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1、焊接接头形成1、温度场的基本概念温度场一般地,物体的温度分布是坐标和时间的函数。因此,与重力场、速度场一样,物体中存在的温度的场,叫做温度场,即物体中各点温度分布的的总称。温度场的分类若物体各点的温度不随时间变化,这种温度场称为稳态温度场。若温度随时间而变化,则称为非稳态温度场。等温线、等温面温度场中同一瞬时温度相同的各点连成的面称为等温面,在任何一个二维的截面上等温面表现温等温线。温度梯度等温线法线方向上的温度变化率。焊接温度场的影响因素(1)热源种类及规范(2)被焊工件的热物理性质1)导热系数；2)比热容和容积比热容；3)热扩散率；4)比热焓；5)表面散热系数(3)
2、焊件的形态(4)热源作用时间和移动速度焊接温度场按热源作用方式可分为以下几类：2、焊接电弧简介§2.1电弧的基本概念定义:电弧是一种特殊的气体放电现象，它是带电粒子通过两电极之间气体空间的一种导电过程(电极与工件之间气体介质中长时间的放电现象)。作用:实现了将电能转化为机械能、热能和光能。电弧导电机制与金属中自由电子定向移动导电机制不同的是,电弧中电子、正离子、负离子都参与导电,是复杂的导电过程。分区:沿电弧方向电场强度分布不均匀,分为三个区域:阴极区、阳极区和弧柱区。(1)阴极、阳极区尺寸很小,约为10-2-10-6cm(2)电场分布的不均匀性表明电弧电阻的非线性。§
3、2.2电弧的产热1、弧柱产热(约占总热量的21%)带电粒子(电子和正离子)在电场作用下,将电能转化成为热能:电子的运动速度比正离子运动速度大得多,因而从电源吸取电能转化为热能的作用几乎完全由电子来承担,进而将电能转化为热能:特征：(1)单位弧长弧柱的电能EI——大小决定了弧柱产热量的大小。(2)电弧处于稳定状态时，弧柱的产热与弧柱的热损失(对流>80%,传导和热辐射:20%)处于动态平衡状态。2、阴极区的产热(约占总热量的36%)阴极区靠近电极或者工件，其产热直接影响焊接过程中电极或者工件所受到的热的作用。阴极区有两种粒子：电子和正离子,这两种粒子不断的产生、运动和消失
4、,同时伴随着能量转换与传递。但电子流占整个电流的99%以上,所以电子流对于阴极产热影响很大。Pk=IUk-IUw-IUTUk阴极压降;Uw逸出电压;UT弧柱温度等效电压3、阳极区的产热(约占总热量的43%)Pa=IUa+IUw+IUT热量主要用于对阳极的加热和阳极的热量损失。阳极区和阴极区的热量主要用于加热填充材料或者焊件，是焊接过程可以直接电弧温度、电流密度和能量密度轴向分布示意图利用的能量。§2.3电弧的温度分布电弧温度、电流密度和能量密度轴向分布示意图TIG电弧温度径向分布示意图(SUS304不锈钢)§2.4电弧的能量密度能量密度采用某热源加热工件时,单位面积上的
5、有效热功率,单位为：W/cm2。*同一工艺在不同的位置上的能量密度也不同;*能量密度大的时候,可有效利用热源熔化金属,并减小热影响区,获得窄而深的焊缝,有利于提高焊接生产率。3、焊丝(条)的加热与熔化§3.1焊丝的加热、熔化*熔化极电弧焊：焊丝的熔化主要依靠阴极区(正接)或者阳极区(反接)产生的热量以及焊丝伸出长度上的电阻热。弧柱区产生的热量对于焊丝的加热熔化作用比较小。*非熔化极电弧焊：弧柱区产热熔化焊丝。*熔化系数：单位时间内通过单位电流时焊丝的熔化量[g/(A.h)]一、电弧热阴极区：Pk=IUk-IUw-IUT≈I(Uk-Uw)Uk阴极压降;Uw逸出电压;UT弧
6、柱温度等效电压(电弧温度6000K时:小于1V)。焊丝接负时：焊丝的加热与熔化取决于(Uk-Uw)。很多因素影响阴极电子发射，即影响的Uk大小。阳极区：Pa=IUa+IUw+IUT≈IUwUa阳极压降(电流密度较大时：近似为0);Uw逸出电压;UT弧柱温度等效电压(电弧温度6000K时：小于1V)。焊丝接正时：主要取决于材料的电子逸出电压和电流的大小。当电流一定时，由于电子逸出电压为常数，此时焊丝熔化系数为定值。熔化极气体保护焊时，焊丝材料为冷阴极材料，Uk>>Uw，则Pk>Pw。所以同种材料，在相同电流的作用下，焊丝作为阴极的产热将比焊丝作为阳极时产热多。因为散热条件
7、相近，所以焊丝接负(直流正接)时比焊丝接正(直流反接)时熔化快。二、电阻热在自动和半自动焊时，从焊丝与导电嘴接触点到焊丝端头的一段焊丝（即焊丝伸出长度，称为干伸长，用Ls表示）有焊接电流通过，所产生的电阻热对焊丝有预热作用，从而影响焊丝的熔化速度。特别是焊丝比较细和焊丝的电阻系数比较大时（如不锈钢），这种影响更加明显。Rs=ρLs/SPR=I2Rs电阻热与干伸长的电阻以及通过的电流有关。材料不同，则电阻率不同，相应的电阻就会不同；因此在相同干伸长，相同电流条件下，电阻热也不同。*熔化极气体保护焊时，通常焊丝伸出长度Ls＝10~30mm，对
