2-2焊接温度场PPT.pptVIP

;2.2 焊接温度场;2.2.1、瞬时固定热源温度场;2.2.1、瞬时固定热源温度场;2.2.1、瞬时固定热源温度场; 随着时间t延长，温度T随1/t3/2呈双曲线趋势下降，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;2.作用于无限大板的瞬时线热源 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.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.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。;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。;3.作用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。 ; 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。; 4.叠加原理 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，tB=10s,则 ; 焊接过程中，热源一般都是以一定的速度运动并连续用于工件上。前面讨论的瞬时热源传热问题为讨论连续热源奠定了理论基础。 在实际的焊接条件下，连续作用热源由于运动速度（即焊接速度）不同，对温度场会产生较大影响。一般可分为三种情况。 ①热源移动速度为零，即相当于缺陷补焊时的情况，此时可以得到稳定的温度场。 ②当热源移动速度较慢时，即相当于手工电弧焊的条件，此时温度分布比较复杂，处于准稳定状态，理论上虽能得到满意的数学模型，但与实际焊接条件有较大偏差。 ③热源稳动速度较快时，即相当于快速焊接（如自动焊接）的情况，此时温度场分布也较复杂，但可简化后建立教学模型，定性分析实际条件下的温度场。;1.作用于半无限体上的移动点热源 连续作用的移动热源的温度场的数学表达式可从迭加原理获得，迭加原理的应用范围是线性微分方程式，而线性微分方程式则应建立在材料特征值均与温度无关的假设基础上，这种线性化在很多情况下是可以被接受的。;1.作用于半无限体上的移动点热源 ;2.2.2、连续热源作用下的温度场;应用瞬时点热源的热传播方程: 此时 热源持续时间是t-t0，则有 ; 上式属于固定是坐标系(o0,x0,y0,z0)， 对于运动坐标系(o,x,y,z)来说，由于 设t??=t-t?,带入上式，得 如果忽略焊接热过程的起始和收尾阶段（即不考虑起弧和收弧），则作用于无限体上的匀速直线运动的热源周围的温度场，可认为是准稳态的温度场。如果将此温度场放在运动坐标系中，就呈现为具有固定场参数的稳态温度场。 ; 下面，我们考虑极限状态t?∞，并设 由于 经一系列变换之后，以等速度沿半无限体表面运动的、不变功率的点热源的热传导过程极限状态方程式，在运动坐标系(oxyz)中，为： 其中，R—动坐标系中的空间动径，即所考察点A到坐标原点o的距离； x—A点在动坐标系中的横坐标。;讨论： 当v=0,即为固定热源时， 等温面为同心半球，温度随呈双曲线下降; 当x=-R(热源后方)， 该点与运动速度v无关; 当x=R(热源前方)， ，可见，运动速度