《材料成型热过程》PPT课件

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1、第一章材料成型热过程第3讲133上讲回顾温度场的影响因素焊接热循环的意义焊接热循环的主要参数2331.3.4临界板厚的意义引进“临界板厚”的概念是确定选用“厚板”还是“薄板”公式。由图1-12的实验结果可知，板厚h对t8/5的影响最为明显。但在线能量及板宽一定的条件下，h增大到某一数值以后，t8/5就不再发生变化而保持恒定。t8/5与h无关，应该属于“半无限大”物体的情况。h对ωc的影响情况也完全类似。图1-12焊件尺寸的影响（长度一定）333因此，如设对冷却速度或冷却时间不发生影响的板厚为临界板厚为临界板厚hc，则可求得hc为：(1-31)或(1-32)433实验

2、证明，由800℃冷却到500℃的平均冷却速度与600℃时的瞬时冷却速度是相当的。实际计算时，可对比实际板厚h与临界板厚hc：若，可以认为属于三维导热“厚板”情况，若，则可认为属于二维导热“薄板”情况。533但计算实例证明，h≈(0.6~0.9)hc时，按二维导热计算或按三维导热计算，均与实际有所出入，即用“厚板”公式所得到的冷却速度值嫌高；用“薄板”式所得的冷却速度值又嫌低。为了处理这一矛盾，认为可随机区分取h/hc=0.75为判据。若h＞0.75hc，应采用“厚板”公式；若h＜0.75hc，可采用“薄板”公式。这样处理，在计算冷却速度时，最大误差不会超过15％。注

3、意：“厚”与“薄”在传热学中并非绝对的概念。633由于hc为E、T0与cρ的函数，因此，E或T0的不同可以使二维导热成为三维导热或者相反，而cρ和λ的取值是也影响到传热计算的结果。实验证明：计算时取λ=0.29J/(cm·s·℃)，cρ=6.7J/(cm3·℃)，计算结果比较更接近实测数值。7331.3.5影响焊接热循环的因素影响焊接热循环的因素有：⑴材质（λ、cρ）⑵接头尺寸形状（δ及坡口形式等）⑶焊接工艺条件（E、T0及其它施焊方式等）。833一、焊接线能量的影响线能量提高时，加热的峰值温度、高温停留时间和冷却时间增大，冷却速度随之降低，如图1-13所示。图1-

4、13焊缝边界与线能量E的关系933焊接方法不同，线能量影响的程度也不一样：当线能量相同时，埋弧焊时冷却速度最慢，手弧焊时冷却速度最快，而氩弧焊和CO2+O2保护焊时，两者的冷却速度基本相同，且均比埋弧焊时的冷却速度要快一些。原因：尽管焊接线能量相同，但不同的焊接方法所选定的焊接电流和焊接速度数值可能相差很大，结果是焊缝尺寸形状及熔深将明显不同，因而也就影响到焊件上的热传播过程。1033实际上，在用同样焊接方法时，即使焊接线能量相同，但电源种类或极性不同时，冷却速度也会有一定的差别。直流反接比交流时冷却速度要小一些。图1-14反映了板厚13mm的焊接试件热影响区的峰值

5、温度分布与E和T0的关系。可见，如果T0相同，E增加将使图中曲线变得平缓，从而使热影响区加宽。图1-14峰值温度分布与E和T0的关系1133二、预热温度的影响从实测结果(图1-15)可见，T0的影响效果完全类似E，提高T0会使HAZ宽度增大；但与线能量相反，提高T0可以显著降低冷却速度，而不会明显影响在峰值温度附近停留的时间。图1-15焊缝边界附近焊接热循环特性与E及T0的关系1233三、接头形式的影响接头形式不同，导热情况就有差异，因而对焊接热循环特性也有影响，图1-16为不同接头形式对冷却速度的影响。从图中可以看出，在相同板厚的情况下，丁字接头的冷却速度要比V形

6、坡口对接接头的冷却速度大1.5倍。图1-16接头形式对t8/5的影响1333四、焊道长度的影响在同样接头形式和焊接条件下，焊道越短其冷却速度越大，如图1-17所示。从图中可以看出，当焊道长度短于40mm时，随着焊道长度变短，其冷却速度急剧增大；并且弧坑的冷却速度最大，约为焊缝中部的2倍，甚至还要比引弧端大20％左右。图1-17焊道长度对ωc的影响1433五、焊接冷却条件的影响焊接时周围环境及冷却条件，如冬季野外施工，不仅影响到焊件的初始温度，也会影响到焊接过程中的传热条件，例如图1-18所示为试板焊接时，放在钢板上和放在石棉板上进行时，其冷却速度明显不同；而焊后冷却

7、到某一温度时，再用石棉覆盖在试板上，其冷却曲线立即拐向，冷却速度明显降低。图1-18试板冷却条件对冷却过程的影响1—钢板垫板2—石棉垫板3—覆盖石棉15331.3.6多层焊的热循环多层焊热循环实际上是单层焊热循环的交替综合作用。在多道焊中开始焊接后一道焊缝时，前一道焊缝所具有的最低温度（或称层间温度），对于后一道焊缝而言，相当于预热温度；后一道焊缝对于前一道焊缝，相当于在焊接热循环条件下的后热处理。在实际生产中，根据情况不同，有长段多层焊和短段多层焊两种情况。1633一、长段多层焊接热循环长段多层焊：就是每道焊缝的长度较长，一般在1m以上，这样在焊完第一层再焊第