Page 34 - 理化检验-物理分册2019年第五期

周 崎, 等: 不同厚度 ５０Mn钢板火焰切割热影响区范围

－２ －１ －３ －１ －１ ); 为

设置为 ２７ ℃ , 对流换热系数为 １０ ( W m ℃ ). 为密度, k g m ; c p 为比热容, J k g ℃ q
切割面直接施加热流密度来近似模拟预热和切割状 内热源热流密度, W m －３ ; t 为时间, s .
态: 当处于预热状态, 热流不移动, 仅加载于左下角
网格切割面, 热流密度 [ ７ ] 为 ３．１２×１０ W m －１ , 预热 ２ 模拟结果及硬度试验
８
时间由式( １ ) 计算为 ４．８s ; 当处于切割状态, 依次对 ２．１ 火焰切割模拟结果
９ －１ , 切割速度 图 ３ 和图 ４ 显示了切割过程中钢板的温度变化
切割线施加热流密度 １．０４×１０ W m
－１
由式( ２ )、 式( ３ ) 计算为 ９．７mm s .切割完成后, 云图, 可以看出最高温度位于切割点, 随着材料远离
切割点, 温度逐渐降低; 随着割枪持续移动, 被切割
改变切割面边界条件为对流散热, 继续静 置 １５０s
模拟冷却过程.火焰切割模拟中, 二维模型的导热 后的区域温度迅速降低, 远低于切割点所在位置; 在
微分方程如下 [ ８ ] 整个切割过程中, 样坯左下角和左上角为局部高温
∂ æ ∂T ö ∂ æ ∂T ö ∂ T 区域, 温度云图呈明显的扇形分布; 切割完成后冷却
ç k ÷ ＋ ç k ÷ ( ４ )
∂xè ∂x ø ∂ yè ∂ y ø ＋q＝ ρ c p ∂t １５０s , 样坯最高温度约为 ６０ ℃ .
－１ －１
ρ
式中: T 为温度, ℃ ; K 为热 导率, W m ℃ ;

图 ３ 第一条切割线的温度场
Fi g 敭３ Tem p eraturefieldofthefirstcuttin g line
a cuttin gblowp i p ecoordinate x＝０ y＝２ b p artialenlar g ement
c cuttin gblowp i p ecoordinate x＝０ y＝２００ d cuttin gblowp i p ecoordinate x＝０ y＝４００
２．２ 硬度试验验证 点.采用 布 氏 硬 度 法 测 试 样 坯 硬 度, 测 试 位 置 为
在得到样坯温度分布的基础上, 为了进一步确 图 ２ 中 j＝２００ 的水平网格处, 硬度试验结果见表 ２ .
定材料性能发生改变的温度区间, 需要进行试验验 从表 ２ 中数据看出, 切割面附近材料硬度最高, 随着
证.研究表明 [ ９ ] 材料硬度的变化反映了材料力学性 远离切割面, 材料进入软化区 [ １０ ] , 硬度逐渐下降, 当
能的改变, 通过提取样坯不同位置的硬度来表征热 继续远离软化区后材料硬度上升, 此时的硬度为样
影响区的范围, 具有试验简单、 测试结果直 观等优 坯母材硬度, 约为 ２００HB .
表 ２ 样坯硬度试验结果
Tab敭２ Hardnesstestresultsofthebillet
距切割线距离 / mm ０．５ １ １．５ ２ ２．５ ３ ４ ５ ６ ７ ８ １０ １５
布氏硬度 / HB ２６５ ２６３ ２４８ ２５０ ２４２ ２５０ ２３７ １８９ １９５ ２２０ １９３ ２００ ２００

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