焊接冶金学ppt课件.ppt

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1、第一章 焊接温度场与熔池形成第一节焊接温度场一、焊件的加热1.对焊接热源的要求(1)能量集中，能实现快速焊接；(2)能形成致密的焊缝和尽可能小的热影响区.2.焊接的加热过程焊接电弧→（辐射、对流）→工件→（传导）→工件(1)焊接过程的热效率焊接电弧单位时间内产热能：Q0=IU(J/s)单位时间内进入工件中的热能：Q工件=ηIU(J/s)η为热效率——加热功率的有效系数仅指焊件所能吸收到的热能损失的热能：光热辐射、对流、金属蒸发、飞溅.在一定条件下η为一常数.主要取决于热源、焊法、焊材、母材性质及尺寸.1-1(2)焊接热能通过一定的作用面积（加热区）进入工件图1-23.焊件上加热区的热

2、能分布(1)活性斑点区活性斑点区是带电质点（电子和离子）集中轰击的部位，并把电能转为热能，该斑点的直径为dA.(2)加热斑点区加热斑点区焊件受热是通过电弧的辐射和周围介质的对流进行的.加热斑点的直径为dH，在该区内热量的分布是不均匀的，中心高，边缘低，形如立体高斯锥体.焊接热能分布图图1-3加热斑点区的比热流分布为：其中，qm为斑点中心之最大比热流，k为热流集中系数，r为任意点距中心点的距离.上式用于计算：a.加热区内任意点的比热流qr;b.电弧的全部有效热能：c.由此式还可以求出：2)(krmeqrq-=二、焊接温度场1.焊接温度场：(1)定义：某瞬时，焊件上的温度分布称为“焊接温

3、度场”.表示式：T=f(x,y,z,t)式中：T—焊件上某点某瞬时的温度；t—时间；(x,y,z)—焊件上某点的空间坐标.(2)表示方法：等温线（等温面）——把焊件上瞬时温度相同的各点连接在一起，成为一条线或一个面.1-42.准稳定温度场稳定温度场：焊件上各点的温度不随时间而变动.非稳定温度场：焊接温度场各点的温度随时间而变动.准稳定温度场：恒定功率的热源固定作用在焊件上时，开始一段时间内，温度是非稳定的；但经过一段时间之后便达到了饱和状态，形成了暂时稳定的温度场.焊接温度场是准稳定温度场3.焊接温度场分类取决于工件尺寸和热源性质1）三维温度场厚大焊件的表面堆焊，三维传

4、热，点热源T=f(x,y,z,t)2）二维温度场一次可焊透的薄板，二维传热，线热源T=f(x,y,t)3）一维温度场细棒的电阻焊对接、焊条或焊丝的加热，一维传热，面/体热源T=f(z,t)1-5——在焊接速度一定的条件下，在某时刻t，焊件上某点的温度只与该点距离电弧中央的位置有关，而与该点在焊件上的位置无关.焊接温度场属于准稳定温度场焊接轴线上：r0=0,则：假设焊接速度为V，则x=-Vt，代入上式得：根据焊接传热理论，焊件上某点的温度随时间的变化式：P164(1)厚大件温度场：（点热源）4.焊接温度场描述图1-6(2)薄板件温度场：（线热源）也可得出同样的结论.式中:E——焊接线能

5、量(J/cm)；λ——导热系数{W/(cm℃)}；c——比热容{J/(g℃)}；ρ——密度(g/cm3)；α——热扩散率，α=λ/cρ(cm2/s)；δ——板厚(cm)；r0——厚焊件上某点距离源运行轴线的垂直距离(cm)；y0——薄板上某点距离源运行轴线的垂直距离(mm)；t——热源到达所求点所在截面厚的传热时间(s)。图1-75.影响温度场的因素热源种类、焊接规范、材质物理性质、焊件形态、热源作用时间等.（1）热源种类焊接热源的性质不同，焊接温度场的分布也不同:h>25mm钢板的电弧焊为点热源;h>100mm钢板的电渣焊却认为是线热源.电子束和激光焊时，热能极其集中，温度场范

6、围很小;气焊时，热源作用面积较大，温度场范围也大.（2）焊接规范相同焊接热源，因焊接规范不同，温度场的分布也有很大区别：以h=1cm的低碳钢焊接为例：a.当功率q=常数时，随焊接速度v的增加，等温线的范围变小，且宽度变小较明显，等温线形状变得细长；b.当v=常数时，随q的增大，等温线的范围也随之增大；c.q/v保持定值，同比例改变q和v，则会使等温线拉长，因而使温度场的范围也变大.图1-8（3）被焊金属的物理性质1）导热系数（λ）在单位时间内，单位距离沿法线方向温度相差1℃时，经过单位面积所传播的热能.I.导热系数随金属的化学成分、组织和温度的不同而改变.室温下相差较大，T>

7、800℃时趋于一致.II.在E和h相同的条件下，λ较大的金属的温度场（等温面）较小，而λ较小的金属的温度场（等温面）则较大.2）比热容（c）1克物质每升高1℃所需的热能.3）容积比热容（Cp）单位体积物质每升高1℃所需要的热量.4）热扩散率（α）表示温度传播的速度.5）表面散热系数（α）散热体表面与周围介质每相差1℃，在单位时间内单位面积所散失的热量.各种材料的热物理常数是不同的，特别是λ和Cρ对焊接温度场的分布具有很大影响.图1-9（4）焊件板厚和形状