第01讲_材料成型热过程ppt课件.ppt

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1、第一章材料成型热过程第1讲130熔化焊的基本热过程包括：加热熔化和冷却凝固焊接传热过程的共同特点是：(1)热作用的集中性焊接热源集中作用于焊件的接口部位，必然使焊件存在温度梯度，产生热传导过程。焊件上各点在某一瞬时的温度分布，一般称为温度场。焊接过程中，焊件上形成的不均匀的温度场，势必引起不均匀的应力场或应变场、不均匀的组织和性能变化以及焊接变形等问题。1.1焊接热过程的基本特点230(2)热作用的瞬时性焊接热源始终处于以一定速度运动的状态之中，因而对焊件上受到热作用的任一点而言，瞬时所能得到的热能是有限的。在这种情况下，当焊接热

2、源接近焊件上某一点时，传导来的热量将使该点迅速加热升温，随着热源的逐渐远离，则又迅速地从该点导出热量将使该点冷却降温。可见，焊件上受到热影响的任一点可能达到的峰值温度必然是有限度的。实际上，焊件上的传热过程是一种准稳态的过程。在这种条件下所发生的各种冶金学的变化，是不容易达到平衡状态的。330焊接热过程的特点，决定了焊接传热问题的复杂性。到目前为止，还难以控制焊接传热的多变因素，对于某些传热过程的数学计算还缺少简便、可靠的方法。但是，焊接热过程将影响焊接时的物理化学冶金反应；影响焊接接头的固态相变；影响焊接接头的应力应变；影响焊接

3、接头的质量。所以，深入研究和掌握焊接传热过程的特点及其变化规律，有很重要的意义。4301.2焊接温度场1.2.1焊接传热的基本方式焊接时，由于焊件局部受热致使焊件本身出现很大的温度差。因此，在焊件内部以及焊件与周围介质之间必然发生热能的流动。根据传热学的理论，热能传递的基本方式是传导、对流、辐射。在电弧焊条件下，热能由热源传给焊件，主要是以辐射和对流为主；母材和焊条获得热能之后则以传导为主向金属内部传递热能。焊接传热过程所研究的内容主要是：焊件上的温度分布及其随时间的温度变化问题，因此，研究焊接温度场，是以热传导为主，适当考虑辐射

4、和对流的作用。5301.2.2焊接温度场的一般特征及类型焊接温度场是指焊件上(包括内部)各点在某一瞬时温度的分布，其数学表达式为：（1-1）式中：T——为焊件上某一点在某一瞬时的温度；x,y,z——为焊件上某点的空间坐标；t——为时间。即温度场中各点的温度是其空间座标（x，y，z）和时间t的函数。只要求出相应的函数关系式，即可通过理论计算来确定焊接温度场的形状和它的变化规律。630一、温度场的一般特征温度场可以用等温线或等温面来表示。等温线或等温面：就是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。一般特征：（1）各等

5、温线或等温面彼此不能相交，即它们是一单值函数；（2）在致密的连续物体中，等温线或等温面也是连续的；（3）各等温线或等温面之间存在温度差。单位距离间的温度差称为温度梯度；730（4）温度场的迭加原理。当有二个以上温度场同时作用于同一物体时，由于温度场是一标量场，故可以用简单迭加原理得到各个温度场的综合作用结果。温度场的迭加性对于分析焊接温度场特别有用。例如：对于连续移动热源所形成的温度场(这是焊接时的一般情况)，可以看作是许多瞬时固定热源在不同位置、不同时间形成的温度场综合作用的结果，从而使问题得以简化。在分析多层焊和焊前预热的焊接

6、温度场时也要用迭加原理。830二、温度场的类型根据焊件上各点温度与时间的关系，可分为：（1）稳定温度场焊件上各点的温度不随时间而变化，即温度场只与焊件各点的位置有关。例如：将一个恒定功率的热源作用于工件上某一点固定不移动，经过一段时间后，即形成了稳定温度场，在焊接中相当于定位点固焊或补焊情况。930（2）非稳定温度场焊件上各点的温度随时间而变化。大多数焊接温度场均属于非稳定温度场。当一恒定功率的固定热源开始作用于焊件上一段时间内，由于热传播尚未达到饱和状态，焊件上各点温度在不断升高，此时是非稳定温度场。另外，恒定功率的连续移动热源

7、形成的温度场也是非稳定温度场。1030（3）准稳定温度场①当热源功率不变，在焊接过程进行了一个阶段之后，焊件传热达到了饱和状态，就形成了暂时稳定的温度场。例如固定热源在补焊缺陷时就会出现这种情况。②对于正常焊接条件下的移动热源，在经过一定时间以后，焊件上也会形成准稳定温度场。这时焊件上各点的温度虽然随时间而变化，但各点温度能跟随热源一起移动。11301.2.3热传导的基础方程一、傅里叶定律热总是从物体的高温部位向低温部位流动，同时服从傅里叶定律。即在沿法线方向单位面积、单位时间内所流过的热量与温度梯度成正比，其数学表达式为：(1-

8、2)式中：q——热流，即单位时间单位面积上传递的热量。热流是矢量，矢量方向是最大热流方向；λ——导热系数，J/(cm·s·℃)，决定于材料的性质，表示一定物质的导热能力，其值可因温度而异，且不同材料的λ值随温度变化的特性也不相同。1230在均质材料