В действительности процессы распространения теплоты при элект - родуговых способах сварки чрезвычайно сложны, но для инженерных оценок этих процессов удобно применять упрощенные методы, позво­ляющие сводить конкретную задачу к идеальным расчетным схемам.

Все многообразие формы и размеров тел сводится к следующим рас­четным схемам.

зги

д)

-і---------------- «

Рис. 13.3. Расчетные схемы тел:

а - бесконечное тело; 6 - нолубееконечнос тело; в - бесконечный плоский слой;
г - бесконечная пластина; д - бесконечный стержень [8] 2 [9]

4. Бесконечная пластина отличается от бесконечного плоского слоя только тем, что температуру по толщине слоя можно считать вы­равненной: — = 0. Поток теплоты плоский, температурное поле

()Z

двумерное: /(г, у, t).

5. Бесконечный стержень представляет собой тело произвольного сечения в плоскости Y0Z бесконечной длины: - оо < х < х. В любом сечении тела по длине температура выравнена:

— = о и — = 0. Поток теплоты линейный, температурное поле Ох ()z

одномерное: Г(х, £).

Как уже отмечалось, сварочная дуга является поверхностно-распре­деленным источником теплоты (см. табл. 13.1), учет этой распределен­ности ввода теплоты затрудняет получение решений, удобных для не­посредственных расчетов. Поэтому в инженерной практике применяют различные упрощающие схемы точечного, линейного и плоского источ­ников теплоты. Эти упрощения дают значительные искажения темпе­ратурных полей только в непосредственной близости от оси источника, вне пределов условного пятна нагрева действительного источника они дают уже удовлетворительную для практики сходимость с реальными температурными полями.

1. Точечный источник - теплота вводится в элементарный объем dxdydz [см *], например, при нагреве дугой все вводимое в изде­лие тепло считают введенным в точке, геометрически располо­женной в центре пятна нагрева.

2. Линейный источник - теплота вводится в элементарный объем dxdyz [см *], в этом случае можно считать, что теплота сконцент­рирована в призме бесконечно малого сечения dxdy [см2] и дли­ной, например, z = 5 в случае пластины толщиной s [см].

3. Плоский источник - теплота вводится в элементарный объем dxF [см3], где F - площадь некоторой плоскости, см2, например пло­щадь поперечного сечения стержня.

По длительности действия различают:

а) мгновенный источник теплоты - это источник, длительность дей­ствия которого стремится к нулю;

б) непрерывнодействующий источник теплоты - это источник по­стоянной тепловой мощности, действующий непрерывно или достаточно длительно.

По ориентации в теле различают:

а) неподвижный источник теплоты;

б) подвижный источник теплоты - это источник постоянной мощ­

ности, перемещаемый в теле или по поверхности тела прямоли­нейно и с постоянной скоростью.

В заключение оговорим допущения, принятые в инженерной тео­рии распространения теплоты при электродуговой сварке.

1. Расчетные схемы источников теплоты назначаются в соответ­ствии с выбранной расчетной схемой тела:

• для полубесконечного тела и бесконечного плоского слоя - точечный источник;

• для бесконечной пластины - линейный;

• для бесконечного стержня - плоский.

2. Теплофизические свойства металла: коэффициенты теплопровод­ности к, объемной теплоемкости ср, поверхностной теплоотдачи ау. - не зависят от температуры. Рекомендации по выбору тепло­физических величин приведены в табл. 13.2.

4. Структурные и фазовые превращения происходят без выделения или поглощения теплоты.

5. За начало отсчета температуры (если она не оговаривается) при­нимается исходная температура тела и окружающей среды, рав­ная нулю (Г0 = 0).