سیستم واحد و درجه حرارت

2-2-1-3 نرخ تولید گرما
برای در نظر گرفتن نقش ماده پرکننده جوش در انتقال گرما از دستگاه جوشکاری به قطعه میتوان از این روش استفاده کرد. در این روش فرض میشود که تمام گرمای ناشی از جوشکاری در داخل ماده پرکننده جوش تولیدشده و به قطعه منتقل میگردد. یعنی بارگذاری حرارتی به صورت گرمای حجمی در نظر گرفته میشود. اگر از سیستم واحد SI استفاده شود مقدار گرمای حجمی بر حسب ( ) خواهد بود. گرمای تولیدشده، گذرا بوده و مقدار آن همراه با حرکت الکترود بر روی خط جوش تغییر میکند. مقدار گرمای تولیدشده به نوع جوشکاری بستگی دارد و مقدار آن از رابطه زیر محاسبه میگردد.
(2-25)
تت
Widget not in any sidebars

در این رابطه، مقدار گرمای تولیدشده بر حسب ژول، d طول هر پاس جوشکاری و V سرعت جوشکاری است. مقدار Q از رابطه (2-16) به دست میآید. J به دست آمده از رابطه (2-25) را میتوان با استفاده از رابطه زیر تبدیل به نرخ تولید گرما نمود ]6[.
(2-26)
در این رابطه، H نرخ تولید گرما است که بر حسب ( ) است، Vp حجم ماده پر کننده جوش، که در هر پاس روی قطعه کار گذاشته میشود و t زمان یک پاس جوشکاری است. در حین جوشکاری انرژی حرارتی به منطقهای شامل جسم جوش و قسمتی از قطعه کار اعمال میشود. مشکل اساسی این روش این است که در آن از انرژی حرارتی اعمال‌شده به قسمتهای مجاور جسم جوش صرف‌نظر شده است ]6[.
2-2-2 خواص ماده در تحلیل حرارتی
پارامترهایی که در تحلیل حرارتی به عنوان دادههای اولیه مورد استفاده قرار میگیرد، عبارتند از گرمای ویژه، گرمای نهان، ضریب هدایت حرارتی، ضریب هدایت همرفت، ضریب صدور تابشی و چگالی.
از این شش پارامتر، گرمای ویژه، ضریب هدایت حرارتی و ضریب هدایت همرفت، وابسته به درجه حرارت میباشند. ضریب هدایت همرفت و ضریب صدور تابشی جزء شرایط مرزی مسئله هستند و گرمای ویژه، گرمای نهان و چگالی برای به دست آوردن آنتالپی جسم، مورد استفاده قرار میگیرند. با افزایش دما، خواص مواد نظیر فولاد نرمه معمولی تغییر میکند (شکل 2-2) ]7[.
در فرآیندهای حرارتی ممکن است در طی حرارت مواد دچار تغییر حالت شده و از جامد به مایع تبدیل شوند. در این حالت مواد دچار تغییر فاز میشوند که در ادامه تشریح میگردد.

شکل 2-2 تغییر خواص فولاد نرمه معمولی نسبت به دما ]7[.
2-2-3 تغییر فاز
در فرآیند جوشکاری، فلز از حالت جامد به حالت مایع و حتی به بخار نیز تبدیل میشود. همچنین موقع سرمایش از مایع به جامد تغییر حالت میدهد. بنابراین برای مدل کردن دقیقتر فرآیند جوشکاری میبایست تغییر فازها را نیز لحاظ کرد. در فرآیند تغییر فاز ماده، دمای ماده همواره ثابت است و حرارت اعمالی بر آن به صورت یک گرمای نهان در آن ذخیره میشود. در واقع تبدیل یک ماده از یک فاز به فاز دیگر با آزاد کردن یا جذب گرمای نهان در ناحیه تغییر فاز که در آنجا گرادیان دما ناپیوسته است، صورت میگیرد. این گرما باعث افزایش یا کاهش آنتالپی ماده میشود. آنتالپی، مجموع گرمای محسوس و نهان است و روابط ریاضی آن در ادامه آمده است.
(2-27)
برای مواد آلیاژی تغییر فاز ماده از جامد به مایع در یک مرحله و یک دمای خاص اتفاق نمیافتد، بلکه در یک بازه دمایی روی میدهد. دمای ابتدای این بازه را دمای جامد و انتهای آن را دمای مایع میگویند. روابط آنتالپی برای مواد آلیاژی شکل 2-3 به صورت زیر است.
(2-28)

شکل 2-3 نمودار آنتالپی– دما برای یک ماده آلیاژی ]7[.
در این روابط ، و مقادیر گرمای مخصوص، به ترتیب در زیر، بالا و در خود ناحیه تغییر فاز هستند. عبارت گذرا در رابطه حاکم بر جریان حرارت گذرا (رابطه (2-2)) را می‌توان به صورت زیر بیان کرد:

Share this post

Post navigation

You might be interested in...