焊接冶金学-基本原理

30三月2024焊接冶金学——基本原理传热学传热学是研究热量传递规律的一门科学。热传递：热传导、对流和热辐射许多学科都涉及到传热学的问题！焊接传热对焊接接头形成过程中冶金过程、固态相变、组织性能和应力变形等均有重要影响！焊接传热的形式：热传导为主，考虑辐射和对流的作用。焊接传热过程研究内容：主要是焊件上的温度分布及其随时间的温度变化问题。

1.1焊接过程分析焊接过程热源加热→熔化→冶金反应→结晶→固态相变→接头（冷却而形成）焊接热过程的特点局部性——加热和冷却过程极不均匀瞬时性——1800K/s热源是运动的焊接传热过程的复合性加热过程冷却过程1.2焊接热源weldingheatsource

实现金属焊接所需的能量热能机械能焊接热源的特点：能量密度高度集中；快速实现焊接过程；保证得到高质量的焊缝和最小的焊接热影响区。熔焊1.2焊接热源weldingheatsource

焊接热源的种类-电弧热气体介质中的电弧放电化学热可燃气体电阻热电阻焊、电渣焊高频感应热磁性的金属高频感应产生二次电流作为热源摩擦热机械高速摩擦电子束高速运动的电子轰击等离子焰电弧或高频放电—离子流激光束激光聚焦?新焊接能源？！！！！1.2焊接热源weldingheatsource点热源（三维）pointheatsource厚大焊件焊接线热源（二维）linearheatsource薄板焊接面热源（一维）planeheatsource细棒磨擦焊

1.2焊接热源weldingheatsource热源在焊件上的分布热流密度的分布q:电弧的有效功率qm:加热斑点中心的最大比热流dH:回执斑点直径加热斑点的比热流分布---立体高斯锥体1.2焊接热源weldingheatsource焊接热效率电弧功率电弧有效热功率热效率焊接方法η焊条电弧焊0.77～0.87埋弧焊0.77～0.90电渣焊0.83电子束及激光束>0.9TIG焊0.68～0.85MIG焊钢0.66～0.69铝0.70～0.851.3焊接温度场fieldofweldtemperature狭义定义：某瞬时工件上各点的温度分布某个热流密度的热源以恒定的速度沿x轴移动，热源周围的温度分布即“焊接温度场”vtO’Oy’yz’zx焊件上各点瞬时温度分布的温度场对分析焊接传热过程,焊接物理冶金过程和焊接化学冶金过程至关重要。1.3焊接温度场fieldofweldtemperature焊条电弧焊时，焊接电弧做为热源，对焊条和母材进行加热在焊接热源作用下，母材上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分称为熔池焊接熔池形状示意图1.3焊接温度场fieldofweldtemperature焊接熔池表面积内部的流体流动模式…商业软件：ABAQUS,ANSYS,FLUENT,MARC,PHOENIX,ADINA,SYSWELD,…..1.3焊接温度场fieldofweldtemperature等温线等温线不可能相交等温线、等温面之间有温差大小：温度梯度方向：垂直于等温面焊缝1.3焊接温度场fieldofweldtemperature随着热源的移动，熔池沿焊接方向作同步移动熔池前部母材不断地熔化熔池尾部熔池金属不断凝固，温度逐渐降低熔池温度分布1-熔池中部2-熔池前部3-熔池尾部1.3焊接温度场fieldofweldtemperature坐标示意图xoy面上沿x轴的温度分布xoy面上的等温线yoz面上沿y轴的温度分布yoz面上的等温线板厚25mm低碳钢焊件厚大焊件上点状移动热源的温度场1.3焊接温度场fieldofweldtemperature典型焊接温度场稳定温度场不稳定温度场——常态一维温度场二维温度场三维温度场焊接温度场的影响因素热源的性质焊接工艺参数被焊金属的热物理性质焊件的板厚及形状1.3焊接温度场fieldofweldtemperature热输入量q=常数，热源移动速度v对温度场的影响热源移动速度v增加热源功率q保持为常数时随焊接速度v的增加等温线的范围变小温度场的宽度和长度均变小宽度显著变小所以，等温线的形状变得细长影响因素1.3焊接温度场fieldofweldtemperature热源移动速度v=常数，热输入量q对温度场的影响热源功率q增加热源移动速度v保持为常数时随热源功率q的增加等温线在焊缝横向变窄等温线在焊缝方向伸长影响因素热源移动速度v热源功率q增加1.3焊接温度场fieldofweldtemperatureq/v=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q/v保持为常数时同比例改变q和v等温线拉长温度场范围拉长影响因素1.3焊接温度场fieldofweldtemperature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影响因素1.4焊接热循环

weldthermalcycle焊接热循环在焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点的温度随时间由低而高，达到最大值后又由高而低的变化描述焊接热源对被焊金属的热作用过程1.4焊接热循环

weldthermalcycle焊接热循环的主要参数加热速度加热的最高温度在相变温度以上的停留时间冷却速度或冷却时间焊接热循环的参数1.4焊接热循环

weldthermalcycle焊接热循环的主要参数加热速度加热速度受许多因素影响：不同的焊接方法不同的被焊金属不同厚度不同焊接热输入等加热速度方面的研究还不够充分特别是新工艺、如真空电子束焊接等数据很缺乏1.4焊接热循环

weldthermalcycle焊接热循环的主要参数加热的最高温度据焊缝远近不同的各点，加热的最高温度不同1.4焊接热循环

weldthermalcycle焊接热循环的主要参数在相变温度以上的停留时间1.4焊接热循环

weldthermalcycle焊接热循环的主要参数冷却速度或冷却时间—决定热影响区组织性能指焊件上某点热循环的冷却过程中某一瞬时温度的冷却速度为了便于测量和分析比较，采用800～500oC的冷却时间来代替瞬时冷却速度，因为这一温度区间是相变的主要温度范围1.4焊接热循环

weldthermalcycle焊接热循环的主要参数冷却时间从800oC冷却到500oC时所用时间碳钢、不易淬火的低合金钢从800oC冷却到300oC时所用时间易淬火的低合金钢(马氏体相变点300oC左右)从高温冷却到100oC时所用时