Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [ 13 ] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170

Эффективный к. п. д. нагрева плазменной струей (табл. 2.5) ниже, чем в случае нагрева плазменной дугой.

Эффективная мощность плазменной дуги и плазменной струи увеличивается с повышением тока и зависит от состава и расхода газа, а также длины дуги. Увеличение расстояния от среза сопла до изделия приводит к уменьшению эффективной мощности.

Изменение удельного теплового потока по радиусу пятна нагрева для плазменной дуги и плазменной струи описывается законом нормального распределения (2.45).

При плазменном нагреве в случае большой скорости движения источника температура тонких листов определяется по формуле (2.51), массивного тела - по формуле (2.52).

При малых скоростях перемещения плазменного источника нагрева применяются расчетные схемы, аналогичные схемам нагрева газовым пламенем.

2.6.5. Лучевые виды сварки

Лучевые источники нагрева (электронный, лазерный луч) характеризуются высокой концентрацией вводимой энергии.

Распределение удельного теплового потока в пятне нагрева описывается нормальным законом (2.51) с очень высокими значениями коэффициента сосредоточенности k.

Эффективный к. п. д. нагрева при электронно-лучевой сварке (табл. 2.6) зависит от атомного номера обрабатываемого материала и изменяется в пределах 0,7-0,9.

Температурное поле в тонких листах от нагрева электронным лучом или плазменной струей, перемещающимися с умеренной скоростью V, описывается схемой подвижного нормально кругового источника теплоты в пластине с теплоотдачей:

- ехр -~ + Ьи /Со (Ра) [V (Ра, t + То) - V, (Ра, То)].

(2.68)

В случае малого радиуса пятна нагрева (при большом k) можно применять для расчета схему подвижного линейного источника теплоты в пластине (2.8).

ТАБЛИЦА 2.6

ЭФФЕКТИВНЫЙ к. п. д. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО НАГРЕВА М

Расчет нагрева массивных изделий электронным лучом выполняется по схеме нормально распределенного источника на поверхности полубесконечного тела. Для случаев сварки на больших скоростях можно использовать формулы (2.51) и (2.52).

Для лазерного нагрева применяются лазеры с импульсной генерацией излучения и лазеры непрерывного действия.

Распределение плотности теплового потока на поверхности материала от лазерного излучения

92 W = 92т е

(2.69)

где R - коэффициент отражения.

Плотность мощности излучения импульсных лазеров достигает в пятне нагрева значений 10-10 Вт/мм. К. п. д. лазеров импульсного действия на рубине составляет 1 %, лазеров на стекле с неодимом 2 %.

Мощность СОг лазеров непрерывного действия составляет несколько киловатт при г\ = 0,2. Плотность потока в пятне фокусировки достигает 10 Вт/мм.

Мощность газодинамических Лазеров достигает десятков киловатт.

Для расчета температурных полей при лазерной сварке применяются схемы, рассмотренные выше для электронного луча.

2.7. Справочные данные и примеры расчетов

Теплофизические коэффициенты металлов зависят от температуры. При инженерных расчетах применяются усредненные значения коэффициентов для некоторой температуры Тер.

В табл. 2.7 приведены теплофизические коэффициенты для ряда металлов.

ТАБЛИЦА 2.7

ЗНАЧЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ [З]

Ниже приведены для разных температур значения коэффициента ПОЛНОЙ теплоотдачи вертикальных листов из углеродистой стали:

Г, к ....... 400 600 800 1000 1200 1400 1600

а, Дж/(мм2.сК) . . 0,2 0,3 0,6 0,9 1,3 1,9 2,8

Примеры расчета

1. Пластины из низколегированной мартенситной стали толщиной 10 мм сваривают встык дуговой сваркой под флюсом. Режим сварки: ток / = 220 А; напряжение дуги [/=36 В; скорость сварки у = 22 м/ч=0,006 м/с; начальная температура 7н = 273 К

Определить в подвижной системе координат температуру точки зоны термического влияния с координатами относительно движущегося источника х:=0,2 м; (/=0,02 м.

Эффективный к. п. д. источника л=0,8 (табл. 2.1). По табл. 2.7 прнни-

Вт Дж

маем а=0,08-10- м2/с; Х=40 -; ср=5-10б .

м.К м*К

Для 7ср=800 К коэффициент а=60--.Эффективная мощность дуги

по формуле (2.1)

9 = 0,8-220-36 = 6340 Вт. Коэффициент поверхностной температуроотдачи по формуле (2.9)

Ь =-2:52-= 2,4.10-s 1/с.

sioe-o.oi

Время, за которое источник проходит расстояние л;=0,2 м,

,= iL= 0:2 = 33,3 с. V 0,06

Приращение температуры точек определяем по формуле (2.16). 3 точке зоны термического влияния, ((/=0,02 м)

6340 / 0,02 -- - ехр j----

0,006 0,01 л/4-3,14.40-510в-33,3 4 0,08-10-*-33,3

- 2,4-10-»- 33,3 = 372 ехр (- 0,37 - 0,08) = 372 0,638 = 237 К.

Температура точки зоны термического влияния Г = ДГ+Ги = 237 К+ 273 К =510 К.

2. Для условия примера 1 определить максимальную температуру и скорость охлаждения прн 7=773 К в точке зоны термического влияния с координатой г/= 0,01 м

Из условия, что максимально допустимая скорость охлаждения для этой стали равна 10 К/с, произвести корректировку режима сварки в случае, если скорость охлаждения окажется выше допустимой.

По формуле (2.16) приращение максимальной температуры

Тт-Г„=.

6340 /, 2,4-10-3.0,0Р

(\ 2,4-10-3.0,0Р Y V 2-0,0810-* /

V2-3,14-2,72 -0,006-5-10в-0,01-0,01 = 505 К.

Максимальная температура Гт =505 К-1-273 К=778 К.