焊接冶金學(xué)-基本原理

30三月2024焊接冶金學(xué)——基本原理傳熱學(xué)傳熱學(xué)是研究熱量傳遞規(guī)律的一門科學(xué)。熱傳遞：熱傳導(dǎo)、對流和熱輻射許多學(xué)科都涉及到傳熱學(xué)的問題！焊接傳熱對焊接接頭形成過程中冶金過程、固態(tài)相變、組織性能和應(yīng)力變形等均有重要影響！焊接傳熱的形式：熱傳導(dǎo)為主，考慮輻射和對流的作用。焊接傳熱過程研究內(nèi)容：主要是焊件上的溫度分布及其隨時間的溫度變化問題。

1.1焊接過程分析焊接過程熱源加熱→熔化→冶金反應(yīng)→結(jié)晶→固態(tài)相變→接頭（冷卻而形成）焊接熱過程的特點局部性——加熱和冷卻過程極不均勻瞬時性——1800K/s熱源是運動的焊接傳熱過程的復(fù)合性加熱過程冷卻過程1.2焊接熱源weldingheatsource

實現(xiàn)金屬焊接所需的能量熱能機械能焊接熱源的特點：能量密度高度集中；快速實現(xiàn)焊接過程；保證得到高質(zhì)量的焊縫和最小的焊接熱影響區(qū)。熔焊1.2焊接熱源weldingheatsource

焊接熱源的種類-電弧熱氣體介質(zhì)中的電弧放電化學(xué)熱可燃?xì)怏w電阻熱電阻焊、電渣焊高頻感應(yīng)熱磁性的金屬高頻感應(yīng)產(chǎn)生二次電流作為熱源摩擦熱機械高速摩擦電子束高速運動的電子轟擊等離子焰電弧或高頻放電—離子流激光束激光聚焦?新焊接能源？！?。?！1.2焊接熱源weldingheatsource點熱源（三維）pointheatsource厚大焊件焊接線熱源（二維）linearheatsource薄板焊接面熱源（一維）planeheatsource細(xì)棒磨擦焊

1.2焊接熱源weldingheatsource熱源在焊件上的分布熱流密度的分布q:電弧的有效功率qm:加熱斑點中心的最大比熱流dH:回執(zhí)斑點直徑加熱斑點的比熱流分布---立體高斯錐體1.2焊接熱源weldingheatsource焊接熱效率電弧功率電弧有效熱功率熱效率焊接方法η焊條電弧焊0.77～0.87埋弧焊0.77～0.90電渣焊0.83電子束及激光束>0.9TIG焊0.68～0.85MIG焊鋼0.66～0.69鋁0.70～0.851.3焊接溫度場fieldofweldtemperature狹義定義：某瞬時工件上各點的溫度分布某個熱流密度的熱源以恒定的速度沿x軸移動，熱源周圍的溫度分布即“焊接溫度場”vtO’Oy’yz’zx焊件上各點瞬時溫度分布的溫度場對分析焊接傳熱過程,焊接物理冶金過程和焊接化學(xué)冶金過程至關(guān)重要。1.3焊接溫度場fieldofweldtemperature焊條電弧焊時，焊接電弧做為熱源，對焊條和母材進行加熱在焊接熱源作用下，母材上所形成的具有一定幾何形狀的液態(tài)金屬部分稱為熔池焊接熔池形狀示意圖1.3焊接溫度場fieldofweldtemperature焊接熔池表面積內(nèi)部的流體流動模式…商業(yè)軟件：ABAQUS,ANSYS,FLUENT,MARC,PHOENIX,ADINA,SYSWELD,…..1.3焊接溫度場fieldofweldtemperature等溫線等溫線不可能相交等溫線、等溫面之間有溫差大?。簻囟忍荻确较颍捍怪庇诘葴孛婧缚p1.3焊接溫度場fieldofweldtemperature隨著熱源的移動，熔池沿焊接方向作同步移動熔池前部母材不斷地熔化熔池尾部熔池金屬不斷凝固，溫度逐漸降低熔池溫度分布1-熔池中部2-熔池前部3-熔池尾部1.3焊接溫度場fieldofweldtemperature坐標(biāo)示意圖xoy面上沿x軸的溫度分布xoy面上的等溫線yoz面上沿y軸的溫度分布yoz面上的等溫線板厚25mm低碳鋼焊件厚大焊件上點狀移動熱源的溫度場1.3焊接溫度場fieldofweldtemperature典型焊接溫度場穩(wěn)定溫度場不穩(wěn)定溫度場——常態(tài)一維溫度場二維溫度場三維溫度場焊接溫度場的影響因素?zé)嵩吹男再|(zhì)焊接工藝參數(shù)被焊金屬的熱物理性質(zhì)焊件的板厚及形狀1.3焊接溫度場fieldofweldtemperature熱輸入量q=常數(shù)，熱源移動速度v對溫度場的影響熱源移動速度v增加熱源功率q保持為常數(shù)時隨焊接速度v的增加等溫線的范圍變小溫度場的寬度和長度均變小寬度顯著變小所以，等溫線的形狀變得細(xì)長影響因素1.3焊接溫度場fieldofweldtemperature熱源移動速度v=常數(shù)，熱輸入量q對溫度場的影響熱源功率q增加熱源移動速度v保持為常數(shù)時隨熱源功率q的增加等溫線在焊縫橫向變窄等溫線在焊縫方向伸長影響因素?zé)嵩匆苿铀俣葀熱源功率q增加1.3焊接溫度場fieldofweldtemperatureq/v=常數(shù)，熱輸入量及熱源移動速度等比例變化時對溫度場的影響q/v保持為常數(shù)時同比例改變q和v等溫線拉長溫度場范圍拉長影響因素1.3焊接溫度場fieldofweldtemperature在相同熱功率、熱源移動速度和相同板厚條件下不同材料板上移動線熱源周圍的溫度場影響因素1.4焊接熱循環(huán)

weldthermalcycle焊接熱循環(huán)在焊接過程中熱源沿焊件移動時，焊件上某點的溫度隨時間由低而高，達到最大值后又由高而低的變化描述焊接熱源對被焊金屬的熱作用過程1.4焊接熱循環(huán)

weldthermalcycle焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)加熱速度加熱的最高溫度在相變溫度以上的停留時間冷卻速度或冷卻時間焊接熱循環(huán)的參數(shù)1.4焊接熱循環(huán)

weldthermalcycle焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)加熱速度加熱速度受許多因素影響：不同的焊接方法不同的被焊金屬不同厚度不同焊接熱輸入等加熱速度方面的研究還不夠充分特別是新工藝、如真空電子束焊接等數(shù)據(jù)很缺乏1.4焊接熱循環(huán)

weldthermalcycle焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)加熱的最高溫度據(jù)焊縫遠(yuǎn)近不同的各點，加熱的最高溫度不同1.4焊接熱循環(huán)

weldthermalcycle焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)在相變溫度以上的停留時間1.4焊接熱循環(huán)

weldthermalcycle焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)冷卻速度或冷卻時間—決定熱影響區(qū)組織性能指焊件上某點熱循環(huán)的冷卻過程中某一瞬時溫度的冷卻速度為了便于測量和分析比較，采用800～500oC的冷卻時間來代替瞬時冷卻速度，因為這一溫度區(qū)間是相變的主要溫度范圍1.4焊接熱循環(huán)

weldthermalcycle焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)冷卻時間從800oC冷卻到500oC時所用時間碳鋼、不易淬火的低合金鋼從800oC冷卻到300oC時所用時間易淬火的低合金鋼(馬氏體相變點300oC左右)從高溫冷卻到100oC時所用時