5. Быстродвижущиеся источники теплоты

В сварочной технике все чаще применяются мощные источники теплоты, осуществляющие сварку с весьма большими скоростями. В предельном случае, когда q и v стремятся к бесконечности, в то время как отношение q/ сохраняет некоторое конечное значение (q; ; q/=const), распространение теплоты приобретает особенности, позволяющие значительно упростить расчетные схемы. В частности, скорость распространения теплоты в теле за счет теплопроводности, можно считать пренебрежимо малой по сравнению со скоростью перемещения источника теплоты. Тогда тепловые потоки вдоль оси х (параллельно направлению движения источника нагрева) можно не учитывать и предполагать, что теплота распространяется только перпендикулярно ему. Это позволяет снизить размерность задачи и упрощает расчетные выражения. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показало, что схема быстродвижущегося источника теплоты применима при скорости перемещения электрической дуги или электронного луча более 20…25 м/ч.

Определение температурного поля выполняют по уравнениям:

для точечного источника

; (5.1)

для линейного источника

. (5.2)

где t – время, отсчитываемое от момента, когда источник тепла пересек плоскость y₀0z₀, в которой находится рассматриваемая точка; y₀ , z₀ – неподвижные координаты рассматриваемой точки.

Применительно к рассматриваемым схемам можно аналитическим способом выразить связь между координатами точек изотермы определенной температуры. Заменив в формулах (5.1) и (5.2) t на [-x] и направление оси х на обратное, можно получить соответственно следующие уравнения поверхностных изотерм температурного поля быстродвижущихся точечного и линейного источников (без учета отдачи тепла поверхностью):

; (5.3)

. (5.4)

Схема предельного состояния процесса распределения тепла в полубесконечном теле на плоскости z = 0 показана на рис. 26. По распределению температур по оси все изотермы от Т = 0 до Т = ∞ сходятся в точке 0, в которой действует источник тепла. Физически это невозможно. Поэтому схема быстродвижущегося источника тепла совершенно не позволяет оценивать тепловые процессы перед источником, но позволяет проще и с относительно небольшой погрешностью определять температурные поля позади источника, в области охлаждения.

Рис. 26. Распределение температур в плоскости х0у для схемы быстродвижущегося источника

Материал, его теплофизические свойства и параметры режима сварки определяются в соответствии вариантом по таблицам в приложениях А, Б.

Для заданного материала и режима сварки по соответствующей схеме определим изотермы Т₁ , Т₂ , Т₃ и Т₄ (табл. 5.1) на поверхности тела в плоскости х0у.

Таблица 5.1.

Значения расчетных температур

Шифр	Материал	Температура, К
		Т1	Т2	Т3	Т4
А	Низкоуглеродистая сталь	1750	1200	800	500
Б	Нержавеющая хромоникелевая сталь	1670	1200	800	500
В	Медь	1000	800	500	300
Г	Алюминий	800	600	500	300
Д	Титан	1940	1500	800	500

Результаты расчета приведем в виде табличных данных и графиков 4-х изотерм на миллиметровой бумаге формата А4 (рис. 26).

Контрольные вопросы.