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.
Свес = [кал/г∙°С], [Дж/г∙°С]
Объемная теплоемкость представляет собой произведение весовой теплоемкости на удельный вес вещества.
СV = Свес 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 T2 .
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.
