем меньше поперечные размеры изделия, чем больше длительность процесса и коэффициент температуропроводности материала и чем меньше его коэффициент поверхностной теплоотдачи.

Следует отметить, что приведенная схематизация в определен­ной степени условна и только четкое понимание физической мо­дели процесса позволяет грамотно выбрать соответствующую рас­четную схему. Например, одному и тому же свариваемому изде­лию могут соответствовать различные схемы теплопроводящих тел: бесконечное тело - при выполнении корневых швов в услови­ях многослойной сварки в узкий зазор при двусторонней разделке кромок; полубесконечное тело - при выполнении на поверхности последнего слоя сварного шва; плоский слой - при электронно­лучевой сварке с несквозным проплавлением, но со сквозным про­гревом изделия; пластина - при электронно-лучевой сварке со сквозным проплавлением. Основным критерием при выборе рас­четной схемы должен служить ожидаемый вид теплового потока - пространственный, плоский или линейный.

ТЕОРИЯ сварочных процессов

Граничные условия

Чтобы решить дифференциальное уравнение теплопроводно­сти, необходимо задать распределение температур в начальный момент времени (начальное условие) и условия взаимодействия тела с окружающей средой на его границах (граничные условия). Начальное условие определяется …

Основные допущения и упрощения, принятые в классической теории распространения теплоты при сварке

На современном уровне развития математики аналитическое решение уравнения теплопроводности в общем виде (5.21) еще не найдено, однако при введении некоторых допущений и упрощений можно получить пригодные для практического использования ча­стные …

Дифференциальное уравнение теплопроводности

Сложный процесс изменения температуры точек тела с коор­динатами jc, у, z во времени t описывается дифференциальным уравнением теплопроводности. Для вывода этого уравнения необ­ходимо рассмотреть баланс теплоты в некотором элементарном объеме …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.