Объемная теплоемкость представляет собой произведение весовой теплоемкости на удельный вес вещества.

Лекция 8

Тепловые основы сварки.

В процессе нагрева тело или изделие испытывает целый ряд превращений; они весьма сложны, если еще учесть, что весь цикл сварки протекает в коротком промежутке времени. В диапазоне температур от – 40 8С (сварка на морозе) до температур, отвечающих испарению металла вместе сварки, в металле протекают такие процессы как: плавление, и испарение, как основного, так и электродного металла; металлургические процессы, протекающие в жидком металле, процессы кристаллизации металла сварочной ванны, структурные и объемные изменения, как в металле шва, так и в основном металле, подвергнутом температурному воздействию.

Наука – теория распространения тепла при сварке – содержит ответы на три основных вопроса:

1. Дается метод расчета процесса нагрева и охлаждения металла в зависимости от времени действия источника тепла, от режима сварки, от теплофизических свойств металла.

2. Дается оценка производительности нагрева и расплавления, как электродного, так и свариваемого металла.

3. Дается расчет термического цикла основного металла.

Создателями этой теории является группа ученых во главе с академиком Н.Н. Рыкалиным.

Основные понятия и определения

Для тепловых расчетов, расчетных методов определения температурных полей, скоростей нагрева и охлаждения необходимо иметь представление об основных теплофизических величинах и процессах теплообмена.

Количество тепла – Q, содержащееся в данном теле или выделяемое источником тепла, измеряется в калориях (кал) или джоулях (Дж).

Тепло q, выделяемое источником тепла, часто выражают в [кал/сек], [Дж/сек].

Повышение температуры тела при поступлении в него тепла Q

определяется следующей взаимосвязью

Q = mcDT, (2.1)

где m – масса тела, [г (кг)];

DT – повышение температуры, °С;

С – удельная массовая теплоемкость тела, [кал/г∙°С], [Дж/кг∙°С].

Теплоемкостью тела называется способность тела по своему реагировать на внесенное тепло или это есть количество тепла, отнесенное к единице количества вещества при его нагревании на 1°С.

Различают весовую и объемную теплоемкость.

Весовой теплоемкостью называется количество тепла, необходимое для нагрева одного грамма вещества на один градус Цельсия.

С_вес = [кал/г∙°С], [Дж/г∙°С]

Объемная теплоемкость представляет собой произведение весовой теплоемкости на удельный вес вещества.

С_V = С_вес g [кал/см³∙°С], [Дж/см³∙°С].

Различают понятие средней и истинной теплоемкости вещества. Допустим, что веществу G грамм сообщим количество тепла – Q калорий; при этом его температура поднимается от T₁, до T_{2 .}

Средняя теплоемкость его определится как:

[кал/г∙°С], [Дж/г∙°С] (2.2)

Истинную теплоемкость получим, если возьмем предел

(2.3)

или в дифференциальной форме

(2.4)

Теплоемкость не постоянная величина, она весьма сильно зависит от температуры. Для различных веществ изменение теплоемкости от температуры различно. Для стали, например, по мере нагрева теплоемкость растет и становится максимальной при 768 °С, с дальнейшим ростом температуры она падает, при 906 °С достигает минимума и дальше почти не изменяется.

Общее количество тепла, содержащегося в теле при какой-то температуре, оценивают теплосодержанием – S.

Теплосодержание это количество тепла, необходимое для нагрева единицы количества вещества до заданной температуры.

(2.5)

Обычно тепловое состояние тела описывается температурным полем.