3 Расчетная часть

Расчет полной тепловой мощности дуги производится по формуле (1.1).

Подсчет эффективной тепловой мощности дуги может быть проведен по уравнению теплового баланса и тогда после некоторых преобразований будет получена формула

(3.1)

где Q_к – теплота, поглощаемая калориметром, Дж;

Q_Δ – теплота, представляющая собой разницу в теплосодержании пластины до и после опыта, Дж;

Q_п – теплота, теряемая на парообразование при погружении образца в калориметр, Дж;

τ_г – время горения дуги, с;

α – коэффициент полной поверхностной теплоотдачи пластины, равной 2,5∙10^–3 Дж/(см²∙с∙ºК);

сγ – объемная теплоемкость металла пластины, для малоуглеродистой стали сγ = 4,74 Дж/см³∙⁰К);

δ – толщина пластины, см;

τ_п – время переноса пластины в калориметре, с.

Отдельные составляющие в формуле (3.1) определяются следующим образом:

(3.3)

Q_п – определяется в зависимости от тока по данным табл. 3.2.

где G_в, G_кс, G_л, G_ст – соответственно масса воды в калориметре, калориметрического сосуда, лопасти мешалки и стержня мешалки, г (Табл. 2.1);

С_л, С_в, С_кс, С_ст – их удельные массовые теплоемкости, Дж/(г∙ºК) (Табл. 3.1);

Т_о, Т_т – температура воды до и после опыта, ºС

G_пл – масса пластины после наплавки, г;

С_пл – удельная массовая теплоемкость пластины, Дж/г∙ºК (Табл. 3.1);

Т_вз – температура пластины до опыта, равная температуре воздуха, ºС.

После определения эффективной тепловой мощности дуги вычисляется эффективный КПД процесса нагрева дугой изделия по формуле (3.1). Данные расчета сопоставляются с аналогичными литературными данными [1-3].

Таблица 3.1 – Значение удельной массовой теплоемкости некоторых

металлов

Металл	Дж/(г∙ºК)
Медь Латунь Сталь малоуглеродистая	0,421 0,396 0,688

Таблица 3.2 – Влияние сварочного тока на потери теплоты на

парообразование

Iсв, А	100	200	400	600	1000	1500
Qп, Дж	1670	2500	3330	4170	5000	6250

Тепловая мощность, затрачиваемая дугой на проплавление металла, определяется по формуле (1.4), а затем рассчитывается величина термического КПД (1.3) и полного КПД процесса проплавления (1.6). Результаты расчета и экспериментальные данные записываются в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 – Результаты экспериментов и расчетов

Номер опыта	vсв , см/с	I, А	U, В	Lш, см	τг, с	τп, с	Tн, ºС	Tк, ºС	Tвз, ºС
1 2 3 Среднее значение

Продолжение таблицы 3.3

q, Вт	Qк, Дж	Q∆, Дж	Qп, Дж	qи, Вт	ηи	B, см	H, см	H/B	ε	ηt	ηпр

Примечание: Н/В, ε, η_t, η_пр определяется для одного из опытов

Для сравнения величина термического КПД определяется по номограмме Н.Н. Рыкалина (Рис. 1.1), для этого предварительно рассчитывается безразмерный критерий ε по формуле (1.5).