ТЕПЛОВЫЕ ОСНОВЫ СВАРКИ. Расчетные схемы нагреваемых тел и источников тепла

ТЕПЛОВЫЕ ОСНОВЫ СВАРКИ. Основные теплофизические величины, понятия и определения
Все случаи расчетов нагреваемых тел при сварке базируются на дифференциальном уравнении теплопроводности.

Дифференциальные уравнение теплопроводности показывает, чем неравномернее распределена температура вблизи данной точки в данный момент времени, тем быстрее изменяется температура этой точки.

Однако для решения задачи о распределении тепла в теле необходимы еще четыре условия:
-геометрические, т.е. размеры тела;
-физические, т.е. значения теплофизических величин;
-временные (начальные) – это характер распределения температуры в теле в начальный момент времени;
-граничные – это условия теплообмена с окружающей средой.

Граничные условия могут быть изотермическими (температура поверхности тела постоянная), адиабатическими (теплоотдачи в окружающую среду нет).

Совместно временные и граничные условия называют краевыми.

Для решения конкретных задач в тепловых основах сварки используют аналитические методы решения. Для этого все реальные нагреваемые тела приводят к следующим расчетным схемам:

Бесконечное тело. Это тело, имеющее значительные размеры по всем координатным осям Х, У, Z и его границы не влияют на характер теплового поля.

Полубесконечное тело. Этой схеме соответствует тело, которое имеет только одну ограничивающую плоскость (Z = 0), со стороны которой действует источник тепла, влияющую на распределение тепла.

Остальные граничные плоскости достаточно удалены от источника тепла и влияние на характер распределения тепла в теле не оказывают. Схема используется при расчете температур в случае наплавки валиков и укладке угловых швов с малым проплавлением на листах толщиной более 25 ¸ 30 мм.

Плоский слой. Это тело, ограниченное двумя параллельными плоскостями (Z = 0  и Z = d, где d – толщина тела), расположенными достаточно близко от источника тепла. Наличие этих плоскостей искажает температурное поле. Температура по толщине тела не одинакова.

Пластина. Это такой плоский слой, в котором температура по любой оси, перпендикулярной поверхности, является постоянной.Температура распространяется только в плоскости х0у. Схема соответствует сварке пластин встык или укладке углового шва с полным проплавлением.

Стержень. Это тело с прямолинейной осью, имеющее значительные размеры по оси. Концевые поверхности не отражаются на распределении тепла. Температура в любой точке произвольного поперечного сечения является постоянной. Тепловой поток в стержне линейный и распределяется вдоль оси.

Схематизацию источников тепла производят по следующим признакам:

а) по признаку распределенности различают точечный, линейный, плоский и объемный источники;

б) по времени действия – мгновенные и постоянно действующие;

в) по расположению относительно рассматриваемой точки – неподвижные, подвижные и быстродвижущиеся.