2 Экспериментальная часть

Экспериментальным путем температуру образцов во время нагревания и последующего охлаждения измеряют в процессе сварки двух образцов из стали Ст. 3 размером 300´200´4 мм, собранных на прихватках с зазором в 1 мм с зачеканенными спаями термопар на расстояниях 10, 20 и 30 мм от кромки по оси OY, перпендикулярной шву и проходящей в среднем се­чении образцов (см. рис. 1.1). Термопары зачеканены с нижней поверхности одного из свариваемых образцов. На верхней поверхности пластины необходимо отметить мелом линию, по которой устанавливаются термопары.

Регистрация температуры производится электронными потенциометра­ми, а запись изменения тока и напряжения на дуге – самописцами.

Экспериментальная часть лабораторной работы выполняется в следующей последовательности:

– на посторонней пластине подбирается режим сварки, обеспечивающий правильное формирование шва. Примерный режим сварки:

I = 120-140 A, U, = 25-30 В, V_св = 0,3 см/с;

– собранные пластины с термопарами устанавливаются на сварочном столе на расстоянии 10 см от поверхности стола, и производится ручная дуговая сварка встык на выбранном режиме; записываются показания потенциометров, ампермет­ра, вольтметра;

– при сварке, в момент прохождения дугой места расположения термопар, на ленте работающих потенциометров делается соответствующая отметка для возмож­ности построения в последующем графика изменения температур исследуемых точек по экспериментальным и расчетным данным;

– по секундомеру замеряется полное время сварки пластин;

– запись изменения температур в изучаемых точках по окончании сварки необходимо продолжить до ее полного выравнивания;

– после остывания пластины осторожно удалить шлаковую корку с по­верхности шва, и замерить длину шва (см.). Зная длину шва и время его выполнения, определяем скорость сварки (см/с).

– При обработке экспериментальных данных для сопоставления расчетных и экспериментальных значений температур необходимо связать скорость протяжки ленты на потенциометре со скоростью сварки, чтобы определить, сколько сантиметров ленты приходится на один сантиметр длины шва. При определении этой величины считаем:

– для прохождения расстояния x = 1 см источником тепла необходимо время , за то же самое время на потенциометре будет протянуто L_ленты, длина которой определится как

L_ленты = t∙v_ленты, подставив сюда величину t из предыдущего уравнения, получим:

L_ленты = v_ленты/v_св, так как x = 1 см.

Таким образом, на 1 см длины шва приходится L см ленты.

3 Расчетная часть

Пользуясь теорией распространения тепла, определить расчетным путем изменение температур для тех же точек пластины (Y₁ = 10 мм, Y₂ = 20 мм и Y₃ = 30 мм), избрав в качестве расчетной схемы процесса схему подвижного, непрерывно действующего линейного источника тепла, перемещающегося в пластине, для чего использовать формулу (1.1). При этом по каж­дой точке для установления термического цикла следует задаваться зна­чениями X в соответствии с рис.1.1: (+1,0); (0); (-1,0); (-2,0); (-4,0). Результаты расчета вносятся в табл. 3.1

Таблица 3.1 – Результаты расчета термического цикла

x, см		+ 1,0	0	– 1,0	– 2,0	– 4,0
r
K0
T,ºC	расчетн.
	эксперим.

Для малых значений аргумента U £ 3,75 функцию Бесселя находят из выражения

где j – постоянная Эйлера, j = 0,57722.

Для больших значений аргумента U > 3,75 значение функции К₀ (U) вычисляется из выражения

Количество членов степенных рядов брать равным 4.

Для облегчения расчетов можно воспользоваться данными, представленными в приложении Б.

Для расчета кривой распределения максимальных температур исполь­зуются упрощенные зависимости, выведенные для поля под- вижного линей­ного источника тепла в пластине. С этой целью по известным значениям Y (см. Рис. 1.1) подсчитывается безразмерный критерий Пекле и с помощью номограммы (Рис. 3.1) определяются критерии максимальных тем­ператур θ_max, затем – максимальные температуры как .

Полученные результаты расчета максимальных температур вносятся в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 – Результаты расчета максимальных температур

y, см		1,0	2,0	3,0
θ2m
Tmax, ºC	расчетн.
	эксперим.

u_3m – для точечного источника в полубесконечном теле r₃ = ^vR/_2a

u_2m – для линейного источника в бесконечной пластине r₂ = ^vy/_2a

Рис. 3.1 – Критерии максимальной температуры

По результатам расчетных и экспериментальных данных необходимо построить графики T = f(x) и T_max = f(y).

Для расчетов термического цикла отдельных точек тела можно воспользоваться программой, составленной на языке Turbo Pascal. Программа расчета представлена в приложении А.