Теория сварочных процессов

 

1. Теоретическая часть

 

 Несмотря на то, что  свариваемые и наплавляемые изделия  имеют ограниченные размеры, в  большинстве случаев для оценки  температурного поля и определения  термических циклов нет необходимости  учитывать влияние границ тела. Однако в ряде случаев такой  учет оказывается необходимым  вследствие значительного влияния  отраженной теплоты на температурное  поле.

Рисунок 3 - Схемы учета отражения теплоты от границ при сварке от края тела.

Весьма распространенный случай - нагрев пластины, когда источник теплоты начинает свое движение от ее края (Рисунок 3). Учесть наличие границы  можно вводом фиктивного источника  тепла.

Если в бесконечной  пластине движутся в противоположном  направлении с одинаковой скоростью  два источника одинаковой мощности то, очевидно, что вдоль всей плоскости I-I тепловые потоки, создаваемые действительным и фиктивным источниками, равны по величине и противоположны по знаку. Следовательно, для температурного поля, представляющего собой суперпозицию реального и фиктивного источников, условие адиабатической границы вдоль всей плоскости I-I удовлетворяется. Распределение температуры с учетом отражения теплоты от границы I-I представляет собой сумму температур от действительного и фиктивного источников теплоты и определяется как суперпозиция начального температурного поля, приращения температуры от реального и мнимого источников:

                                 (3.1)

где ΔT(r₁) – приращение температуры от действительного источника нагрева;

ΔT(r₂) – приращение температуры от фиктивного источника нагрева;

Т₀ – начальный уровень температуры.

Приращения температуры ΔT(r₁) и ΔT(r₂) обычно вычисляются по формуле (1.2) для квазистационарного температурного поля. Однако в период теплонасыщения температурное поле в подвижной системе координат меняется со временем и является функцией не только координат, но и времени нагрева. Температурное поле на стадии теплонасыщения описывается формулой:

,           (3.2)

где l – коэффициент теплопроводности;

t_H – время действия источника тепла;

q – мощность источника тепла;

v – скорость перемещения источника тепла;

a – коэффициент температуропроводности.

Аналитическое решение интеграла  в выражении (3.2)Ошибка! Источник ссылки не найден. можно получить лишь для квазистационарного случая при t_Н→∞. Расчет температурного поля на стадии теплонасыщения связан с численным интегрированием выражения (3.2).

2. Расчетная часть

 

Исходные данные:

_{I= 220A}

U= 12B

V= 10 м/ч

δ= 8 мм

 

 

 

 

 

 

 

Для сварки низкоуглеродистых сталей в углекислом газе принимаем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вычисляем мощность источника  тепла:

 

Вывод полученного значения погонной энергии:

 

 

Расчет поля температур:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет значений приращения температуры в точке с координатами (х₀,у₀)

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет поля температур на стадии теплонасыщения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет поля температур при  нагреве тела от края, с учетом ограниченных размеров тела:

 

 

 

Визуализация результатов  расчета путем создания анимационного  ролика:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Результаты 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.1 – График изменения  подынтегральной функции со временем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Анимационный ролик находится  в приложенном к курсовой работе диске.