对熔化区域的局部热作用(不讲)

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1、第四节对熔化区域的局部热作用焊接电弧概述最经常使用的焊接热源焊接电弧，它将电能转化为热能，使填充金属和母材熔化。电弧是一种特殊类型的、基于电弧空间内自由运动的带电粒子（电子和离子）的气体放电现象。电弧作为一种（运动）导电体，被它自己的磁场包围着，磁场也加速带电粒子向电弧轴心运动，结果，电弧压缩其自身，在阳极和阴极上形成很小的附着斑点（即阳极斑点和阴极斑点），电极上的斑点总是小于焊接熔池上的斑点，与极性无关。阳极斑点比较稳定，而阴极斑点易于游动。电弧很容易为外部的磁力偏转（磁偏吹效应）。焊接电弧概

2、述焊接过程中最广泛使用的是熔化电极，在这种情况下，填充金属以熔滴形式过渡到工件，右图示出了发生在这一过程的各种力。即：粘滞力、表面张力，重力，等离子体流吸力，惯性力、电磁力的静电力。电磁压缩（收缩效应）是形成熔滴的最重要的因素，而膨胀的气体影响熔滴的分离。第四节对熔化区域的局部热作用影响熔化电极熔滴形成的各种力热平衡和热流密度焊接热源的有效功率是进行热过程分析中非常关键的问题，如果通过分析电弧的物理过程来求解有效功率是十分复杂的，一般情况下，可利用焊接电弧的热平衡来估算有效功率，电弧的总电功率I

3、U和构件上的有效热输入q*之间的关系可用热效率来表示：熔化极焊接时，由于部分用于熔化电极的热量和熔滴一起进入熔池，增加了对母材的加热，因而热效率的值较高。第四节对熔化区域的局部热作用热平衡和热流密度焊接电流的类型，极性和强度对h影响较小。电弧长度(电弧电压)↑,h↓。明弧的h<潜弧的h埋弧的h即电弧潜入熔池使h提高，用焊剂覆盖电弧使h进一步提高，右图给出了几种焊接电弧的热平衡示意图。由图可以看出，就热效率来说，熔化极优于非熔化极，埋弧优于明弧。第四节对熔化区域的局部热作用热平衡

4、和热流密度电流密度是集中在阳极和阴极的斑点上的，斑点位置在不停变化，斑点尺寸和数量也在不断变化。因此，要精确确定电流的分布是十分困难的。一般在焊接热过程计算中，尤其是用数值方法求解时，常驻引入热源密度的概念，认为热源在一个较大的基本面积(加热斑点)上，近似具有高斯正态分布。在加热斑点中心，热量产生主要是带电粒子撞击的结果，在周围环形区域内，对流和辐射加热占主要地位。第四节对熔化区域的局部热作用热平衡和热流密度阴、阳极斑点的直径一般在毫米尺度，加热斑点的直径一般在厘米尺度，即比前者大一个数量级。一

5、般来说，电流I增加，热源密度最大值qmax增加，加热范围增大，电压增加，热源高度最大值qmax增加，加热范围增大。第四节对熔化区域的局部热作用碳电极移动电弧的热源密度q*与至中心径向距离r的关系热平衡和热流密度第四节对熔化区域的局部热作用金属极与碳极相比，加热范围相同，但是热源密度较高；埋弧和明弧相比，其热源高度更为集中。快速移动碳弧、金属弧、埋弧电极的热源密度q*与至中心径向距离r的关系热平衡和热流密度从热输入的角度来看，只要qw=q/v恒定，不论如何保证恒定，对热过程都是无关的，即低功率低速

6、焊接和高功率高速焊接的作用似乎应是一样的，或小电流配合高电压或大电流配合低电压，其作用应是相同的。但是实际情况是，在相同q、qw情况下，熔化区宽度和冷却时间可能相差两倍。第四节对熔化区域的局部热作用热平衡和热流密度改变电压电流组合，保持q和qw恒定时，焊道和热影响区截面的形状和尺寸发生了明显的变化，而维持电流和电压不变，改变焊接速度和qw，有同样的结果。因此，通过qw得到的参数变换，要视具体情况加以修正。第四节对熔化区域的局部热作用CO2气体保护焊电极（焊丝、焊条）的加热与熔化电极的熔化（填充金

7、属的熔化）是焊接电弧的重要功能之一，它对焊接工艺过程、冶金过程、焊接缺陷产生及生产率都有很大的影响。电极的加热温度电弧焊时，加热和熔化电极的能量有：焊接电流通过焊丝时产生的电阻热和焊接电弧传给焊丝端部的热能，以及由于化学反应产生的热能。一般情况下，后者仅占1～3%，可以忽略。第四节对熔化区域的局部热作用电流加热电阻热作用于电流流过的整个体积内，在电极尾端区域，加热斑点使其温度急剧上升，导致电极熔化。电阻热随电流密度和电流作用时间的增加而增加，在整个电极体积内任何时刻各处升温都相同（假定各部位的电

8、流密度相同）。但在焊条药皮内，存在有径向的温度梯度。第四节对熔化区域的局部热作用电流加热焊条电流加热焊条时，电流在焊芯上发生的总热量Q应等于用于升高焊芯温度的热量Q1、用于升高药皮温度的热量Q2和向围围介质散失的热量Q3之和，即由焦耳一楞次定律：电流在焊芯上的发热量为：其中：*--比电阻(R=*l/Ae)；l—电流流经的焊丝的长度；Ae—焊芯截面积。第四节对熔化区域的局部热作用电流加热焊条焊芯热含量的提高Q1，与其热容c11和瞬时加热速度dT/dt成正比:药皮热含量的提高为：表面散热为：第