《熔化焊的热过程》课件

熔化焊的热过程熔化焊是通过高温将焊件和填充材料熔化，形成熔池，冷却后形成焊缝的焊接方法。熔化焊的热过程是焊接过程的核心，它决定了焊缝的质量和性能。11课程目标焊接工艺的理解深入理解熔化焊的热过程原理，掌握焊接过程中的热量传递、温度场分布和相变行为。焊接质量的控制学习控制焊接参数、优化焊接工艺，提高焊接质量，避免焊接缺陷的产生。实践能力的培养通过实验和案例分析，锻炼学生动手能力，掌握焊接热过程的测试方法和分析手段。课程大纲11.熔化焊的热过程概述熔化焊的基本概念和分类，热过程的特点22.焊接热输入与温度场热输入计算方法，温度场分布规律33.焊缝金属的相变与组织焊接热影响区，焊缝金属组织结构，硬度分布44.焊接过程中的热量控制焊接热量的影响因素，热量控制方法熔化焊的原理熔化焊是一种将焊件加热到熔化状态，并在熔化金属冷却凝固后形成焊接接头的焊接方法。熔化焊利用电弧、激光、电子束等热源将焊件局部加热到熔化温度，形成熔池，待熔池冷却凝固后便形成了焊接接头。熔化焊的原理是利用热能使焊件和填充金属熔化，并形成熔池，待熔池冷却凝固后形成焊接接头。焊接过程中的热传导热量传递焊接过程中，热量从电弧或激光束传递到焊件，并向周围区域传导。传导方向热量沿着温度梯度方向传递，从高温区域向低温区域扩散。热量分布热量在焊件中的分布不均匀，焊点温度最高，随着距离焊点的增加，温度逐渐降低。焊点温度场分布焊点温度场是指焊接过程中，焊件内部不同位置的温度分布。温度场受到焊接参数、材料性能和焊接工艺等因素的影响。高温区熔池区域温度最高，金属处于熔融状态过渡区熔池周围区域金属处于固态，但温度较高热影响区过渡区以外区域金属温度升高，但未达到熔点焊接过程中的热量焊接过程中热量的来源主要有电弧热、熔池热和其他热。电弧热占总热量的60%，熔池热占30%，其他热占10%。焊缝金属的相变过程1固态液态金属凝固2奥氏体晶体结构转变3珠光体热处理过程4马氏体快速冷却焊缝金属在焊接过程中经历多个相变过程。液态金属冷却凝固后，形成奥氏体。随后，奥氏体在冷却过程中转变为珠光体或马氏体，这些相变过程决定了焊缝金属的组织结构和性能。焊点的温度梯度焊点温度梯度是指焊接过程中焊缝金属温度从最高点到最低点之间变化的程度。温度梯度会影响焊缝金属的冷却速度，从而影响焊缝金属的组织结构和性能。温度梯度越大，冷却速度越快，焊缝金属的组织结构越细密，强度越高，但韧性会降低。影响温度梯度的因素包括：焊接热输入、焊缝几何形状、焊接材料的热物理性质等。可以通过控制焊接热输入、焊缝几何形状等因素来控制温度梯度，从而获得最佳的焊缝金属组织结构和性能。焊缝金属的组织结构焊缝金属的组织结构是指焊缝金属中各相的形状、大小、分布和数量。影响因素包括焊接工艺参数、材料类型和焊缝金属的冷却速率。焊缝金属的组织结构对焊缝金属的力学性能、耐腐蚀性能等有重要影响。组织结构的不同会影响焊接质量。焊缝金属的硬度分布焊缝金属的硬度分布受多种因素影响，包括焊接工艺参数、焊接材料和基材材质等。通常，焊缝金属的硬度较高，而在热影响区，硬度会逐渐降低。HV500焊缝中心硬度最高HV400热影响区硬度降低HV300基材原有硬度残余应力和变形问题焊接过程中的热应力焊接过程中的热量输入会导致金属材料的温度变化，进而产生热应力。这种应力会随着冷却过程而逐渐积累，最终形成残余应力。残余应力可能会导致焊接接头的变形、开裂甚至失效。因此，控制残余应力是焊接质量控制的重要环节之一。焊接变形焊接过程中产生的热应力会导致焊接接头发生变形。变形的形式多种多样，包括弯曲、扭曲、拉伸等。焊接变形会影响产品的尺寸精度和外观质量，需要采取相应的措施进行控制。控制焊接变形的方法包括：选择合适的焊接工艺参数、采用预热和后热处理、进行合理的焊接顺序等。焊点硬度测试1维氏硬度测试维氏硬度测试法适用于各种金属材料，尤其适用于薄板、硬质合金等材料的硬度测试。2洛氏硬度测试洛氏硬度测试法是一种常用的硬度测试方法，它使用金刚石圆锥压头或钢球压头，在一定负荷下压入被测材料表面。3布氏硬度测试布氏硬度测试法是一种常用的硬度测试方法，它使用硬质合金球压头，在一定负荷下压入被测材料表面。焊点显微组织观察显微组织观察是了解焊点内部组织结构的重要手段，可以观察焊缝金属、热影响区和母材的微观形貌。通过显微镜观察焊缝金属的晶粒尺寸、形状、排列方式，可以判断焊缝金属的组织结构和性能。观察热影响区的微观形貌可以了解焊接热量对母材的影响，判断热影响区的组织变化和性能变化。焊接热影响区定义焊接热影响区（HAZ）是指焊接过程中，由于热量输入而发生物理和化学变化的区域，但不包括熔化金属区域。影响因素焊接参数、材料特性、焊接工艺都会影响HAZ的范围、组织变化和性能变化。重要性HAZ的特性会影响焊接接头的强度、韧性、抗腐蚀性等性能，对焊接质量至关重要。焊缝金属的成分及性能焊缝金属的成分和性能对于焊接接头的强度和耐久性至关重要。焊缝金属的成分取决于所用焊材和母材的成分。焊接过程中的热量会影响焊缝金属的组织结构，从而影响其性能。焊缝金属的性能包括强度、韧性、硬度、耐腐蚀性等。焊点金属相变行为分析1熔化焊丝熔化，形成液态金属。2混合液态金属与母材混合，形成熔池。3凝固熔池冷却，金属结晶，形成焊缝。4相变焊接过程中的热量影响金属的晶体结构。焊接过程中的热循环导致焊缝金属的组织结构发生变化。熔化、混合、凝固和相变是焊点金属相变行为的主要阶段。了解焊缝金属的相变行为有助于控制焊缝的组织结构和性能。焊点温度场的测量方法热电偶法测量焊点温度的常用方法，精度高，响应速度快。红外热像仪法非接触式测量，可实时观测焊点温度分布。激光热成像法利用激光扫描焊点，测定温度场的分布。焊接过程中的热量计算热量计算公式应用输入热量Q=I*U*t焊接电源的功率熔化热Q=m*L熔化焊缝金属热损失Q=K*A*ΔT热量散失到周围环境焊缝组织结构的影响因素焊接工艺参数焊接电流、焊接速度和焊接电压等参数对焊缝组织结构有显著影响。焊接电流过高会导致熔池过热，造成焊缝金属过烧和晶粒粗化。焊接速度过快会导致熔池冷却速度过快，形成细小晶粒和较高的硬度。母材成分母材的化学成分会影响焊缝金属的熔点、流动性和凝固速度。不同母材的化学成分会影响焊缝金属的组织结构和性能，例如，高碳钢的焊缝金属易于形成马氏体组织，而低碳钢的焊缝金属易于形成珠光体组织。焊接材料焊接材料的种类和性能对焊缝金属的组织结构有重要影响。焊接材料中的合金元素会影响焊缝金属的晶粒尺寸、硬度和强度。冷却速度焊接过程中的冷却速度会影响焊缝金属的组织结构和性能。冷却速度过快会导致焊缝金属形成细小晶粒和较高的硬度，而冷却速度过慢会导致焊缝金属形成粗大晶粒和较低的硬度。焊缝金属性能与组织结构1力学性能强度、硬度、韧性2物理性能熔点、密度、导热性3化学性能耐腐蚀性、抗氧化性4工艺性能可焊性、可加工性焊缝金属性能与组织结构有着密切的联系，组织结构决定金属性能，而金属性能则是焊接质量的重要指标。例如，焊缝的强度、硬度、韧性等力学性能与焊缝金属的晶粒尺寸、相组成、缺陷等因素有关。焊缝的耐腐蚀性、抗氧化性等化学性能则与焊缝金属的成分、组织结构以及表面状态有关。焊接变形及其控制措施夹紧焊接过程中，对焊件进行适当的夹紧，可以有效地防止焊接变形。预热预热可以降低焊接过程中焊件的温度梯度，减少热应力，从而控制焊接变形。工装使用专门的工装夹具，可以精确控制焊件的定位和尺寸，从而减少焊接变形。焊接工艺参数控制焊接电流、焊接速度等参数，可以影响焊接热输入，从而控制焊接变形。焊接残余应力及其消除1焊接过程中的热量变化焊接过程中热量输入不均匀，导致焊件冷却过程中产生内应力。2材料的热膨胀系数焊接材料的热膨胀系数不同，冷却过程中也会产生应力。3焊缝形状和尺寸焊缝形状和尺寸对应力分布也有影响，应力集中点更容易产生裂纹。4消除焊接应力热处理、预热、消除应力退火、机械加工等方法可以有效降低残余应力。焊接质量检测技术超声波检测利用超声波在金属材料中的传播特性，检测焊接接头的缺陷和质量。X射线检测利用X射线穿透金属材料的特性，检测焊接接头的内部缺陷。磁粉检测利用磁粉在磁场中的分布特性，检测焊接接头的表面缺陷。渗透检测利用渗透液的特性，检测焊接接头的表面缺陷。焊点组织观察及分析焊点组织观察是通过金相显微镜或扫描电镜等设备对焊缝金属的微观结构进行观察和分析，从而了解焊缝金属的组织结构、成分及性能。焊点组织分析主要是通过对焊缝金属的微观结构进行观察和分析，确定焊缝金属的组织结构、相变过程、晶粒大小、缺陷类型等信息，并以此判断焊缝金属的性能。焊点缺陷及其形成原因气孔气孔是焊缝中最常见的缺陷之一，通常由焊接过程中气体产生或残留在焊缝中造成的。未熔合未熔合是指焊缝未与母材完全熔合，通常由焊接电流不足、焊接速度过快或焊接间隙过大造成。裂纹裂纹是焊缝中的一种严重缺陷，通常由焊缝冷却过程中产生的热应力或焊缝金属的内部缺陷造成。夹渣夹渣是指熔化焊过程中，焊缝中混入熔渣或其他杂质，通常由焊接操作不规范、焊丝质量差或焊接环境不良造成。焊接热过程的数值模拟1建立模型定义材料属性和几何形状2设置边界条件模拟焊接热源和冷却过程3求解方程使用有限元方法进行数值计算4结果分析温度场、应力场和变形数值模拟可用于预测焊接热过程中的温度场、应力场和变形。这有助于优化焊接参数、减少焊接缺陷、提高焊接质量。焊接热过程及其优化设计优化目标提高焊接质量，降低生产成本。减少焊接变形，提高焊接效率。优化焊接工艺参数，确保焊接质量。优化方法采用先进的焊接工艺，如激光焊接、电子束焊接等。优化焊接参数，如焊接电流、焊接速度、焊丝直径等。应用数值模拟技术，预测焊接过程中的热场和应力分布。焊接热过程的新技术发展激光焊接激光焊接是利用高能量密度的激光束熔化工件，形成熔池并冷却凝固，实现连接的技术。激光焊接具有速度快、精度高、热影响区小、变形小的特点，是目前焊接领域发展迅速的应用之一。等离子焊接等离子焊接是利用等离子弧的高温等离子体来熔化焊件，实现连接的一种焊接方法。等离子焊接具有焊接速度快、焊接质量高、热影响区小、变形小、效率高、易于自动化等优点。摩擦搅拌焊接摩擦搅拌焊接是一种固态焊接方法，利用旋转工具与焊件表面摩擦产生热量，使焊件材料软化，并在旋转工具的挤压下实现材料的塑性流动和连接，该技术无需熔化焊接材料，可以连接不同金属材料，具有高强度、低变形、环保等优点。超声波焊接超声波焊接利用高频振动产生的超声波能量，使焊件接触面产生高温，实现塑性流动和熔接，具有焊接速度快、效率高、无污染、节省能源等优点。焊接热过程综合实验实验设计与方案制定实验方案，包括实验目的、实验内容、实验方法、实验步骤、实验仪器、实验材料等。实验操作与数据采集按照实验方案进行焊接操作，记录实验过程中的关键数据，例如焊接参数