2.1 Построение поверхностных изотерм

При сварке имеет место неравномерный нагрев тела. Однако и в таком теле существует множество точек, имеющих одинаковую температуру.

Тепловое состояние нагретого тела характеризуется температурным полем, которое представляет собой совокупность температур всех точек тела в данный момент времени. Температурное поле неравномерно нагретого тела принято характеризовать с помощью изотермических поверхностей и изотерм. (дать определения).

Применительно к заданию требуется построить изотермы для температур 300 °С, 500 °С и А_С3.

Для стали, указанной в варианте задания необходимо определить температуру в точке А_С3. В рассматриваемом случае для стали 20ХГСА Т_АС3=840 °С.

Для построения изотерм на рисунке 2.1 проводим через ось ординат секущие через точки 300 °С, 500 °С и 840 °С. Далее под рисунком 2.1 необходимо построить рисунок 2.2. на котором отобразить координатные оси Х–Х и Y–Y. Масштаб осей Х–Х на рисунках 2.1 и 2.2 должен быть одинаковым, а масштабом по оси Y–Y необходимо задаться произвольно. Далее через точки пересечения секущих с кривыми распределения температур необходимо провести вертикальные секущие линии, по которым данные точки необходимо спроецировать на график рисунка 2.2 с соответствующими значениями координат Х и Y. Полученные точки на рисунке 2.2 необходимо соединить кривой, которая и представляет собой изотерму.

3 Расчет максимальных температур и определение размеров зоны термического влияния

Максимальная температура является одним из параметров термического цикла сварки и зависит от параметров режима сварки, теплофизичесих свойств металла, удаленности точки от шва и охлаждения металла при сварке являются причиной целого ряда процессов, протекающих как в металле шва, так и в околошовной зоне основного металла, подвергшегося тепловому воздействию. В результате в металле происходит изменение структуры и, как следствие, его свойств. Максимальная температура во многом определяет характер фазовых и структурных превращений как при нагреве, так и при охлаждении, размер зерна аустенита, а в конечном счете структуру и свойства металла. Для расчета используется формула 3.1.

(3.1)

где q_и=1404 – эффективная тепловая мощность источника, Вт;

V=0,04167 – скорость сварки, см/с;

S=0,4 – толщина пластины, см;

сγ=4,8 – объемная теплоемкость, Дж/см³·К;

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

В=6,25·10^–3 – коэффициент температуроотдачи;

а=0,08 – коэффициент температуропроводности, см²/с.

Выражение 3.1 позволяет с учетом теплоотдачи определить зависимость величин температуры от расстояния, на котором находится точка от оси перемещения источника.

Задав произвольное значение у₀ и используя выражений 3.1 определим значение температуры для заданного расстояния °С:

Для построения кривой необходимо задаться несколькими произвольными значениями y₀. Результаты расчетов необходимо представить в виде таблицы 3.1.

Таблица 3.1 – Результаты расчета максимальных температур

Расстояние у0, см	5	4,5	4	3,5	3	2.5	2,25	2
Температура Т, °С	20	197	398	633	918	1284	1514	1792

Рисунок 3.1 – Ширина зоны термического влияния

В заключение необходимо дать определение что такое зона термического влияния, какие изменения структуры металла в ней происходят и почему.

17