Modeling of heat propagation processes during thermal metal cutting, taking into account the main provisions of the theory of welding deformations and stresses

Anna N Vintsiv Vintsiv ,Eugene Burmistrov

doi:10.37890/jwt.vi67.183

Abstract

The article describes the features of applying the main provisions of the theory of welding deformations and stresses to the thermal cutting of metal. The above calculation formulas allow us to pre-evaluate the temperature deformations of the sheet edges during separation heat cutting, as well as the size and configuration of the temperature field, to take into account the thermal effect on the metal and determine the size of the zone of thermal influence. These equations are considered by the authors as a basis for the development of a method for calculating thermal deformations and stresses during thermal cutting of metal, taking into account the transverse and longitudinal distribution of temperature over the sheet section, the ambient temperature and interaction with it, the parameters of the geometry of the cut sheet and its stiffness, heat capacity, thermal conductivity and other temperature characteristics.

Highlights

The article describes the features of applying the main provisions of the theory of welding deformations and stresses
These equations are considered by the authors as a basis
С их помощью можно предварительно оценить: а) температурные деформации кромок листа при разделительной тепловой резке; б) поля температур, возникающих при плазменной резке, для учёта теплового воздействия на металл и определения размеров зоны термического влияния

Summary

Основные упрощения и допущения

Для понимания закономерностей формирования и распределения температурных полей в металле при термической резке, как и при сварке, необходимо учитывать основные законы теплофизики и закономерности протекания процессов тепломассообмена [9]. Теплообмен в металлах можно представить известной формулой, как зависимость теплоты от изменения температуры [10]:. Где Q – количества теплоты; m – масса металла, г, (кг); ΔT – разница температур, °С; с – удельная массовая теплоёмкость металла, кал/г·°С (Дж/кг·°С). Однако в металлах при фазовых переходах (перестройка кристаллической решётки, плавление, конденсация, испарение и т.п.) температура при изменении количества теплоты изменяется не всегда. В изменяемом температурном поле при движении источника теплоты в определённом направлении температура изменяется непрерывно. Однако при термической резке вследствие выделения большого количества теплоты, однозначно необходимо учитывать ещё и теплообмен между металлом и окружающей воздушной средой и теплообмен в воздушной среде. При более высоких температурах изменяется незначительно и определяется, главным образом, только от свойств металла

Учёт конвективого и лучистого теплообмена

Уравнение теплового баланса при тепловой резке

Граничные условия