Мощные быстродвижущиеся источники теплоты

Такие источники теплоты характеризуются значительными вели-чинами тепловых мощностей источников нагрева и высокими скорос-тями их перемещения. В связи с этим процессы распространения те-плоты в массивном теле и пластине приобретают особенности, по-зволяющие упростить расчетные схемы. В частности, тепловые потоки в направлении, параллельном оси oX, вдоль которой движется источник теплоты, ничтожно малы по сравнению с тепловыми потоками в перпен-дикулярных направлениях, т. е. Используя уравнения, опии-сывающие температурные поля предельного состояния для конкретных случаев, получим следующие зависимости.

1. . Мощный быстродвижущийся точечный источник теплоты

на поверхности полубесконечного тела

T .

Рассмотренный случай имеет место при автоматической наплавке на массивное тело.

Если скорость перемещения источника нагрева достаточно велика, то для технических расчетов может использоваться уравнение, которое получается для точки, лежащей позади источника теплоты, при условии, что t = – x/v.

T

2. Мощный быстродвижущийся линейный источник

теплоты в пластине

T

где b = – коэффициент температуроотдачи для пластины, 1/с.

Примечание: если тела имеют начальную температуру T₀ (например, выполняется процесс с предварительным подогревом до определенной температуры), то в уравнения в виде слагаемого необходимо ввести температурную поправку

T

Учет распределенности источника теплоты

Источник теплоты может считаться сосредоточенным, если он обла-дает высокой концентрацией (большим коэффициентом сосредоточен-ности). В ряде случаев, например, газовое пламя, мало амперные дуги с неплавящимися электродами (угольными или вольфрамовыми) и т. д. источники теплоты не являются сосредоточенными и при расчетах темпе-ратурных полей необходимо учитывать их распределенность. Опытами установлено, что при нагреве, например, подвижным газовым пламенем характер температурных полей такой же, как и при нагреве сосредото-ченным источником равной мощности, но расположенным не в центре газового племени, а несколько впереди него. Это позволяет заменить реальное газовое пламя фиктивным сосредоточенным источником тепло-ты равной мощности, движущимся впереди реального газового пламени на t₀ секунд раньше него. Такая замена позволяет пользоваться уравне-ниями, описывающими температурные поля предельного состояния для сосредоточенных источников теплоты, вводя в них временную поправку t₀. Временная поправка зависит от коэффициента сосредоточенности и определяется по формуле

Так, например, уравнение, описывающее температурное поле преде-льного состояния при наплавке валика на массивное газовым пламенем

( расчетная схема – подвижный нормально–круговой точечный источник теплоты на поверхности полубесконечного тела), имеет вид

Уравнение, описывающее температурное поле предельного состоя-ния (без учета теплоотдачи) при газовой сварке тонких пластин встык с полным проплавлением за один проход (расчетная схема – подвижный нормально-круговой линейный источник теплоты в пластине), имеет вид

T