Из повседневной жизни известно: при выпечке важно знать не только температуру внутри духовки, но и то, насколько горячей будет область дверцы и ручки. Для промышленной среды это означает: как материалы и компоненты нагреваются во время производства и последующего использования? В какой момент происходят температуры и какие напряжения и изменения возникают в результате этого? Тепловые процессы, такие как технология сварки, в настоящее время находятся в центре внимания.
Какую температуру достигает наружная оболочка компонента при существующей изоляции и внутренней температуре? Например, в случае доменной печи, зная температуру чугуна и параметры материала, а также толщину футеровки и стальной оболочки, температурный профиль можно рассчитать по толщине стенки. Одновременно рассчитываются результирующие напряжения в материале. Вопросы могут быть: Стальная оболочка выдерживает нагрузки? Нужно ли улучшать изоляцию до максимальной наружной температуры или достаточно существующей изоляции?
Предсказуемая деформация в компоненте
В сварочных процессах возникающее температурное поле отвечает за деформацию и остаточное напряжение в соединенных компонентах из-за выделения тепла. Используя метод конечных элементов (FEM), соответствующее поле температуры может быть рассчитано и проверено на практике с использованием методов измерения температуры. «Этот расчет температурного поля может стать предпосылкой для дальнейшего расчета искажений и напряжений», - объясняет инженер по расчетам Матиас Бащок.
ВРЕМЯ предлагает МСП - то есть малым и средним компаниям - как измерение дискретных температурных кривых, так и расчет с использованием FEM. Все формы теплопередачи, то есть теплопроводность, конвекция и излучение, могут рассматриваться как граничные условия для моделирования. Также возможно рассчитать температурные поля, вызванные электрическим сопротивлением при подаче питания. «Для этого мы используем сопряженное термо-электрическое моделирование», - говорит эксперт TIME. Практическое сравнение полученных данных осуществляется в форме измерений температуры с помощью датчиков температуры и измерительных штифтов или путем оценки потускнения цветов. ВРЕМЯ сотрудник Тобиас Girresser:«С помощью контактной сварки кривые тока и напряжения с течением времени можно также записать с помощью контактной сварки и использовать в качестве входных параметров для следующих расчетов».
Измерения температуры на практике
Мобильные датчики температуры могут напрямую контактировать с местами измерения. Постоянные или долговременные зонды могут быть прикреплены к образцам с помощью точечной сварки.
Измерительные штифты температуры можно использовать для проверки достижения определенной температуры. «Это позволяет нам отмечать участок, подлежащий проверке, до или сразу после введения тепла», - объясняет Гиррессер. «Из маркировки на беговой дорожке можно узнать, была ли достигнута температура». Используемые ручки содержат воски с определенной температурой плавления.
Кроме того, температурное поле может быть описано путем сравнения цветов потускнения материала. Эти характерные температурные профили, возникающие в результате окисления на поверхности материала, позволяют сделать вывод о температурах, достигнутых при подводе тепла. Поэтому возможно прямое сравнение между рассчитанными данными FEM и цветами потускнения.
Имитировать подвод тепла при сварке
Тобиас Гиррессер упоминает процессы, связанные со сваркой вольфрамовым инертным газом, в качестве хорошего примера воздействия тепла: «Мы можем точно рассчитать температурные поля, моделируя мигрирующий источник тепла и теплопроводность внутри компонентов. Затем проводится сравнение путем измерения температуры с использованием термопар, которые расположены на некотором расстоянии вдоль сварного шва ». Кроме того, созданные микроснимки поперечного сечения сварного шва делают видимой форму зоны термического влияния. «Возможно точное сравнение между симуляцией и практикой», - говорит Тобиас Гиррессер. «Цель этого сравнения между симуляцией и практикой заключается вуметь прогнозировать коробление для аналогичных сварных соединений, используя сопряженное тепловое и структурное моделирование, и определять оптимальную стратегию сварки с учетом параметров и последовательности сварки. (jup)