《熔化焊的热过程》PPT课件

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1、焊接冶金学主讲教师:徐桂芳江苏大学材料学院本课程参考书目:1.焊接冶金学天津大学张文钺主编2.材料成形原理华中科技大学陈昌平主编3.材料成形基本原理合肥工业大学刘全坤主编4.金属材料成型原理江苏大学雷玉成等主编绪论本课程的研究内容:熔焊过程中的热作用液态金属与周围气体的反应,液态金属与熔渣的相互作用液态金属凝固特点焊缝金属的组织与性能,焊接热影响区的组织与性能焊接缺陷分析.焊接过程的物理本质1、什么是焊接?被焊工件的材质(同种或异种),通过加热或加压或两者并用,并且用或不用填充材料,使工件达到原子间结合,形成永久性接头.微观上:原子间结合宏观上:永久性接头原子间结合,对于金属来说就是形成金属

2、键.金属原子之间的距离达到0.3~0.5nm时,相互之间的作用力达到最大.要让金属原子之间的距离达到0.3~0.5nm,采用加压或加压的方式:加压:破坏氧化膜,使接触紧密.加热:使结合处达到塑性或熔化状态,此时,接触面的氧化膜迅速破坏,降低变形阻力,增加原子的振动能,促进扩散,再结晶.实现金属焊接所需要的压力与温度之间有一定的关系.第一节熔化焊热源及温度场一、焊接热源焊接的能源从基本性质来看，主要是热能和机械能对焊接热源的要求:能量密度高度集中，实现快速焊接过程，保证得到高质量(强韧而致密)焊缝和最小的焊接热影响区(HAZ)。1、焊接热源的种类及特征⑴电弧热：利用气体介质在正负电极之间产生的

3、强烈而持久的放电过程所产生的热能来作为焊接热源.焊接中应用最广泛的热源。⑵等离子弧：利用等离子焊炬，将阴极和阳极之间的自由电弧压缩成高温、高电离度及高能量密度的电弧。利用等离子弧作为焊接热源的熔焊方法称为等离子弧焊。⑶电子束：利用真空中被电场加速的电子轰击被焊工件表面所产生的热能作为焊接热源。如电子束焊,电子束焊的深宽比可达40以上.⑷激光束：通过受激辐射而使放射增强的光(激光)，经聚焦产生能量高度集中的激光束作为焊接热源，如激光焊。⑸化学热：利用可燃性气体的燃烧和铝、镁热剂的反应热作为焊接热源，如气焊、热剂焊。以上是熔化焊的主要热源形式。此外，还有其它热源可用于压力焊和钎焊等。⑹电阻热：利

4、用电流通过导体时产生的电阻热作为焊接热源(如电阻焊)。⑺高频热源：利用高频电流或高频感应产生的二次电流作为热源，对具有磁性的金属材料进行局部集中加热，其实质是电阻加热的另一种形式。这种加热方式的能量高度集中，故可实现很高的焊接速度，如管材的高频焊。⑻摩擦热：利用机械磨擦所产生的热量进行焊接，如摩擦焊。热源最小加热面积/m2最大功率密度/(kW/cm2)温度/K乙炔火焰10-62×1033473金属极电弧10-71046000钨极氩弧(TIG)10-71.5×1048000埋弧焊10-72×1056400电渣焊10-61042300熔化极氩弧焊10-8104~105--等离子弧10-91.5×

5、10518000~24000电子束10-11107~109--激光束10-12107~109--各种焊接热源的主要特性2.焊接热效率（1）电弧焊热效率如果电弧是无感的q=UI若能量不全部用于加热焊件，则加热焊件获得的有效功率为q=ηUIη：有效功率系数在一定条件下η是常数，主要取决于焊接方法、焊接规范、焊接材料和保护方式。（2）电渣焊热效率电渣焊时，由于熔池处于厚大件的中间，热能主要损失于强制焊缝的冷却滑块，热效率可达80%以上。电渣焊易使热影响区过宽，晶粒粗大，焊接接头的性能下降。（3）电子束和激光焊接的热效率他们的特点是能量高度集中，在进行焊接时能量损失较少，热效率可达90%以上3.焊件

6、加热区的热能分布加热区——热源的能量传递给焊件时所通过的焊件表面上的区域（1）活性斑点区带点质点直接轰击直径为dA的斑点区域，电能→热能（2）加热斑点区在直径为dH的区域内，金属受热是通过辐射、对流进行的。加热斑点区的热能分布是不均匀的。加热斑点区的热能分布不均匀：中心高，边缘低。电流不变，电压升高，T减小；电压不变，电流升高，△T增大△二、焊接温度场1.焊接时热作用的特点（1）集中性（2）瞬时性2.焊接传热基本形式（根据传热学基本理论）（1）、热传导再连续介质内部或相互接触的物体之间不发生位移，而仅依靠分子、原子等微观颗粒的热运动而产生的热量传输。（2）、热对流由流体各质点之间的相对

7、位移而引起的热量传输形式。温差、密度自然对流，机械力、电磁力强迫对流。（3）、热辐射由于物体内部原子振动而发出的一种电磁波的能量传递。焊接过程中，热源焊件对流、辐射为主母材、焊条本身热传导为主热传导过程的偏微分方程（根据傅立叶公式和能量守恒定律建立）三维传热二维传热一维传热具体求解时需给出热导体的初始条件与边界条件。初始条件：物体开始导热时的瞬时温度分布边界条件：热导体表面与周围介质间的热交换情况。常见的三