焊接冶金學(xué)-基本原理課件

1、焊接冶金學(xué)基本原理2022/9/25焊接冶金學(xué)基本原理焊接冶金學(xué)基本原理2022/9/24焊接冶金學(xué)基本原傳熱學(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(shí)間的溫度變化問題。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)。焊接冶金學(xué)基本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(diǎn)局部性加熱和冷卻過程極

2、不均勻瞬時(shí)性1800K/s熱源是運(yùn)動(dòng)的焊接傳熱過程的復(fù)合性加熱過程冷卻過程焊接冶金學(xué)基本原理1.1 焊接過程分析焊接過程加熱過程冷卻過程焊接冶金學(xué)基1.2 焊接熱源 welding heat source 實(shí)現(xiàn)金屬焊接所需的能量熱能機(jī)械能焊接熱源的特點(diǎn)：能量密度高度集中；快速實(shí)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)。熔焊焊接冶金學(xué)基本原理1.2 焊接熱源 welding heat source 實(shí)1.2 焊接熱源 welding heat source 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

3、擦熱機(jī)械高速摩擦電子束高速運(yùn)動(dòng)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？！焊接冶金學(xué)基本原理1.2 焊接熱源 welding heat source 焊1.2 焊接熱源 welding heat source點(diǎn)熱源（三維）point heat source厚大焊件焊接線熱源（二維） linear heat source薄板焊接面熱源（一維）plane heat source細(xì)棒磨擦焊焊接冶金學(xué)基本原理1.2 焊接熱源 welding heat source點(diǎn)熱1.2 焊接熱源 welding heat source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:

4、加熱斑點(diǎn)中心的最大比熱流dH:回執(zhí)斑點(diǎn)直徑加熱斑點(diǎn)的比熱流分布-立體高斯錐體焊接冶金學(xué)基本原理1.2 焊接熱源 welding heat source熱源1.2 焊接熱源 welding heat source焊接熱效率電弧功率電弧有效熱功率熱效率焊接方法焊條電弧焊0.770.87埋弧焊0.770.90電渣焊0.83電子束及激光束0.9TIG焊0.680.85MIG焊鋼0.660.69鋁0.700.85焊接冶金學(xué)基本原理1.2 焊接熱源 welding heat source焊接1.3 焊接溫度場 field of weld temperature狹義定義：某瞬時(shí)工件上各點(diǎn)的溫度分布某個(gè)熱流密

5、度的熱源以恒定的速度沿x軸移動(dòng)，熱源周圍的溫度分布即“焊接溫度場”vtOOy yz zx 焊件上各點(diǎn)瞬時(shí)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。焊接冶金學(xué)基本原理1.3 焊接溫度場 field of weld temper1.3 焊接溫度場 field of weld temperature焊條電弧焊時(shí)，焊接電弧做為熱源，對焊條和母材進(jìn)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焊接冶金學(xué)基本原理1.3 焊接溫度場 field of weld temper1.3 焊接溫度場 field of weld t

6、emperature焊接熔池表面積內(nèi)部的流體流動(dòng)模式焊接冶金學(xué)基本原理1.3 焊接溫度場 field of weld temper商業(yè)軟件：ABAQUS,ANSYS,FLUENT, MARC,PHOENIX,ADINA,SYSWELD,.焊接冶金學(xué)基本原理商業(yè)軟件：焊接冶金學(xué)基本原理1.3 焊接溫度場 field of weld temperature等溫線等溫線不可能相交等溫線、等溫面之間有溫差大小：溫度梯度方向：垂直于等溫面焊縫焊接冶金學(xué)基本原理1.3 焊接溫度場 field of weld temper1.3 焊接溫度場 field of weld temperature隨著熱源的移動(dòng)，

7、熔池沿焊接方向作同步移動(dòng)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-熔池尾部焊接冶金學(xué)基本原理1.3 焊接溫度場 field of weld temper1.3 焊接溫度場 field of weld temperature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(diǎn)狀移動(dòng)熱源的溫度場焊接冶金學(xué)基本原理1.3 焊接溫度場 field of weld temper1.3 焊接溫度場 field of weld temperature典型焊接溫度場穩(wěn)定

8、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)焊件的板厚及形狀焊接冶金學(xué)基本原理1.3 焊接溫度場 field of weld temper1.3 焊接溫度場 field of weld temperature熱輸入量q=常數(shù)，熱源移動(dòng)速度v對溫度場的影響熱源移動(dòng)速度v增加熱源功率q保持為常數(shù)時(shí)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)長影響因素焊接冶金學(xué)基本原理1.3 焊接溫度場 field of weld temper1.3 焊接溫度場 field of weld tem

9、perature熱源移動(dòng)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(dòng)速度v保持為常數(shù)時(shí)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焊接冶金學(xué)基本原理1.3 焊接溫度場 field of weld temper熱源移動(dòng)速度v熱源功率q增加1.3 焊接溫度場 field of weld temperatureq/v=常數(shù)，熱輸入量及熱源移動(dòng)速度等比例變化時(shí)對溫度場的影響q/v保持為常數(shù)時(shí)同比例改變q和v等溫線拉長溫度場范圍拉長影響因素焊接冶金學(xué)基本原理熱源移動(dòng)速度v1.3 焊接溫度場 field of weld1.3 焊接溫度場 field of weld t

10、emperature在相同熱功率、熱源移動(dòng)速度和相同板厚條件下不同材料板上移動(dòng)線熱源周圍的溫度場影響因素焊接冶金學(xué)基本原理1.3 焊接溫度場 field of weld temper1.4 焊接熱循環(huán) weld thermal cycle焊接熱循環(huán)在焊接過程中熱源沿焊件移動(dòng)時(shí)，焊件上某點(diǎn)的溫度隨時(shí)間由低而高，達(dá)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焊接冶金學(xué)基本原理1.4 焊接熱循環(huán) weld thermal cycle焊接1.4 焊接熱循環(huán) weld thermal cycle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(shí)間冷卻速度或冷卻時(shí)間焊接熱循環(huán)

11、的參數(shù)焊接冶金學(xué)基本原理1.4 焊接熱循環(huán) weld thermal cycle焊接1.4 焊接熱循環(huán) weld thermal cycle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)很缺乏焊接冶金學(xué)基本原理1.4 焊接熱循環(huán) weld thermal cycle焊接1.4 焊接熱循環(huán) weld thermal cycle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(diǎn)，加熱的最高溫度不同焊接冶金學(xué)基本原理1.4 焊接熱循環(huán) weld thermal cycle焊接

12、1.4 焊接熱循環(huán) weld thermal cycle焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)在相變溫度以上的停留時(shí)間焊接冶金學(xué)基本原理1.4 焊接熱循環(huán) weld thermal cycle焊接1.4 焊接熱循環(huán) weld thermal cycle焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)冷卻速度或冷卻時(shí)間決定熱影響區(qū)組織性能指焊件上某點(diǎn)熱循環(huán)的冷卻過程中某一瞬時(shí)溫度的冷卻速度為了便于測量和分析比較，采用800500oC的冷卻時(shí)間來代替瞬時(shí)冷卻速度，因?yàn)檫@一溫度區(qū)間是相變的主要溫度范圍焊接冶金學(xué)基本原理1.4 焊接熱循環(huán) weld thermal cycle焊接1.4 焊接熱循環(huán) weld thermal cycle焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)冷卻時(shí)間從800oC冷卻到500oC時(shí)所用時(shí)間碳鋼、不易淬火的低合金鋼從800oC冷卻到300oC時(shí)所用時(shí)間易淬火的低合金鋼(馬氏體相變點(diǎn)300oC左右)從高溫冷卻到100oC時(shí)所用時(shí)間擴(kuò)散氫焊接冶金學(xué)基本原理1.4 焊接熱循環(huán) weld thermal cycle焊接1.4 焊接熱循環(huán) weld thermal cycle焊接熱循環(huán)的影響因素距離焊接方法多層焊距焊縫距離變近焊接冶金學(xué)基本原理1.4 焊接熱循環(huán) weld thermal