Расчет температуры для МБТИ

Для МБТИ (мощный быстродвижущийся точечный источник постоянной мощности, движущийся прямолинейно с постоянной скоростью по поверхности полубесконечного тела) уравнение предельного состояния процесса распространения тепла имеет вид:

,                            (5)

где  - время с момента пересечения источником тепла плоскости YOZ с рассматриваемой точкой, с.

Схема МБТИ разработана для специфического температурного поля, которое наступает при пропорциональном увеличении мощности дуги и скорости сварки при , .Впереди источника распространением тепла можно пренебречь, т.к. вследствие высокой скорости перемещения тепло не распространяется. Изотермы вытянуты и в большей своей части параллельны друг другу. Для схемы МБТИ характерен теплоотвод перпендикулярно оси шва. На практике даже при очень больших скоростях тепло распространяется перпендикулярно только вблизи шва, поэтому расчеты температур по уравнению (4) более точны для точек, лежащих рядом со швом. Уравнение может использоваться для технических расчетов, когда скорость V, хотя и не стремится к бесконечности, но достаточно велика. В этом случае применяют замену:

тогда уравнение (5) принимает вид:

,                                (6)

где - эффективная тепловая мощность источника, Вт;

 – эффективный КПД процесса нагрева свариваемого металла;

 – сила сварочного тока, А;

 - напряжение на дуге, В;

v – скорость сварки, см/с;

r – плоский радиус-вектор элемента подвижного поля от начала координат, см;

 – коэффициент теплопроводности,  или ;

Расчет температуры для МБЛИ

Предельное состояние процесса распространения теплоты при нагреве пластины МБЛИ описывается уравнением:

,                            (7)

где - эффективная тепловая мощность источника, Вт;

 – эффективный КПД процесса нагрева свариваемого металла;

 – сила сварочного тока, А;

 - напряжение на дуге, В;

 𝛿 - толщина свариваемой пластины, см;

 - коэффициент температуроотдачи пластины, ,

α - коэффициент теплоотдачи, .

v – скорость сварки, см/с;

 - пространственный радиус-вектор, расстояние до рассматриваемой точки от начала подвижной системы координат, , см;

 – коэффициент теплопроводности,  или ;

 В этом случае расчеты производят аналогично схеме МБТИ.

Расчет максимальных температур и скорости охлаждения заданной точки нагреваемого тела

Для расчета максимальных температур , достигаемых отдельными точками, расчет ЗТВ производят по следующим формулам:

· мощный быстродвижущийся точечный источник теплоты на поверхности полубесконечного тела:

,                                      (13)

;

где - начальная температура тела, К;

 – радиус-вектор на плоскости, определяющий расстояние от данной точки до источника тепла, см.

· мощный быстродвижущийся линейный источник теплоты:

              (14)

где - начальная температура тела, К;

y – расстояние от данной точки до оси шва.

Результаты расчета следует представить в табличном виде и на рисунке с соблюдением масштаба и указанием точек, по которым строится график.