焊接温度场ppt课件.ppt

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1、2.2焊接温度场2.2.1、瞬时固定热源温度场瞬时固定热源可作为具有短暂加热及随后冷却的焊接过程（如点焊）的简化模型，其相应的数学解还可以作为分析连续移动热源焊接过程的基础，因此具有重要意义。为获得简化的温度场计算分式，需要做一些假设：在整个焊接过程中，热物理常数不随温度而改变；焊件的初始温度分布均匀，并忽略相变潜热；二维或三维传热时，认为彼此无关，互不影响；焊件的几何尺寸认为是无限的；热源集中作用在焊件上是按点状，线状或面状假定的。2.2.1、瞬时固定热源温度场1.作用于半无限体的瞬时点热源在这种情况下，热量Q在时间t=0的瞬间作用于半无限大立方

2、体表面的中心处，热量呈三维传播，在任意方向距点热源为R处的点经过时间t时，温度增加为T-T0。求解导热微分方程，可有特解：式中；Q—焊件瞬时所获得的能量[J]；R—距热源的距离，R2=X2+Y2+Z2[㎜]；t—传热时间[s]；c—焊件的容积[J/mm2℃]；a—导温系数[mm2/s]。2.2.1、瞬时固定热源温度场特解的证明：由导热微分方程式我们只要证明是上面微分方程一个特解即可。在此令则1.作用于半无限体的瞬时点热源2.2.1、瞬时固定热源温度场特解的证明：同样，求，即在ox方向上的温度梯度：则同理1.作用于半无限体的瞬时点热源2.2.1、瞬

3、时固定热源温度场特解的证明：将上面个式代入导热微分方程：等式两端完全相等，说明特解正确。因此，只要确定常数项，即可得到通解。1.作用于半无限体的瞬时点热源此时温度场是一个半径为R的等温球面，考虑到焊件为半无限体，热量只在半球中传播，则可对温度场计算公式进行修正，即认为热量完全为半无限体获得：T0为初始温度。在热源作用点（R=0）处，其温度为在此点，当t=0时，T-T0→∞，这一实际情况不符合（电弧焊时，Tmax约为2500℃，这是点热源简化的结果）。2.2.1、瞬时固定热源温度场1.作用于半无限体的瞬时点热源随着时间t延长，温度T随1/t3/2呈双

4、曲线趋势下降，双曲线高度与Q成正比。在中心以外的各点，其温度开始时随时间t的增加而升高，达到最大值以后，逐渐随t→0而下降到环境强度T0。2.2.1、瞬时固定热源温度场图2-101.作用于半无限体的瞬时点热源2.2.1、瞬时固定热源温度场2.作用于无限大板的瞬时线热源在厚度为h的无限大板上，热源集中作用于某点时，即相当于线热源（即沿板厚方向上热能均匀分布）。t=0时刻，热量Q作用于焊件，焊接初始强度为T0。求解距热源为R的某点，经过t妙后的温度。此时可用二维导热微分方程求解，对于薄板来说，必须考虑与周围介质的换热问题。2.作用于无限大板的瞬时线热源

5、当薄板表面的温度为T0时，在板上取一微元体hdxdy，在单位时间内微元体损失的热能为dQ:式中；2—考虑双面散热—表面散热系数[J/mm2sK]T—板表面温度[℃]T0—周围介质温度[℃]由于散热使微元体hdxdys的温度下降了dT，则此时失去的热能应为dQ:2.2.1、瞬时固定热源温度场2.作用于无限大板的瞬时线热源上两式相等，整理得：式中，b=2/ch被称为散温系数[s-1]。因此，焊接薄板时如考虑表面散热、则导热微分方程式中应补充这一项，即：2.2.1、瞬时固定热源温度场2.作用于无限大板的瞬时线热源此微分方程的特解为：此为薄板瞬时线热

6、源传热计算公式，可见，其温度分布是平面的，以r为半径的圆环。在热源作用处（r=0），其温度增加为：温度以1/t双曲线趋势下降，下降的趋势比半无限体缓慢。2.2.1、瞬时固定热源温度场3.作用于无限长杆的瞬时面热源热量Q在t=0时刻作用于横截面为A的无限长杆上的X=0处的中央截面，Q均布于A面积上，形成与面积有关系的热流密度Q/A，热量呈一维传播。2.2.1、瞬时固定热源温度场同样考虑散热的问题，求解一维导热微分方程，可得：式中，b*=L/cA,为细杆的散温系数[1/s],=c+rL为细杆的周长[mm]；A为细杆的截面积[mm2]。3.作用

7、于无限长杆的瞬时面热源在热源作用处（X=0），温度升高为热流单向，在X=0处，温度随1/t1/2沿双曲线下降，而趋势更缓和。2.2.1、瞬时固定热源温度场4.叠加原理焊接过程中常常遇到各种情况，工件上可能有数个热源同时作用，也可能先后作用或断续作用，对于这种情况，某一点的温度变化可象单独热源作用那样分别求解，然后再进行叠加。叠加原理：假设有若干个不相干的独立热源作用在同一焊件上，则焊件上某一点的温度等于各独立热源对该点产生温度的总和，即其中；ri——第i个热源与计算点之间的距离，ti——第i个热源相应的传热时间。2.2.1、瞬时固定热源温度场4.叠

8、加原理举例：薄板上，A热源作用5秒钟后，B热源开始作用，求B热源作用10秒钟后，P点的瞬时温度。由题意可知：tA=15s，