Методическая зона.

Одним из факторов, лимитирующих скорость нагрева металла, являются термические напряжения, обусловленные разностью температур. Наружные, более нагретые слои, стремятся расшириться и находятся, поэтому в сжатом состоянии. Внутренние, более холодные слои, подвержены при этом растягивающим усилиям. Если эти напряжения не превосходят предела упругости, то с выравниванием температуры по сечению термические напряжения исчезают. Сталь (за исключением некоторых специальных марок) обладает упругими свойствами до температуры 450 ¸ 500 ⁰С, выше этой температуры переходит в пластическое состояние. Следовательно, температурные напряжения должны учитываться до перехода металла из упругого состояния в пластическое. Поэтому рекомендуется медленный (методический) нагрев заготовок до тех пор, пока температура центра не превысит 500 ⁰С.

2.1 Расчет коэффициента теплоотдачи в методической зоне.

1) Найдём парциальное давление поглощающих компонентов смеси:

Примем =97.36кПа

2) Ширина рабочего пространства печи

где: l – длина заготовки

n – число рядов заготовок в печи

3) Эффективная длина луча:

– высота рабочего пространства печи в методической зоне.

4) Определим степень черноты газов:

–определены при температуре уходящих газов (900°С)

5) Определим интегральный коэффициент излучения:

6) Определим угловой коэффициент излучения кладки на металл:

7) Определим приведённый коэффициент излучения от продуктов сгорания на металл с учётом тепла, отражённого от кладки печи на металл

ε _м = 0, 8 – коэффициент теплового излучения материала;

с₀ = 5, 67 Вт/(м²· ) – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела;

8) Удельный тепловой поток

Т_м – температура поверхности металла, К

Т_г – температура уходящих газов, К

9) Определим коэффициент теплоотдачи в начале методической зоны:

10) Коэффициент теплоотдачи в конце методической зоны:

при температуре в конце методической зоны 1320 ° С:

11) Определим приведённый коэффициент излучения от продуктов сгорания на металл с учётом тепла, отражённого от кладки печи на металл

12) Удельный тепловой поток

13) Определим коэффициент теплоотдачи в конце методической зоны:

14) Определим средний коэффициент теплоотдачи по крайним значениям в начале и в конце зоны:

3.1.2 Нагрев металла в методической зоне.

Определим зависимость для максимально допустимой разности температур:

1) Определим среднюю температуру газов в зоне:

2) Средняя температура металла в зоне:

– температура поверхности металла (40° С – в начале, 600° С – в конце зоны)

k ₁ = 1 – для пластины

t_сер – температура середины металла (40° С – в начале, 500° С – в конце зоны)

3) По этой температуре находим коэффициент теплопроводности материала

4)коэффициент температуропроводности:

где:

5) Вычислим число Био:

где: δ = 0, 5 S

S = 290 мм – толщина заготовки

6)

7) Определяем число Фурье::

8) По Bi и F_o используя номограмм у, находим

9) Определим температурный критерий:

10)

11) Уточним температуру на поверхности и середине материала:

12) Определим время нагрева в методической зоне:

2.1Определение коэффициента теплоотдачи в сварочной зоне.

1) Эффективная длина луча:

h_св = (2, 6+1)/2=1, 8 (м)– высота рабочего пространства печи в сварочной зоне

2) Определим степень черноты газов:

–определены при температуре уходящих газов (900°С)

3) Определим интегральный коэффициент излучения

Где: β = 1, 08

4) Определим угловой коэффициент излучения кладки на металл:

5) Определим приведённый коэффициент излучения от продуктов сгорания на металл с учётом тепла, отражённого от кладки печи на металл

ε _м = 0, 8 – коэффициент теплового излучения материала

с₀ = 5, 67 Вт/(м²· ) – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела;

6) Удельный тепловой поток в начале сварочной зоны:

Т_м – температура поверхности металла, К

Т_г – температура уходящих газов, К

7) Определим коэффициент теплоотдачи в начале сварочной зоны:

8) Удельный тепловой поток в конце сварочной зоны:

– конечная температура материала в сварочной зоне.

9) Определим коэффициент теплоотдачи в конце сварочной зоны:

10) Определим средний коэффициент теплоотдачи по крайним значениям в начале и в конце зоны:

3.2.2 Нагрев металла в сварочной зоне.

1) Определим среднюю температуру газов в зоне

2) Средняя температура метала в зоне:

– температура поверхности металла (619° С – в начале, 1240° С – в конце зоны)

k ₁ = 1 – для пластины

t_сер – температура середины металла (509° С – в начале, 1150 ° С – в конце зоны)

3) По этой температуре находим коэффициент теплопроводности материала (по таблице I – 51 [2]):

4)Коэффициент температуропроводности:

где:

5) Вычислим число Био:

6)

7) По Bi и Θ _пов используя номограмму П2 [1], находим:

8) По Bi и F_o используя номограмму П2 [1], находим:

9) Используя номограммы П3 и П4 [1], определим температурный критерий:

10)

11) Определим температуру на поверхности и середине материала:

Полученные значения температур незначительно отличаются от принятых (не более 15…20 ° С).

12) Определим время нагрева в сварочной зоне: