西安工大焊接冶金学基本原理-第1章 焊接热过程

1、西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理主讲主讲: : 张文兴张文兴西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程内容：内容： 1.1焊接热源及加热焊接热源及加热 1.1.11.1.1焊接热源的种类及特点焊接热源的种类及特点 1.1.21.1.2熔焊加热的特点熔焊加热的特点 1.1.

2、31.1.3焊接接头形成焊接接头形成 1.2 焊接温度场焊接温度场 1.3焊接热循环焊接热循环第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程 西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程1.11.1焊接热源及加热焊接热源及加热1.1.1 1.1.1 焊接热源的种类及特点焊接热源的种类及特点十九世纪十九世纪8080年代发现碳弧焊；年代发现碳弧焊；18911891年金属极电弧焊；年金属极电弧焊；二十世纪初薄皮焊条电弧焊和氧乙炔气焊；二十世纪初薄皮焊条电弧焊和氧乙炔气焊；3030年代，厚皮焊条

3、电弧焊、氢原子焊、氦气保护焊；年代，厚皮焊条电弧焊、氢原子焊、氦气保护焊；4040年代，埋弧焊和电阻焊；年代，埋弧焊和电阻焊；5050年代，年代，COCO2 2气体保护焊和电渣焊；气体保护焊和电渣焊；6060年代，电子束焊和等离子弧焊与切割；年代，电子束焊和等离子弧焊与切割；7070年代，激光焊焊接与切割；年代，激光焊焊接与切割；8080年代，逐步完善电子束焊接和激光焊接工程；年代，逐步完善电子束焊接和激光焊接工程；9090年代，寻找新能源，如太阳能、微波等。年代，寻找新能源，如太阳能、微波等。西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemica

4、l Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程焊接热源的种类：焊接热源的种类：电弧热：电弧热：利用气体介质中的电弧放电过程所产生的热能作为热源利用气体介质中的电弧放电过程所产生的热能作为热源（电弧焊、氩弧焊、埋弧焊等）（电弧焊、氩弧焊、埋弧焊等）化学热：化学热：利用可燃气体（液化气、乙炔）或铝、镁热剂与氧或氧利用可燃气体（液化气、乙炔）或铝、镁热剂与氧或氧化物发生强烈反应时所产生的热能作为热源（气焊、热剂焊）化物发生强烈反应时所产生的热能作为热源（气焊、热剂焊）电阻热：电阻热：利用电流通过源（手工导体及其界面时所产生的电阻热利用电流通过源（手工导体及其界面时所产生的电阻热作为焊

5、接热源（电阻焊和电渣焊）作为焊接热源（电阻焊和电渣焊）摩擦热摩擦热：由机械高速摩擦所产生的热能作为热源（摩擦焊、搅拌：由机械高速摩擦所产生的热能作为热源（摩擦焊、搅拌摩擦焊）摩擦焊）电子束：电子束：在真空中利用高压下高速运动的电子猛烈轰击金数局部在真空中利用高压下高速运动的电子猛烈轰击金数局部表面，使动能转换为热能（电子束焊）表面，使动能转换为热能（电子束焊）激光束激光束：利用受激辐射而增强的光，经聚焦产生能量高度集中的：利用受激辐射而增强的光，经聚焦产生能量高度集中的激光束作为热源（激光焊接与切割）激光束作为热源（激光焊接与切割）西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of M

6、aterial and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程各种各种( (熔化焊熔化焊) )热源的特性热源的特性热 源最小加热面积cm2最大功率密度W.cm-2温度乙炔火焰10-22 1033200 电渣焊10-21042000金属极电弧10-31046000K钨极氩弧焊（TIG）10-31.5 1048000K埋弧焊10-32 1046400K熔化极氩弧焊(MIG)10-4104 105CO2气体保护焊10-4104 105等离子焰10-51.5 10518000K 24000K电子束10-7107 109激光束10-8107 109西安工业大学西安工

7、业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程焊接热源及焊接方法示例一焊接热源及焊接方法示例一(熔化极气体保护焊)西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程焊接热源及焊接方法示例二焊接热源及焊接方法示例二 双丝焊（熔化极气体保护焊）双丝焊（熔化极气体保护焊）西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineerin

8、g第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程焊接热源及焊接方法实例三焊接热源及焊接方法实例三搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊 Friction Stir WeldingFriction Stir Welding（FSWFSW）焊缝焊缝搅拌肩搅拌肩搅拌头搅拌头搅拌针搅拌针工件工件西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程搅拌摩擦焊原理搅拌摩擦焊原理 The Principle of Friction Stir Welding西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Materi

9、al and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程焊接过程纵剖面示意搅拌摩擦焊原理搅拌摩擦焊原理 The Principle of Friction Stir Welding焊接方向焊接方向旋转方向旋转方向西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程焊接过程顶示图(Plan view of FSW ) 搅拌摩擦焊原理 The Principle of Friction Stir Welding西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院Sch

10、ool of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程焊缝顶视图焊缝顶视图搅拌摩擦焊原理搅拌摩擦焊原理 The Principle of Friction Stir Welding焊接焊接方向方向5083 5083 铝合金铝合金西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程电弧+激光焊 热源发展趋势热源发展趋势 焊接技术逐步向焊接技术逐步向高效率、高质量、高效率、高质量、低成本、自动化、低消耗方低成本、自动化、低消耗方

11、向发展。向发展。 焊接热源要焊接热源要能量高度集中能量高度集中，快速实，快速实现焊接过程，并保证得到致密而强现焊接过程，并保证得到致密而强韧的焊缝和热影响区。韧的焊缝和热影响区。西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程 面热源假设面热源假设 （1 1） 活性斑点活性斑点 dA A （2 2） 加热斑点加热斑点 dH H1. 1. 焊件上加热区的热量分布（以电弧为例）焊件上加热区的热量分布（以电弧为例）电电源源U IU I1.1.2 熔焊加热的特点（解决什么问题？）熔焊加热的

12、特点（解决什么问题？）西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程)exp()(2Krqrqmq(r)-A点的比热流（点的比热流（w/m2）;qm加热斑点中心的最大比热流（加热斑点中心的最大比热流（ w/m2 ）;K热能集中系数热能集中系数(m-2);rA点距加热斑点的距离（点距加热斑点的距离（m）。）。 比热流比热流服从服从Gaussian Gaussian 分布分布(1-1)(1-1)比热流（热流密度）：单位时间比热流（热流密度）：单位时间内通过内通过单位面积单位面积提供给

13、焊件的提供给焊件的热能热能。西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程2KrmmF0Pq(r) dFq e2 rdrqK mqP(1-2)高斯曲线下面所覆盖的全部高斯曲线下面所覆盖的全部热功率（热功率（P P）为：为：K K值说明热流集中的程度。焊条电弧焊：值说明热流集中的程度。焊条电弧焊：1.2-1.41.2-1.4；埋弧焊：；埋弧焊：6.06.0；TIGTIG焊：焊：3.0-7.03.0-7.0电电源源U IU I西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of

14、 Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程直流TIG焊时的热能集中系数与焊接电流的关系直流TIG焊弧长对热能集中系数西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程2 2 焊接热效率焊接热效率 在电弧焊接过程中，在电弧焊接过程中，电弧功率电弧功率，即：电弧在单位时间内放出的热量，即：电弧在单位时间内放出的热量为：为：P P0 0=UI (W)=UI (W)，U-U-电弧电压（电弧电压（V V），），I-I-焊接电流焊接电

15、流(A)(A) 电弧电弧有效热功率有效热功率P=P=P P0 0= =UIUI， -热效率热效率（加热功率的有效系数）（加热功率的有效系数）P=P=UI=UI=P P0 0西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程焊接热效率焊接热效率焊接方法焊条电弧焊埋弧焊电渣焊电子束 激光焊钨极氩弧焊熔化极气体保护焊0.77-0.870.77-0.900.830.900.900.68-0.85 钢：0.66-0.69(铝：0.70-0.85)西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院Scho

16、ol of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程以熔化焊为例，焊接过以熔化焊为例，焊接过程经过了程经过了加热加热熔化熔化冶金反应冶金反应结晶结晶固态固态相变相变接头接头。1 1焊接热过程：焊接热过程： 在焊接过程中，在焊接过程中，被焊金属由于热的输入被焊金属由于热的输入和传播，而经历加热、和传播，而经历加热、熔化（或达到热塑性状熔化（或达到热塑性状态）、冷却，称之为焊态）、冷却，称之为焊接热过程。接热过程。1.1.3、焊接接头形成、焊接接头形成西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and

17、Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程焊接热过程的特点焊接热过程的特点 焊接热过程的焊接热过程的局部集中性局部集中性局部加热到熔化状态；局部加热到熔化状态； 焊接热过程的焊接热过程的瞬时性瞬时性加加热速度极快、冷却速度极热速度极快、冷却速度极快；快； 焊接焊接热源的运动性热源的运动性边焊边焊接边加热边冷却，准稳态接边加热边冷却，准稳态过程。过程。西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程Fe-Fe3C 相图相图西安工业大学西安工业大学材材

18、化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程焊接热过程的作用焊接热过程的作用热量大小和分布状态决定了熔池的形状和尺寸热量大小和分布状态决定了熔池的形状和尺寸(圆？椭圆？圆？椭圆？)决定了焊接熔池进行决定了焊接熔池进行冶金反应的程度冶金反应的程度影响影响熔池金属凝固、相变过程熔池金属凝固、相变过程不均匀的加热和冷却，造成不均匀的应力状态不均匀的加热和冷却，造成不均匀的应力状态冶金、应力和被焊金属组织的共同影响，可能产生各种冶金、应力和被焊金属组织的共同影响，可能产生各种焊接焊接裂纹和其他缺陷裂纹和其他缺陷影

19、响影响热影响区金属的组织的转变和性能的变热影响区金属的组织的转变和性能的变化化决定母材和焊材的熔化速度，因而影响焊接生产率决定母材和焊材的熔化速度，因而影响焊接生产率西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程2 2、焊接化学冶金过程、焊接化学冶金过程 熔化金属、熔渣、气相进行系列的化学冶金反应。熔化金属、熔渣、气相进行系列的化学冶金反应。3 3、焊接时金属凝固结晶和相变（包括焊缝及、焊接时金属凝固结晶和相变（包括焊缝及HAZ)HAZ)过程过程4 4、焊接接头的特征、焊接接头的

20、特征接头的质量包括焊缝、热影响区与熔合区。接头的质量包括焊缝、热影响区与熔合区。西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程内容：内容： 1.1焊接热源及加热焊接热源及加热1.2 焊接温度场焊接温度场 1.2.1 1.2.1 焊接传热基本方式焊接传热基本方式1.2.21.2.2、焊接温度场的一般特征、焊接温度场的一般特

21、征1.2.31.2.3、影响温度场的因素、影响温度场的因素1.3焊接热循环焊接热循环第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程 西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程1.2.1 1.2.1 焊接传热基本方式焊接传热基本方式（1 1） 对流对流 与辐射与辐射（2 2） 热传导热传导 （主要研究对象）（主要研究对象）1.2 1.2 焊接温度场焊接温度场热源热源温度场温度场热循环热循环西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemica

22、l Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程1.2.21.2.2、焊接温度场的一般特征、焊接温度场的一般特征定义：焊件上某一瞬时各点温度的分布称温度场定义：焊件上某一瞬时各点温度的分布称温度场Tf (x, y, z, t)T T某点温度；某点温度；x x、y y、z z 某点空间坐标；某点空间坐标；t t 时间时间西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程 等温线或等温面等温线或等温面：就是把焊件上瞬时温度相同的各点连：就是把焊件上瞬时温度相同的各点连在一起

23、成为一条线或一个面。在一起成为一条线或一个面。 焊接温度场可用等温线焊接温度场可用等温线或等温面表示，各个等温线或等温面彼此不相交，其间或等温面表示，各个等温线或等温面彼此不相交，其间存在温度差，用存在温度差，用温度梯度温度梯度表示。表示。焊缝西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程STSTTLimS021 温度梯度：温度梯度： 方向垂直于等温面或等温线，方向垂直于等温面或等温线，即法线方向即法线方向西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Materia

24、l and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程稳定温度场：稳定温度场：当焊件上温度场各点的温度不随时间而变化。当焊件上温度场各点的温度不随时间而变化。不稳定温度场：不稳定温度场：当焊件上温度场各点的温度随时间而变化。当焊件上温度场各点的温度随时间而变化。准稳定温度场：准稳定温度场：当一个具有恒定功率的焊接热源固定作用在焊当一个具有恒定功率的焊接热源固定作用在焊件上，开始一段时间内，温度场是不稳定的，但经过相当一件上，开始一段时间内，温度场是不稳定的，但经过相当一段时间后，便达到了饱和状态，形成暂时稳定的温度场。段时间后，便达到了饱和状态，形成暂时稳定的

25、温度场。典型温度场：典型温度场：西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程根据焊件厚度和尺寸形状，温度场方式分为：根据焊件厚度和尺寸形状，温度场方式分为： 三维温度场，三维传热厚大焊件、三维温度场，三维传热厚大焊件、点热源点热源（x,y,zx,y,z） 二维温度场，二维传热薄板焊件、二维温度场，二维传热薄板焊件、线热源线热源（x,yx,y） 一维温度场，一维传热细棒对接、一维温度场，一维传热细棒对接、面热源面热源（x x）西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School

26、of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程X-Y方向温度场分布/全图西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程三维温度场分布西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程1.2.31.2.3、影响温度场的因素、影响温度场的因素主要因素有：主要因素有：热源种类、焊接规范（热源种类、焊接规范（线能量线

27、能量）、材质热物理性质、）、材质热物理性质、焊件形态。焊件形态。1 1 热源的种类热源的种类热源种类不同，焊接时温度场分布就不同。热源种类不同，焊接时温度场分布就不同。 例如：例如： 电子束焊接时，热能极其集中，温度场范围小。电子束焊接时，热能极其集中，温度场范围小。 气焊时，加热面积大，温度场范围很大。气焊时，加热面积大，温度场范围很大。西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程2 2、焊接规范（焊接线能量）、焊接规范（焊接线能量）热输入量热输入量q q= =常数，常数，热

28、源移动速度热源移动速度v v对温度场的影响对温度场的影响热源移动速度热源移动速度v v增加增加热源功率热源功率q q保持为常数时保持为常数时随焊接速度随焊接速度v v的增加的增加等温线等温线的宽度和长度均变小的宽度和长度均变小温度场范围减小温度场范围减小西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程热源移动速度热源移动速度v=常数，常数，热输入量热输入量q对温度场的影响对温度场的影响热源功率热源功率q增加增加热源移动速度热源移动速度v保持为常数时保持为常数时随热源功率随热源功率q

29、的增加的增加等温线在焊缝横向变宽等温线在焊缝横向变宽等温线在焊缝方向伸长等温线在焊缝方向伸长温度场范围变大温度场范围变大西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程热源移动速度热源移动速度v热源功率热源功率q增加增加q/v=常数，热输入量及热源移动速度常数，热输入量及热源移动速度等比例变化时对温度场的影响等比例变化时对温度场的影响q/v保持为常数时保持为常数时同比例改变同比例改变q和和v等温线拉长，变宽等温线拉长，变宽温度场范围拉长温度场范围拉长 焊接线能量焊接线能量西安工业大

30、学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程3 3、被焊材质热物理性质、被焊材质热物理性质1 1） 热导率（热导率（ ） 是在单位时间内，单位距离沿法线方向相差是在单位时间内，单位距离沿法线方向相差11时，时，经过单位面积所传播的热能，数学表达式：经过单位面积所传播的热能，数学表达式：dQdAdt(TS) 西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程热导率热导率随金属的成

31、分、随金属的成分、组织和温度的不同而改变。组织和温度的不同而改变。西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程2 2）比热容（）比热容（c c ） 一克物质每升高一克物质每升高11所需的热能称为比热容。所需的热能称为比热容。3 3）容积比热容（）容积比热容（c c） 单位体积的物质每升高单位体积的物质每升高11所需的热能称为容积比热容。所需的热能称为容积比热容。4 4）热扩散率（）热扩散率（a a ） 表示温度传播的速度，与导热系数表示温度传播的速度，与导热系数成正比，与容积比

32、热容成正比，与容积比热容c c 成反比，即成反比，即a = a = / c/ c 。5 5）比热焓（）比热焓（s s ） 一克物质从一克物质从 0 0 加热到加热到T T 时所吸收的热能。时所吸收的热能。6 6）表面散热系数（）表面散热系数（a a） 散热体表面与周围介质每相差散热体表面与周围介质每相差 11时，通过单位面积在单时，通过单位面积在单位时间内所散失的热能。位时间内所散失的热能。这些物理性质这些物理性质 往往随温度变化而变化，对焊接温度场研究带往往随温度变化而变化，对焊接温度场研究带来困难。来困难。T=fT=f（x,y,z,t)x,y,z,t)西安工业大学西安工业大学材材化化学院学

33、院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程表表 某些金属热物理常数的平均值某些金属热物理常数的平均值热物理常数单位焊接条件下选取的平均值低碳钢不锈钢铝紫铜W/(cm)0.3780.5040.1680.3362.653.78cJ/(g )0.6520.7560.420.501.031.22cJ/(cm3 )4.835.463.364.22.633.99a= / ccm2/s0.070.100.050.071.00.95sJ/g1331.4aJ/(cm2s )(0.6337.8.) 10-3西安工业大学西安工业大学材

34、材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程在相同热功率、热源移动速度和相同板厚条件下在相同热功率、热源移动速度和相同板厚条件下不同材料板上移动线热源周围的温度场不同材料板上移动线热源周围的温度场西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程内容：内容： 1.1 焊接热源及加热焊接热源及加热 1.2 焊接温度场焊接温度场 1.3 焊接热循环焊接热循环 1.3.1 1.3.1 焊接热循环（焊

35、接热循环（4 4个）主要参数个）主要参数 1.3.2 1.3.2 研究焊接热循环的意义研究焊接热循环的意义 1.3.3 1.3.3 焊接热循环特点焊接热循环特点 1.3.4 1.3.4 多层焊焊接热循环多层焊焊接热循环第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程 西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程1.3 1.3 焊接热循环焊接热循环定义：定义：在焊接过程在焊接过程中热源沿焊件移中热源沿焊件移动时动时 ，焊件上某，焊件上某点的温度是点的温度是随时随时间间由低而高达到由低而高达到

36、最大值后，又由最大值后，又由高而低的变化，高而低的变化，称焊接热循环。称焊接热循环。（特殊的热处理）（特殊的热处理）图：距焊缝不同距离各点热循环西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程焊接是一个焊接是一个不均匀不均匀加热和冷却过程，加热和冷却过程，这种过程必然会为这种过程必然会为焊件造成焊件造成不均匀的不均匀的组织和不均匀的性组织和不均匀的性能能，同时还能产生，同时还能产生复杂的复杂的应力和应变应力和应变，增加了研究焊接过增加了研究焊接过程的复杂性。程的复杂性。西安工业大学

37、西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程焊接方法不同，焊接热循环曲线也发生较大变化焊接方法不同，焊接热循环曲线也发生较大变化西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程1.3.2 1.3.2 焊接热循环特点焊接热循环特点1 1、加热的温度高、加热的温度高 热处理：热处理：ACAC3 3以上以上100-200100-200，例如，例如4545号钢号钢ACAC3 3：770

38、 770 焊接近缝区：接近熔点，钢的熔点焊接近缝区：接近熔点，钢的熔点( (固相线）固相线）1350 1350 2 2、加热的速度快、加热的速度快比热处理快几十倍甚至上百倍。比热处理快几十倍甚至上百倍。3 3、高温停留时间短、高温停留时间短手工电弧焊：手工电弧焊：4-20S4-20S，埋弧焊：，埋弧焊：20-100S20-100S。4 4、自然条件下连续冷却、自然条件下连续冷却5 5、局部加热、局部加热，顺序加热，组织转变在应力下进行，顺序加热，组织转变在应力下进行西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第

39、1 1章章 焊接热过程焊接热过程1.3.21.3.2焊接热循环（焊接热循环（4 4个）主要参数个）主要参数1.1.加热速度加热速度 ( (H H) ) 焊接加热速度比热处焊接加热速度比热处理加热速度要理加热速度要快的多快的多，因，因此，随加热速度的提高，此，随加热速度的提高，相变温度也随之提高，奥相变温度也随之提高，奥氏体均质化和碳化物的溶氏体均质化和碳化物的溶解过程也随加热速度的提解过程也随加热速度的提高而不充分，必然响在冷高而不充分，必然响在冷却过程中热影响区的组织却过程中热影响区的组织转变及其性能。转变及其性能。影响因素：焊接方法、材质、影响因素：焊接方法、材质、厚度以及不同焊接线能量厚

40、度以及不同焊接线能量西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程2.2.加热的最高温度加热的最高温度 (T(Tm m) ) 距焊缝远近不同的各点，距焊缝远近不同的各点，加热的最高温度不同。加热的最高温度不同。影响组织和性能影响组织和性能。如：。如：焊接低碳钢时，焊缝附焊接低碳钢时，焊缝附近处于近处于11001100以上的各以上的各点点( (熔合线和过热区熔合线和过热区) )，由于高温而使金属晶粒由于高温而使金属晶粒发生严重长大，促使塑发生严重长大，促使塑性降低。性降低。西安工业

41、大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程3.3.在相变温度以上的停在相变温度以上的停留时间留时间 (t(tH H) ) 在相变温度以上的停在相变温度以上的停留时间越长越有利于奥氏留时间越长越有利于奥氏体的均质化过程，增加奥体的均质化过程，增加奥氏体的稳定性。然而，当氏体的稳定性。然而，当温度过高时，即使停留时温度过高时，即使停留时间不长，也会产生严重的间不长，也会产生严重的晶粒长大。晶粒长大。 为便于研究，可把为便于研究，可把t tH H分为加热阶段的停留时间分为加热阶段的停留时间

42、t t和冷却阶段的停留时间和冷却阶段的停留时间t t”， 所以所以 t tH H=t=t+t+t”。西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程4. 4. 冷却速度冷却速度c c ( ( 或冷却时间或冷却时间t t 8/58/5、 t t 8/38/3、 t t100100) ) 是决定热是决定热HAZHAZ组织性能最组织性能最重要的参数之一，对于低合重要的参数之一，对于低合金钢来讲，主要是熔合线金钢来讲，主要是熔合线(1350)(1350)冷却过程中约在冷却过程中约在5405

43、40左右的冷却速度。左右的冷却速度。 便于比较便于比较, ,现采用某一温现采用某一温度范围内的冷却时间来表征，度范围内的冷却时间来表征，如如800800500500的冷却时间的冷却时间t t 8/58/5来代替瞬时冷却速度。来代替瞬时冷却速度。及及t t8/38/3、t t100100等等西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程单层电弧焊低合金钢时近缝区热循环参数板厚/mm焊接方法焊接热输入/J.cm-1900时的加热速度/ .s-1加热时900 以上停留时间，/s冷却时9

44、00 以上停留时间，/s900 冷却速度/ .s-1540 冷却速度/ .s-11TIG84017000.41.2240602TIG168012000.61.8120303SAW37807002.05.554125SAW71404002.5740910SAW 2004.01322515SAW420001009.0229225SAW1050006025.07551西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程1.3.31.3.3研究焊接热循环的研究焊接热循环的意义意义(1)(1)找

45、出最佳的焊接热循环找出最佳的焊接热循环 不同的金属材料对焊接热循环不同的金属材料对焊接热循环的敏感性不同，而焊接热循环的敏感性不同，而焊接热循环的影响因素又可作适当的调整，的影响因素又可作适当的调整，就可找出适合某种金属的最佳就可找出适合某种金属的最佳热循环，从而保证最佳的焊接热循环，从而保证最佳的焊接质量。质量。(2)(2)用工艺手段改善焊接热循环用工艺手段改善焊接热循环 预热、后热、小线能量。预热、后热、小线能量。(3)(3)预测焊接应力分布及改善热影预测焊接应力分布及改善热影响区组织响区组织西安工业大学西安工业大学材材化化学院学院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接热过程焊接热过程1.3.41.3.4多层焊多层焊 焊接热循环焊接热循环 焊接生产中焊接生产中, ,常采用多层焊接，因此，研究多层焊接热循常采用多层焊接，因此，研究多层焊接热循环的传热特点具有更为普遍意义。环的传热特点具有更为普遍意义。 多层焊比起单层焊具有更大的调节范围，它是许多单层多