Космонавтика  Технология шовной сварки 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 [ 21 ] 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78

другое - магнитное

где Е - электрический потенциал; р - удельное сопротивление среды; 1 - магнитная проницаемость; / - время; х - координата; В - магнитная индукция в металле.

Следует подчеркнуть очень существенное обстоятельство. Электрический ток не может существовать без магнитного потока вокруг исследуемого проводящего участка. Основная и главная роль магнитного поля каждого проводящего участка - это сжатие линий протекающего электрического тока. Если речь идет о о токе по металлическому проводнику ограниченного сечения, например по стержню, то сжатие его магнитным полем хотя и существует, но оно недостаточно для сжатия линий электрического тока в стержне, а распространение тока по сечению ограничивается габаритными размерами стержня. Если же ток проходит между двумя полюсами по среде неограниченных размеров, и притом в любой среде - металлической, газовой или жидкостной, то магнитное поле не позволит растекаться линиям электрического тока на сколько-нибудь значительное расстояние. Этим определяется, например, существование электрической, в том числе сварочной дуги. Докажем это.

Давление магнитного поля, создаваемого протекающим током в пространстве проводящего участка на линии этого же электрического тока, определяется следующей формулой:

р = iiHV{8nW), (2.5)

где р - давление, МПа; Н - напряженность поля,

Н = I/{nd), (2.6)

d - диаметр проводника, или диаметр круга растекания линий электрического тока. Преобразуя формулы (2.5) и (2.6), получим

Р = liP/iSndJW). (2.7)

Если бы не существовало этого магнитного давления на пространство, занятое дугой, т. е. заполненное горячим газом и плазмой, то под влиянием внутреннего, газового давления (ргаз = = ЬЩ все частицы разлетелись бы в пространство. Число этих частиц, согласно числу Лошмидта, L = 6,02-10* частиц/м*, а давление определяется энергией kQ. В действительности магнитное давление р и газовое ргаз уравновешиваются и получается общеизвестное соотношение

&Г = . (2-8)

откуда видна и причина подъема температуры в так называемой сжатой дуге.



Рис. 2.1. Схемы, показывающие отсутствие подобия между тепловым потоком (слева) и электрическим током (справа)

К весьма заметным технологиче--(2.4), приходится заметить, что

Таким образом, невозможно отрицать эффект сжатия линий электрического тока в неограниченной газовой, даже немагнитной среде. Очень странно в связи с этим отмечать, что факт сжатия линий тока в неограниченной металлической, да еще и магнитной среде некоторые сварщики отрицают до сих пор. Это отрицание реальной действительности приводит иногда ским просчетам.

Сравнивая уравнения (2.1) они отличаются друг от друга только физическими константами и природой потенциальных функций Т, С, Е и В. Формально, математически, уравнения полностью подобны. Это значит, что при одинаковости начальных и граничных условий решения конкретных задач обеспечиваются одними и теми же математическими функциями от координат и времени. Однако подобие - это не тождество, особенно для процессов физических, разных по своей природе. Для того чтобы внушить осторожность при использовании принципов подобия, достаточно рассмотреть два разных потока, движущихся по одной и той же модели (рис. 2.1). На участках АВ по стержням ограниченных размеров оба потока {Q и /) движутся абсолютно подобно. Как только эти потоки вступают в пространство ВС, т. е. в неограниченную металлическую пластину, электрический ток выходит из этой пластины в область CD таким же по величине, каким он и вошел в нее, какие бы искривления он ни претерпел при этом внутри пластины.

Что касается теплового потока Q, то в пластине он потеряет значительную долю своего потенциала 2q и выйдет из пластины значительно ослабленным. Таким образом, в отличие от стержня в пластине ВС подобия между Q и / нет. Это и понятно: тепловой поток внутри пластины не сжимается никакими силами, а электрический ток сжат магнитным полем В. Как было показано, уравнение теплопроводности Фурье дает безразмерные критерии подобия: Фурье (1.42) и М. В. Кирпичева (1.44).

Уравнения электрического и магнитного полей также имеют критериальное число Максвелла

Ма = р (цх2). (2.9)

Для синусоидального переменного тока,. поскольку t = IIf.

Ma = р/{ф), (2.10)

где / - частота переменного тока. 3*



Для многих практических электротехнических расчетов академик Л. Р. Нейман ввел несколько видоизмененный критерий, который он назвал символом,

х = Ые=--/Ж, (2.11)

где S - площадь поперечного сечения исследуемого проводника, и - периметр этого сечения.

Формулу (1.36) можно записать в общем виде

х = /Ы==/ЩЙ. (2.12)

По аналогии с этой записью на основе формулы (2.9) правомерно сделать другую:

X = I /рЩ; X = I /pf/f*. (2.13); (2.14)

Если из формулы (2.12) видно, чему пропорциональна глубина проникания температуры, то формулы (2.13) и (2.14) показывают, чему пропорциональна глубина проникания электрического тока.

Для практических расчетов используют не полную глубину проникания тока, а только 0,63 от этого размера и называют ее эквивалентной глубиной проникания тока - бзнв.

Если измерять р в ОмСм, / - в с, а ц считать безразмерным

числом из отношения

ц = BIH, (2.15)

то численно банв определяется по формуле

бэнв = 5000/р ц или для переменного тока

б, -5000/Ш). (2.16)

В дальнейшем магнитные величины В и Я будут необходимы для расчетов. Их физический смысл сводится к следующему: напряженность магнитного поля электрического тока, проходящего по проводнику любого сечения, определяется через периметр этого сечения и

Я = 1/и. (2.17)

Следовательно, физический смысл понятия напряженности - это число магнитных линий, которое пронизывает воздушное пространство вокруг проводника.

Как известно, воздух немагнитен. Если же вокруг проводника вместо воздуха окажется магнитная сталь, то концентрация магнитных линий в ней получится во много раз большей, чем в воздухе. Такую концентрацию уже называют магнитной индукцией и обозначают символом В.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 [ 21 ] 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78