Методические указания к лабораторной работе №3 по дисциплине «Подводная сварка и резка металлоконструкций»

см с

x – абсцисса точки А в подвижной системе координат [см]

ν – скорость передвижения источника тепла (скорость сварки) [см/с]

λ- коэффициент теплопроводности металла [ Дж/ см ·с ·град]

а- коэффициент температуропроводности металла [см² /c ]

Эффективную тепловую мощность дуги можно определить по следующим формулам :

Где I-ток дуги, [А];

U - напряжение дуги, [В];

η_u - эффективный к.п.д. процесса нагрева изделия дугой, характери­зующий долю тепла сварочного источника теплоты, вводимую в основной металл.
Анализ уравнения (1) дает возможность установить, что при увеличе­нии скорости перемещения изменение температур по оси X происходит та­ким образом, что передняя ветвь / кривой (рис. 2) становится круче, тогда как ветвь 2 за источником тепла остается неизменной. При R -х темпера­тура для задней ветви 2 не зависит от скорости движения источника тепла, т к. уравнение (1) будет иметь вид:

Температурное поле предельного состояния при движении точечного источника теплоты симметрично относительно оси X(рис. 3). Изотермы на


поверхности полубесконечного тела представляют собой овальные кривые, которые очень близко расположены друг к другу впереди источника теп­лоты и значительно удалены позади источника. На рис. 3 пунктирной ли­нией соединены точки с максимальной температурой на плоскости ХОУ. Область впереди пунктирной кривой нагревается, а позади кривой - осты­вает .

Температура точек тела при приближении источника теплоты резко возрастает, достигая максимального значения, а затем убывает, причем снижение температуры происходит с меньшей скоростью, чем подъем

(рис.4).

Если в уравнении (1) принять v 0, т.е. источник тепла неподвижен, по будем иметь случай стационарного температурного поля в полубеско­нечном теле:


Температура точек тела в этом случае прямо пропорциональна мощ­ности источника теплоты ц и обратно пропорциональна расстоян но К от меч очника тепла и коэффициенту теплопроводности /..

3.4. Подвижный линейный источник теплоты в бесконечной гластине

Рассмотрим линейный источник теплоты мощности с/, который дви­жете» с постоянной скоростью и прямолинейно из точки 0() в направлении оси .V (рис 5). Этот случай является характерным при сварке пластин в стык за один проход с полным проплавлением (Рис.6).


(5)
Используя принцип наложения, получим формулу для определения температуры в любой точке пластины при действии подвижного точечного источника теплоты в стадии предельного состояния:

Где К₀(u) – функция Бесселя от аргумента:



Где b= 2α/cpδ - коэффициент температуроотдачи [1/c]

α- коэффициент поверхностной теплоотдачи [ Дж/ см² ·с· град]

cp- удельная объёмная теплоёмкость [ Дж/ см³ · град ]

δ – толщина пластины [см]

Для того, чтобы решить уравнение (6) необходимо определить функ­цию Бесселя'. Эта функция хорошо изучена и чтобы ее определить доста­точно вычислить аргумент и по формуле (7), а затем по таблице (интегра­лов) найти значение это функции.

Картина распределения температуры в пластине и на поверхности по­лубесконечного тела качественно имеют много общего. Отличие заключа­ется в том, что распределение температур в пластине на отрицательной оси А'(за источником тепла) зависит от скорости сварки о, в отличии от полу­бесконечного тела. Кроме того, изотермы в пластине более вытянуты, чем в полубесконечном теле. Если в уравнении (6) принять v-o, то будем иметь случай стационарного температурного поля в пластине:

В отличие от полубесконечного тела, где стационарное состояние достигается благодаря значительному теплоотводу в трех направления, ст ационарное состояние в пластине возможно лишь при наличии .теплоот­дачи в окружающую среду.

4. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. 
   До выполнения лабораторной работы самостоятельно изучить теорети­ческую часть.
   
2. 
   Перед сваркой собрать на прихватках две тонкие пластины (разме­рами 200 х 300 мм) с зазором 1 мм.
   
3. 
   Зачеканить термопары ( на 0,5 толщины пластины) с нижней поверхно­сти пластин на расстоянии 10, 20, 30, 40 мм от кромки оси, перпендику­лярной к стыку, и подключить их к потенциометру.
   

4} Произвести сварку пластин в стык за один проход, фиксируя рабочий ток, напряжение на дуге, скорость и время сварки.

5. 
   По расчетным данным, сведенным в таблицу 1, построить графики рас­пределения температуры по оси шва и на различном расстоянии от оси.
   
6. 
   Сравнить расчетный график распределения температуры с эксперимен­тальными данными, полученными с помощью термопар.
   
7. 
   Определить длину сварочной ванны по построенному графику распре­деления температуры в пластине.
   

Таблица 1

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

!) Титульный лист.

2. 
   Цель работы.
   
3. 
   Схема сварки пластин в стык за один проход.
   
4. 
   Таблица сводных данных для расчета температуры.
   
5. 
   Результат ы расчета температуры для разных расстояний от.оси шва.
   
6. 
   Графические зависимости распределения температуры в пластине, по­лученные расчетным и экспериментальным путем.
   
7. 
   Выводы о проделанной работе.
   

6. ПЕРЕЧЕНЬ КОНТРОЛЬНЫХ ВОПРОСОВ

1. 
   Как классифицируются источники теплоты по признаку распределенно­сти г и времени действия?
   
2. 
   Дать определение точечного и линейного источников тепла.
   
3. 
   Дать определение плоского и объемного источников тепла.
   
4. 
   Дать определение мгновенного и непрерывно действующего источников тепла
   
5. 
   Дать определение подвижного и быстродпижущегося источников тепла.
   
6. 
   Что такое принцип наложения источников тепла?
   

7.) Как определяется эффективная тепловая мощность дуги?

2. 
   Что такое эффекгивный к.п.д. процесса нагрева изделия дугой?
   
3. 
   Как влияет увеличение скорости сварки на кривую распределеня темпе­ратуры вдоль оси шва⁹
   
4. 
   В чем отличие распределения температурного поля в пластине и на по- верхности и полубесконечного тела?
   

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   Теория сварочных процессов / Под ред. Фролова В.В. - М.: Высшая школа. 1988 - 559 с.
   
2. 
   Петров Г.Л., Тумарев А.С. Теория сварочных процессов. - М.: Высшая школа, 1977. -389 с.
   
   3. 
      Багрянский К.В., Добротина ЗА., Хренов К.К. Теория сварочных процес­сов. - Киев: Высшая школа, 1976. 424 с.
      
   4. 
      Махненко В.И. Тепловые процессы при сварке / Сварка в СССР: спра­вочник, т.2. - М.: Наука, 1981. - 494 с.
      
      5. 
         Волченко В Н. Источники энергии сварочных процессов. М.: Машино­строение, 1971. - 75 с.
         

6.Рыкалин П Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. М.: Машгиз, 1951 «296 с.