Задача 13

Р ассчитать длительность нагрева выше Т = 1 173 К точек околошовной зоны, лежащих на границе проплавления (Т = 1 173 К) для случая наплавки валика на массивную стальную деталь. Режим наплавки: I_д = 380 А; U_д = 30 В; . Принятые для расчета исходные данные:  = 0,8, , .

Решение. Расчет длительности нагрева выше данной температуры Т для наплавки валика на массивную стальную деталь проводят по следующим формулам:

, (1)

где f₃ – величина, зависящая от . Величина f₃ выбирается по номограмме (рис. 1).

– погонная энергия, Дж/м;

λ – коэффициент теплопроводности, Дж/(с  м  К).

, (2)

где – эффективный КПД дуги.

Подставляя полученное значение f₃ в формулу (1), находим длительность нагрева в секундах.

Рис. 1. Номограмма для определения коэффициентов f₂, f₃ при расчете длительности нагрева выше

заданной температуры

Задача 14

Рассчитать, на каком расстоянии от шва стальной пластины толщиной 0,005 м будет достигнута температура Т_max= 523 К при сварке в следующем режиме: I_д = 450 А, U_д = 30 В, ; ; .

Решение. Для решения задачи используем выражение для максимальных температур точек y₀:

), (1)

где – числовой коэффициент;

– эффективная тепловая мощность дуги, Дж/с;

y₀ – расстояние точки от оси перемещения источника тепла, м;

δ – толщина пластины, м;

ν – скорость сварки, м/с;

сρ – объемная теплоемкость, Дж/(м³ К).

Двучлен в скобках оценивает интенсивность теплоотдачи; чем больше b, тем ниже температуры точек при том же расстоянии y₀.

При вычислении коэффициентом поверхностной теплоотдачи b пренебрегаем. Тогда формула (1) будет иметь следующий вид:

. (2)

Из формулы (2) находим y₀:

. (3)

Задача 15

По поверхности массивного тела движется точечный источник теплоты с эффективной тепловой мощностью q_u= 6 000 Дж/с.

Определить расстояние от источника теплоты до конца изотермы Т = 700 К. При наплавке валика на массивное тело режимы наплавки таковы: , , , коэффициент теплопроводности металла .

Решение. Для расчета используем формулу

, (1)

где q_u – эффективная тепловая мощность дуги, Дж/с;

R – расстояние от источника теплоты до изотермы с температурой Т = 700 К;

λ – коэффициент теплопроводности, Дж/(с  м  К).

. (2)

Так как точка расположена позади источника нагрева, то R = – x. Подставляя значение R в уравнение (1), получим значение температуры T_пр:

. (3)

Из формулы (3) находим R:

. (4)

Задача 16

Пластины из низколегированной стали толщиной 0,008 м сваривают с подогревом дуговой сваркой под флюсом при токе I_д=250 А, напряжении дуги U_д = 34 В, скорости сварки и эффективным КПД = 0,8.

Определить температуру точки околошовной зоны с координатами относительно движущегося источника x = – 0,2 м, y = 0,03 м и температуру оси шва в том же сечении.

Теплофизические коэффициенты: _/ с, , , .

Решение. Температуру точки околошовной зоны с координатой y = 0,03 м определим по формуле

, (1)

где Т_н – температура подогрева, К;

ν – скорость сварки, м/с;

δ – толщина пластины, м;

λ – коэффициент теплопроводности, Дж/(с  м  К);

сρ – объемная теплоемкость, Дж/(м³  К);

τ – время, прошедшее с момента прохождения источника теплоты через плоскость, в которой находится заданная точка, с;

в – коэффициент температуроотдачи, с^-1;

a – коэффициент температуропроводности, м²/с.

, (2)

где x – координата точки, м (x = – 0,2);

ν – скорость сварки, м/с.

, (3)

где α – коэффициент полной поверхностной теплоотдачи; Дж/(м²  с  К).

Эффективная тепловая мощность дуги

. (4)