第二章焊接熱過程

第一章焊接熱過程

第一章焊接熱過程焊接的熱過程是一個十分復(fù)雜的問題，從30年代由羅塞舍爾和雷卡林開始進行了系統(tǒng)研究，到目前，已取得很大進展，但尚未得到圓滿解決。這一問題的復(fù)雜性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第一章焊接熱過程1.1焊接熱過程特點①焊接熱過程的局部性或不均勻性②焊接熱源的相對運動③焊接熱過程的瞬時性（非穩(wěn)態(tài)性）第一章焊接熱過程1.2研究現(xiàn)狀：可以看出焊接的熱過程是十分復(fù)雜的問題，這給分析研究工作帶來了許多困難。但是如果我們能夠了解和掌握焊接熱過程的基本規(guī)律，能夠準(zhǔn)確知道工件任一位置在任一時刻的狀態(tài)和溫度，則對控制焊接質(zhì)量，調(diào)整焊接工藝參數(shù)，清除焊接應(yīng)力，減小焊接變形，預(yù)測接頭性能等方面均具有重的意義。第一章焊接熱過程（1）到目前為止，世界上許多國家的焊接工作者對焊接熱過程進行了大量的系統(tǒng)的研究工作，但距離上述要求還存在著差距，這主要是因為在解決一些復(fù)雜的焊接傳熱問題時間不得不提出一些數(shù)學(xué)上的假設(shè)和推導(dǎo)，這一方面的經(jīng)典工作是由前蘇聯(lián)的雷卡林完成的，雷卡林的工作對一些相對簡單的情況給出一些解析解，但其結(jié)果常存在很大偏差，有時偏差量常?？梢赃_到100%，

（2）近期有限元理論和數(shù)值分析技術(shù)的發(fā)展，使一些復(fù)雜問題的計算得以進行，因而使計算模型的建立可以更接近實際情況，準(zhǔn)確程度也明顯提高，但仍沒有達到完全實用化的程度，并且許多復(fù)雜的理論問題也未得到很好的解決，因此，焊接熱過程目前仍然是國際焊接界研究的熱點問題之一。第一章焊接熱過程本章以最常規(guī)的MIG焊為例來討論焊接熱源，熱場、流場的基本規(guī)律和焊接熱過程的計算方法，以及焊接熱循環(huán)的有關(guān)問題，目的是為討論焊接冶金、應(yīng)力、變形、熱影響區(qū)等建立基礎(chǔ)。

第一章焊接熱過程第一節(jié)基本概念和基本原理第二節(jié)整體溫度場第三節(jié)焊接熱循環(huán)第四節(jié)對熔化區(qū)域的局部熱作用第一節(jié)基本概念和基本原理1.1.1電弧焊熱過程概述首先，我們來分析一下最典型的焊接過程--MIG焊接時都有哪些因素會影響到熱過程。（1）產(chǎn)熱機構(gòu)電弧熱：焊接過程中熱量的最主要的來源，利用氣體介質(zhì)中的放電過程來產(chǎn)生熱量，來熔化焊絲和加熱工件；電阻熱：焊接電流經(jīng)過焊絲和工件時，將產(chǎn)生熱量；相變潛熱：母材和焊絲發(fā)生熔化時將產(chǎn)生相變潛熱；變形熱：構(gòu)件變形時將產(chǎn)生變形熱第一節(jié)基本概念和基本原理1.1.1電弧焊熱過程概述（2）散熱機構(gòu)環(huán)境散熱：處于高溫的工件和焊絲向周圍介質(zhì)散失熱量；飛濺散熱：飛濺除發(fā)生質(zhì)量損失之外，同時也伴有熱量損失。第一節(jié)基本概念和基本原理1.1.1電弧焊熱過程概述（3）熱量傳遞方式

熱傳導(dǎo)：工件和焊絲中高溫區(qū)域的熱量將向低溫區(qū)域傳導(dǎo)；對流換熱：焊接熔池內(nèi)部，由于各處溫度不同，加上電弧的沖擊作用產(chǎn)生強迫對流，工件表面處，周圍氣體介質(zhì)流過時帶走熱量；

輻射換熱：電弧本身處于極高溫度，將向周圍的低溫物體發(fā)生輻射，并傳遞熱量；

熱焓遷移：（1）具有高溫的熔滴從焊絲向母材遷移，在傳質(zhì)同時傳熱；（2）飛濺從熔池向四周飛散，同時傳質(zhì)傳熱。第一節(jié)基本概念和基本原理從上述分析可以看出，要分析焊接熱過程，我們要處理幾方面的問題：熱源：即熱量的來源；其產(chǎn)熱的機構(gòu)，性質(zhì)、分布、效率等。熱量傳輸方式：涉及到傳導(dǎo)、對流、輻射等等傳質(zhì)問題：流體流動（在熔池內(nèi)、環(huán)境氣體、飛濺）相變問題：潛熱、熱物理參數(shù)變化位移問題：熱源與工件相對位置變化、工件變形等。力學(xué)問題；電弧力、重力、等離子流力、熱應(yīng)力、拘束力、相變應(yīng)力等。綜上，可見焊接熱過程是一個十分復(fù)雜的問題，涉及到多學(xué)科的知識，因此，在求解這一問題將要對各方面的知識加以綜合利用。第一節(jié)基本概念和基本原理1.1.2焊接熱源一般來說，必須由外界提供相應(yīng)的能量才能實現(xiàn)基本的焊接過程，也就是說有能源的存在是實現(xiàn)焊接的基本條件。到目前為止，實現(xiàn)金屬焊接所需要的能量從基本性質(zhì)來看，包括有電能，機械能、光輻射能和化學(xué)能等。第一節(jié)基本概念和基本原理--焊接熱源1、焊接熱源的類型及特征（1）電弧焊熱源

電弧焊時，熱量產(chǎn)生于陽極與陰極斑點之間氣體柱的放電過程。焊接過程采用的是直接弧，陽極斑點和陰極斑點直接加熱母材和焊絲（或電極材料）。等離子弧焊時，應(yīng)用非直接弧，也就是電弧是間接加熱被焊工件。

直接?。褐饕饔茫宏帯㈥枠O斑點直接加熱母材和焊絲；輔助作用：弧柱產(chǎn)生的輻射、對流，電極斑點產(chǎn)生的輻射等。

間接?。褐饕揽枯椛浜蛯α骷訜帷?/p>

第一節(jié)基本概念和基本原理--焊接熱源（2）氣體火焰焊接熱源

氣焊時，乙炔C2H2在純氧O2中部分燃燒，在環(huán)繞焰心的還原區(qū)形成一氧化碳CO和氫H2，然后在外焰區(qū)與空中的氧作用，完全燃燒形成二氧化碳CO2和水H2O蒸氣，焰流以高速沖擊焊接區(qū)表面，通過對流和輻射加熱工件。第一節(jié)基本概念和基本原理--焊接熱源（3）電阻焊熱源電阻點焊和電阻對焊時，在通過傳導(dǎo)或感應(yīng)傳遞能量的高頻電阻焊時，由于集膚效應(yīng)和傳輸電阻，首先使極薄的表面層被加熱；

電渣焊時，熔融而導(dǎo)電的渣池被電阻熱加熱，并熔化母材和連續(xù)給進的焊絲。

第一節(jié)基本概念和基本原理--焊接熱源1、焊接熱源的類型及特征（4）摩擦焊熱源磨擦焊時，相對旋轉(zhuǎn)的表面被摩擦加熱，去除不純材料層，最后在軸向加壓及焊件在略低于熔點的溫度下連接起來。

攪拌摩擦焊是由于摩擦熱和變形熱來提高工件的溫度和塑性變形能力，并在壓力下形成接頭。

振動焊接（超聲波）時，利用了高頻率的摩擦效應(yīng)，但其溫度遠低于材料熔化溫度。第一節(jié)基本概念和基本原理--焊接熱源1、焊接熱源的類型及特征（5）電子束焊接熱源

在電子束焊時，電子（由熱陰極發(fā)射，電子透鏡聚焦）被大約10μM厚的表面層吸收，并產(chǎn)生熱量。當(dāng)電子束功率密度足夠大時，焊件表面被熔化，最后導(dǎo)致形成很深的穿透型蒸氣毛細孔，其周圍是熔化的金屬，并由此進行加熱焊接。第一節(jié)基本概念和基本原理--焊接熱源1、焊接熱源的類型及特征（6）激光焊接熱源

聚焦的激光束直接照射焊接區(qū)域，并被大約0.5μM厚的表面層吸收。如果功率密度足夠大，可以像電子束一樣形成毛細管。作為實際焊接熱源，激光散焦時，通過熱傳導(dǎo)傳遞熱量到焊件內(nèi)部。第一節(jié)基本概念和基本原理--焊接熱源1、焊接熱源的類型及特征（7）鋁熱劑焊接熱源這種方法主要用于鋼軌焊接，熔池通過鋁粉和金屬氧化物的化學(xué)（放熱）反應(yīng)而使工件被加熱并形成熔池，反應(yīng)后形成鋁的氧化物（熔渣），填充金屬和熱量都是在反應(yīng)區(qū)體積內(nèi)產(chǎn)生的。

從上述各種焊接熱源來看，有些熱量產(chǎn)生于表面（必須通過傳導(dǎo)將其傳送至工件內(nèi)部），有些產(chǎn)生于材料內(nèi)部。由于構(gòu)件及其坡口的幾何尺寸不同，和焊接熱源的可調(diào)節(jié)性等方面的差異，在實際應(yīng)用中有各種變化。第一節(jié)基本概念和基本原理--焊接熱源各種焊接熱源的主要特征熱源最小加熱面積（cm2）最大功率密度（W/cm2）正常焊接規(guī)范下的溫度（K）乙缺火焰金屬極電弧鎢極電弧(T1G)埋弧自動焊電渣焊10-210-310-310-310-32×1031041.5×1042×1041043200K6000K8000K6400K2000K熔化極氬弧焊CO2氣體保護焊10-4104—

1055800k等離子電子束激光10-510-710-81.5×105

107—10918000—24000————第一節(jié)基本概念和基本原理--焊接熱源2、焊接熱源的有效熱功率（熱效率）焊接熱源對焊接溫度場（熱場、流場）的影響主要表現(xiàn)在熱輸入?yún)?shù)上：熱輸入瞬時熱源：采用熱量Q[J]

連續(xù)熱源：采用熱流量q[J/S]由于在焊接過程中所產(chǎn)生的熱量并非全部用于加熱工件，而是有一部分熱量損失于周同介質(zhì)和飛濺，因此，熱源也存在一個熱效率問題。

熱效率（或稱功率系數(shù)量）h＜1第一節(jié)基本概念和基本原理--焊接熱源2、焊接熱源的有效熱功率（熱效率）電弧焊時，一般可將電弧看成是無感的純電阻，則全部電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，其有效熱功率為：其中：q為電弧的有效熱功率[J/S]

U為電弧電壓[V]

I為電弧電流[A]

h為功率系數(shù)

R為電弧的歐姆電阻[Ω]

Ieff為有效電流[A]（交流情況下，用瞬時積分得出的有效值）第一節(jié)基本概念和基本原理--焊接熱源2、焊接熱源的有效熱功率（熱效率）氣焊時，以乙炔的消耗量VAc為基本參數(shù)，有效熱功率為：電阻焊（點焊和壓焊）時，其有效能量為其歐姆電阻R、有效電流Ieff和電流持續(xù)時間tc的乘積?？p焊時(焊縫速度v[mm/s]),常用單位長度焊縫的熱輸入qw[J/mm]來替代單位時間的熱輸入q，這樣比較方便。此外，根據(jù)不同的焊接方法，還可以用單位質(zhì)量熔敷金屬的熱量qm代替q和qw。第一節(jié)基本概念和基本原理--焊接熱源2、焊接熱源的有效熱功率（熱效率）在一定條件下，h是常數(shù)，其主要取決于焊接方法，焊接規(guī)范和焊接材料的種類。下表給出了鋼和鋁常用焊接方法的熱功率數(shù)據(jù)。鋼和鋁常用熔焊方法的熱功率數(shù)據(jù)焊接方法熱力率q[kJ/s]焊接速度v[mm/s]單位長度熱功率qw[kJ/mm]熱效率h藥皮焊條電弧焊氣保護金屬電弧焊氣何護鎢極電弧焊電弧焊激光焊氧乙炔1—205—1001—155—2501—51—10＜5＜15＜15＜25＜150＜10＜3.5＜2＜1＜10＜0.05＜10.65—0.900.65—0.900.20—0.500.95—0.950.90—0.950.25—0.85第一節(jié)基本概念和基本原理—

焊接熔池計算的三維數(shù)學(xué)模型控制方程組和邊界條件就構(gòu)成了描述焊接熔池的數(shù)學(xué)模型，求解此模型，就可以確定工件上各點的溫度和熔池中流體的狀態(tài)。但由于方程的復(fù)雜性，沒有辦法求出解析解，所以只能用數(shù)值方法。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，使得這種復(fù)雜問題的求解已成為可能。第一節(jié)基本概念和基本原理構(gòu)件幾何尺寸的簡化

在進行函數(shù)解析求解時，將有關(guān)的幾何尺寸和熱輸入方式簡化，作為分析模型的一部分，是絕對必要的，這可以使最后的公式更為簡單。而在有限元求解時，原則上允許幾何復(fù)雜的情況，但實際上要受到問題的復(fù)雜程度和計算資源的限制。

根據(jù)構(gòu)件的幾何形狀，引入三種基本的幾何形體，半無限擴展的立方體（半無限體），無限擴展的板（無限大板），和無限擴展的桿（無限長桿）。第一節(jié)基本概念和基本原理—

幾何尺寸的簡化半無限體熱源作用于立方體表面的中心，為三維傳熱，半無限體可以作為厚板的模型。板厚度越大越得合這種模型。第一節(jié)基本概念和基本原理—

幾何尺寸的簡化無限大板認(rèn)為沿板厚度方向上沒有溫度梯度，即認(rèn)為是二維傳熱，熱流密度在板厚度上為常數(shù)，作用于板中心的熱源功率在板厚度方向上也是常數(shù)，這一模型適用于薄板，板越薄吻合的越好。無限長桿可將其看成是一維傳熱,在桿的橫截面上的熱功率為常數(shù)，這種假設(shè)可用于求解焊絲上的熱場。第一節(jié)基本概念和基本原理—

幾何尺寸的簡化用簡化的無限擴展體來代替有限尺寸，在許多情況下是合理的。特別是在構(gòu)件相應(yīng)方向上的尺寸越大，熱傳播周期（加熱和冷卻）越短，熱擴散率越低，研究的區(qū)域離熱源越遠，及傳熱系數(shù)越大時，效果越好。但當(dāng)構(gòu)件的幾何尺寸與這種無限擴展體存在較大偏差時，將會帶來很大偏差，甚至產(chǎn)生不可解決的矛盾。

第一節(jié)基本概念和基本原理—熱源模型熱源空間尺寸形狀的簡化點熱源：作用于半無限體或立方體表面層,可模擬立方體或厚板的堆焊,熱量向X、Y、Z三個方向傳播。線熱源：將熱源看成是沿板厚方向一條線，在厚度方向上，熱能均勻分布，垂直作用于板平面，可模擬對接焊，一次熔透的薄板，熱量二維傳播。面熱源：作用于桿的橫截面上，可模擬電極端面或磨擦焊接時的加熱，認(rèn)為熱量在桿截面上均勻分布，此時只沿一個方向傳熱。當(dāng)計算點遠離熱源時，用集中熱源的簡化是成功的，但在接近熱源區(qū)域則很難模擬，特別是熱源中心處，成為數(shù)學(xué)處理上的一個奇異點，溫度將會升高至無限大。

第一節(jié)基本概念和基本原理—熱源模型正態(tài)分布熱源（高斯熱源）：實踐證明，在電弧，電子束流和火焰接焊時，更有效的方法是采用熱源密度q*為正態(tài)度分布的表面熱源，即假設(shè)熱量按概率分析中的高斯正態(tài)分布函數(shù)來分布：積分得：其中：q—熱源有效功率[J/s]；

k—表示熱源集中程度的系數(shù)[1/mm2]；

r—圓形熱源內(nèi)某點與中心的距離。(2-17)(2-18)(2-19)第一節(jié)基本概念和基本原理—熱源模型當(dāng)q*max相同而k不同時，熱流密度的集中程度不同，k值↑，熱源集中程度↑，熱量就更集中，所以一般電子束、激光熱度的k值大，電弧的k值適中，火焰的k值小。按照高斯分布曲線，熱源在無限遠處才趨近于零。因此，要對熱源作用區(qū)域有個限制，即要確定加熱斑點的大小，一般取

即認(rèn)為加熱斑點內(nèi)集中了95%以上的熱量，按此條件，正態(tài)分布熱源加熱斑點的外徑dn為：

有關(guān)文獻介紹，電極斑點直徑大約為5㎜的電弧測量出的dn=14?35㎜，而氣體火焰的dn=55?84㎜，決定于其焊矩的尺寸。卵形熱源（雙橢球熱源）有文獻介紹用一個近似于焊接熔池形狀和尺寸的半卵形分布的體積熱源可以描述表面堆焊或?qū)雍缚p時的移動熱源。假設(shè)在卵形面內(nèi)，其容積比熱源密度q*按高斯正態(tài)分布，熱源密度在卵形面的中心有最大值，從中心向邊緣呈指數(shù)下降，卵形尺寸的選擇約比熔池小10%，總功率應(yīng)等于焊接過程的有效熱功率，在比較計算和測量焊接熔池和溫度場的基礎(chǔ)上，對參數(shù)進行最后的校準(zhǔn)。

第一節(jié)基本概念和基本原理—熱源模型第一節(jié)基本概念和基本原理—熱源模型前半部分橢球內(nèi)熱源分布為后半部分橢球內(nèi)熱源分布為a,b,c為橢球形狀參數(shù)。雙橢球形熱源形態(tài)雙橢球熱源分布函數(shù)

(2-21)(2-22)第一節(jié)基本概念和基本原理熱源作用時間因素的簡化瞬時熱源認(rèn)為熱源作用時間非常短（t→0）。即在某一瞬間就向構(gòu)件導(dǎo)入了熱量Q[J]，點焊，點固焊，栓塞焊及爆炸焊等接近于這種情況。連續(xù)作用熱源認(rèn)為在熱源作用期間內(nèi)，熱源以恒定的熱流密度Q[J/S]導(dǎo)入構(gòu)件，對于各種連續(xù)焊接，符合這種情況。第二節(jié)焊接溫度場一、瞬時固定熱源溫度場瞬時固定熱源可作為具有短暫加熱及隨后冷卻的焊接過程（如點焊）的簡化模型，其相應(yīng)的數(shù)學(xué)解還可以作為分析連續(xù)移動熱源焊接過程的基礎(chǔ)，因此具有重要意義。為獲得簡化的溫度場計算分式，需要做一些假設(shè)：在整個焊接過程中，熱物理常數(shù)不隨溫度而改變；焊件的初始溫度分布均勻，并忽略相變潛熱；二維或三維傳熱時，認(rèn)為彼此無關(guān)，互不影響；焊件的幾何尺寸認(rèn)為是無限的；熱源集中作用在焊件上是按點狀，線狀或面狀假定的。第二節(jié)整體溫度場作用于半無限體的瞬時點熱源在這種情況下，熱量Q在時間t=0的瞬間作用于半無限大立方體表面的中心處，熱量呈三維傳播，在任意方向距點熱源為R處的點經(jīng)過時間t時，溫度增加為T-T0。求解導(dǎo)熱微分方程，可有特解：

式中；Q—焊件瞬時所獲得的能量[J]；R—距熱源的距離，R2=X2+Y2+Z2[㎜]；t—傳熱時間[s]；c—焊件的容積[J/mm2℃]；a—導(dǎo)溫系數(shù)[mm2/s]。(2-28)第二節(jié)整體溫度場特解的證明：

由導(dǎo)熱微分方程式我們只要證明是上面微分方程一個特解即可。在此令則第二節(jié)整體溫度場特解的證明：同樣，求，即在ox方向上的溫度梯度：

則

同理第二節(jié)整體溫度場特解的證明：將上面?zhèn)€式代入導(dǎo)熱微分方程：

等式兩端完全相等，說明特解正確。因此，只要確定常數(shù)項，即可得到通解。此時溫度場是一個半徑為R的等溫球面，考慮到焊件為半無限體，熱量只在半球中傳播，則可對溫度場計算公式進行修正，即認(rèn)為熱量完全為半無限體獲得：T0為初始溫度。在熱源作用點（R=0）處，其溫度為

在此點，當(dāng)t=0時，T-T0→∞，這一實際情況不符合（電弧焊時，Tmax約為2500℃，這是點熱源簡化的結(jié)果）。第二節(jié)整體溫度場(2-39)(2-40)

隨著時間t延長，溫度T隨1/t3/2呈雙曲線趨勢下降，雙曲線高度與Q成正比。在中心以外的各點，其溫度開始時隨時間t的增加而升高，達到最大值以后，逐漸隨t→0而下降到環(huán)境強度T0。第二節(jié)整體溫度場第二節(jié)整體溫度場作用于無限大板的瞬時線熱源

在厚度為h的無限大板上，熱源集中作用于某點時，即相當(dāng)于線熱源（即沿板厚方向上熱能均勻分布）。

t=0時刻，熱量Q作用于焊件，焊接初始強度為T0。求解距熱源為R的某點，經(jīng)過t秒后的溫度。此時可用二維導(dǎo)熱微分方程求解，對于薄板來說，必須考慮與周圍介質(zhì)的換熱問題。作用于無限大板的瞬時線熱源當(dāng)薄板表面的溫度為T0時，在板上取一微元體hdxdy，在單位時間內(nèi)微元體損失的熱能為dQ:式中；2—考慮雙面散熱

—表面散熱系數(shù)[J/mm2sK]

T—板表面溫度[℃]

T0—周圍介質(zhì)溫度[℃]由于散熱使微元體hdxdys的溫度下降了dT，則此時失去的熱能應(yīng)為dQ:第二節(jié)整體溫度場（2-41）（2-42）作用于無限大板的瞬時線熱源上兩式相等，整理得：式中，b=2/ch被稱為散溫系數(shù)[s-1]。因此，焊接薄板時如考慮表面散熱、則導(dǎo)熱微分方程式中應(yīng)補充這一項，即：

第二節(jié)整體溫度場（2-43）（2-44）作用于無限大板的瞬時線熱源此微分方程的特解為：

此為薄板瞬時線熱源傳熱計算公式，可見，其溫度分布是平面的，以r為半徑的圓環(huán)。在熱源作用處（r=0），其溫度增加為：

溫度以1/t雙曲線趨勢下降，下降的趨勢比半無限體緩慢。第二節(jié)整體溫度場（2-45）（2-46）作用于無限長桿的瞬時面熱源熱量Q在t=0時刻作用于橫截面為A的無限長桿上的X=0處的中央截面，Q均布于A面積上，形成與面積有關(guān)系的熱流密度Q/A，熱量呈一維傳播。第二節(jié)整體溫度場同樣考慮散熱的問題，求解一維導(dǎo)熱微分方程，可得：式中，b*=L/cA,為細桿的散溫系數(shù)[1/s],=c+rL為細桿的周長[mm]；A為細桿的截面積[mm2]。（2-48）作用于無限長桿的瞬時面熱源在熱源作用處（X=0），溫度升高為熱流單向，在X=0處，溫度隨1/t1/2沿雙曲線下降，而趨勢更緩和。第二節(jié)整體溫度場（2-49）疊加原理焊接過程中常常遇到各種情況，工件上可能有數(shù)個熱源同時作用，也可能先后作用或斷續(xù)作用，對于這種情況，某一點的溫度變化可象單獨熱源作用那樣分別求解，然后再進行疊加。疊加原理：假設(shè)有若干個不相干的獨立熱源作用在同一焊件上，則焊件上某一點的溫度等于各獨立熱源對該點產(chǎn)生溫度的總和，即

其中；ri——第i個熱源與計算點之間的距離，

ti——第i個熱源相應(yīng)的傳熱時間。第二節(jié)整體溫度場疊加原理舉例：薄板上，A熱源作用5秒鐘后，B熱源開始作用，求B熱源作用10秒鐘后，P點的瞬時溫度。由題意可知：tA=15s，tB=10s,則第二節(jié)整體溫度場

有了迭加原理后，我們就可處理連續(xù)熱源作用的問題，即將連接熱源看成是無數(shù)個瞬時熱源迭加的結(jié)果。連續(xù)熱源作用下的溫度場

焊接過程中，熱源一般都是以一定的速度運動并連續(xù)用于工件上。前面討論的瞬時熱源傳熱問題為討論連續(xù)熱源奠定了理論基礎(chǔ)。在實際的焊接條件下，連續(xù)作用熱源由于運動速度（即焊接速度）不同，對溫度場會產(chǎn)生較大影響。一般可分為三種情況。①熱源移動速度為零，即相當(dāng)于缺陷補焊時的情況，此時可以得到穩(wěn)定的溫度場。②當(dāng)熱源移動速度較慢時，即相當(dāng)于手工電弧焊的條件，此時溫度分布比較復(fù)雜，處于準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)，理論上雖能得到滿意的數(shù)學(xué)模型，但與實際焊接條件有較大偏差。③熱源穩(wěn)動速度較快時，即相當(dāng)于快速焊接（如自動焊接）的情況，此時溫度場分布也較復(fù)雜，但可簡化后建立教學(xué)模型，定性分析實際條件下的溫度場。第二節(jié)整體溫度場作用于半無限體上的移動點熱源連續(xù)作用的移動熱源的溫度場的數(shù)學(xué)表達式可從迭加原理獲得，迭加原理的應(yīng)用范圍是線性微分方程式，而線性微分方程式則應(yīng)建立在材料特征值均與溫度無關(guān)的假設(shè)基礎(chǔ)上，這種線性化在很多情況下是可以被接受的。第二節(jié)整體溫度場作用于半無限體上的移動點熱源第二節(jié)整體溫度場

現(xiàn)假定：有不變功率為q的連續(xù)作用點熱源沿半無限體表面勻速直線移動，熱源移動速度為v。在t=0時刻熱源處于o0位置，熱源沿著o0x0坐標(biāo)軸運動。從熱源開始作用算起，經(jīng)過t時刻，熱源運動到o點，o0o的距離為vt，建立運動坐標(biāo)系oxyz，使ox軸與o0x0重合，o為運動坐標(biāo)系的原點，oy軸平行于o0y0,oz軸平行于o0z0。第二節(jié)整體溫度場現(xiàn)考察開始加熱之后的時刻t’，熱源位于o’（vt’,0,0）點，在時間微元dt’內(nèi)，熱源在o’點發(fā)出熱量dQ=qdt’。經(jīng)過t-t’時期的傳播，到時間t時，在A點(x0,y0,z0)引起的溫度變化為dT(t’)。在熱源移動的整個時間t內(nèi)，把全部路徑o0o上加進的瞬將熱源和所引起的在A點的微小溫度變化迭加起來，就得到A點的溫度變化T(t)應(yīng)用瞬時點熱源的熱傳播方程:此時

熱源持續(xù)時間是t-t0，則有第二節(jié)整體溫度場上式屬于固定是坐標(biāo)系(o0,x0,y0,z0)，對于運動坐標(biāo)系(o,x,y,z)來說，由于設(shè)t=t-t,帶入上式，得如果忽略焊接熱過程的起始和收尾階段（即不考慮起弧和收?。?，則作用于無限體上的勻速直線運動的熱源周圍的溫度場，可認(rèn)為是準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的溫度場。如果將此溫度場放在運動坐標(biāo)系中，就呈現(xiàn)為具有固定場參數(shù)的穩(wěn)態(tài)溫度場。

第二節(jié)整體溫度場下面，我們考慮極限狀態(tài)t∞，并設(shè)由于經(jīng)一系列變換之后，以等速度沿半無限體表面運動的、不變功率的點熱源的熱傳導(dǎo)過程極限狀態(tài)方程式，在運動坐標(biāo)系(oxyz)中，為：其中，R—動坐標(biāo)系中的空間動徑，即所考察點A到坐標(biāo)原點o的距離；x—A點在動坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)。第二節(jié)整體溫度場（2-57）討論：當(dāng)v=0,即為固定熱源時，等溫面為同心半球，溫度隨呈雙曲線下降;當(dāng)x=-R(熱源后方)，該點與運動速度v無關(guān);

當(dāng)x=R(熱源前方)，，可見，運動速度v越大，熱源前方的溫度下降就越快，當(dāng)v極大時，熱量傳播幾乎只沿橫向進行。

第二節(jié)整體溫度場半無限體上移動點熱源前方和后方的溫度分布，準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)，移動坐標(biāo)系第二節(jié)整體溫度場半無限體上的移動點熱源周圍的溫度場，a),b)x、y軸線上的溫度，c),d)表面和橫截面上的等溫線作用于無限大板上的移動線熱源無限擴展的平板上作用勻速、直線運動線狀熱源（速度為v，厚度方向的熱功率為q/h）,距移動熱源r處的溫度T為：其中：r2=x2+y2，

第二節(jié)整體溫度場（2-60）作用于無限大板上的移動線熱源為考察準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)溫度場，取極限狀態(tài)，設(shè)t∞，并設(shè)則第二節(jié)整體溫度場由于K0(u)可看作參數(shù)u的函數(shù)，叫做第二類虛自變量零次貝塞爾函數(shù)，其數(shù)值可以查表，u,則K0(u)

。而由此得極限狀態(tài)方程：為散溫系數(shù)。第二節(jié)整體溫度場（2-61）（2-62）平板上移動線熱源準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)溫度場如下圖所示。第二節(jié)整體溫度場對于固定線熱源(v=0)，連續(xù)加熱達到穩(wěn)定時(t∞)此時，等溫面的為同心圓柱。溫度隨r的下降b比半無限體時要緩慢，并取決于即取決于傳熱和熱擴散的比例。

作用于板上的移動線熱源周圍的溫度場，在運動坐標(biāo)系上的準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)，a),b)為坐標(biāo)軸x和y上的溫度T分布，c)班平面上的等溫線作用于無限長桿上得移動面熱源熱源移動速度為v，單位面積上的熱功率為q/A，距離熱源x處的溫度為：在x=0處（熱源位置）：T=Tmax=q/Acv。其中，P—桿橫截面周長,

A—桿橫截面積。第二節(jié)整體溫度場熱飽和經(jīng)前討論，熱源長時間作用后可導(dǎo)致極限狀態(tài)，在固定熱源的情況下，其相應(yīng)的溫度場是穩(wěn)定溫度場，即各點的溫度與時間無關(guān)，在移動熱源情況下，其相應(yīng)的溫度場是準(zhǔn)穩(wěn)定的溫度場，即在一相同的移動坐標(biāo)中，各點的溫度與時間無關(guān)。

固定熱源極限狀態(tài)：穩(wěn)定溫度場，各點溫度與時間無關(guān)

移動熱源極限狀態(tài)：準(zhǔn)穩(wěn)定溫度場，動坐標(biāo)系內(nèi)各點溫度與時間無關(guān)極限狀態(tài)的出現(xiàn)需要一定的時間，所研究的點距離熱源越遠達到極限狀態(tài)越晚。

第二節(jié)整體溫度場—熱飽和與溫度均勻化熱飽和時間

從開始熱輸入起，至獲得局部溫度的極限狀態(tài)Tli的時間稱為熱飽和時間。為了簡化對移動熱源的分析，可將局部溫度的變化用一個通用的熱飽和函數(shù)來描述：其中：i為一無量綱參數(shù)，與時間t成比例，而i為一無量綱參數(shù)，與研究點至熱源的距離r成比例(i=1,2,3)。第二節(jié)焊接溫度場—熱飽和與溫度均勻化

對于半無限體表面移動點熱源的三維熱擴散，有如下關(guān)系：其相應(yīng)的熱飽和的函數(shù)作用，見下圖。

第二節(jié)整體溫度場—熱飽和與溫度均勻化對于無限板上作用的移動線熱源的二維熱擴散，有：其相應(yīng)的熱飽和的函數(shù)作用，見下圖。

第二節(jié)整體溫度場—熱飽和與溫度均勻化對于作用于無限長桿上的移動面熱源的一維熱擴散，有：其相應(yīng)的熱飽和的函數(shù)作用，見下圖。

第二節(jié)整體溫度場—熱飽和與溫度均勻化如果空間熱流被限制在平面或線性條件下，熱飽和過程進行的較為緩慢。如果考察點距離熱源較近，則進行得較快。溫度均勻化當(dāng)熱源程停止加熱后，將開始一個與熱飽和相反的過程，由熱源造成的溫度的不均勻性逐漸被平衡，直至物體達到某一恒定的溫度，由于前期熱源作用，此溫度比原始溫度略有升高，與此過程有關(guān)的時間間隔被稱為溫度的均勻化時間。對這種情況的處理方法為：引入一個等效熱沉（具有負(fù)的熱功率），此熱沉與“連續(xù)并且未停止作用”的熱源（具有正的熱功率，）相迭加，以模擬熱源終止之后的情況。

第二節(jié)整體溫度場—熱飽和與溫度均勻化溫度均勻化用上述方法分析任一點的情況見右圖在熱源停止加熱時熱沉開始作用，負(fù)熱飽合曲線與正的熱飽和曲線相減，得到熱源終止后的情況。均勻化時間內(nèi)的溫度如下計算：應(yīng)注意：熱源為固定，則熱沉也固定，熱源為移動，熱沉也相應(yīng)移動。第二節(jié)整體溫度場—熱飽和與溫度均勻化應(yīng)用正和負(fù)的熱飽和曲線疊加的溫度均勻化模型第三節(jié)焊接熱循環(huán)焊接循環(huán)及其主要參數(shù)

在焊接過程中，工件的溫度隨著瞬時熱源或移動熱源的作用而發(fā)生變化，溫度隨時間由低而高，達到最大值后，又由高而低的變化被稱為焊接熱循環(huán)。簡單地說，焊接熱源循環(huán)就是焊件上溫度隨時間的變化，它描述了焊接過程中熱源對母材金屬的熱作用。

第三節(jié)焊接熱循環(huán)焊接循環(huán)及其主要參數(shù)在焊縫兩側(cè)距焊接遠近不同的點所經(jīng)歷的熱循環(huán)是不同的（見右圖），距焊縫越近的各點加熱最高溫度越高，越遠的點，加熱最高溫度越低。鋁合金跨焊縫不同位置的焊接熱循環(huán)1、加熱速度（H）焊接加熱速度要比熱處理時的加熱速度快得多，這種快速加熱使體系處于非平衡狀態(tài)，因而在其冷卻過程中必然影響熱影響區(qū)的組織和性能；如：H(加熱速度)—TP(相變溫度)，會導(dǎo)致奧氏體化程度和碳化物溶解程度。第三節(jié)焊接熱循環(huán)—主要參數(shù)2、加熱最高溫度(Tmax)

Tmax指工件上某一點在焊接過程中所經(jīng)歷的最高溫度，即該點熱循環(huán)曲線上的峰值溫度。考察位置不同最高溫度不同冷卻速度不同焊接組織不同性能不同。例如：熔合線附近（對一般低碳鋼和低合金鋼來說，其Tm可達1300—1350℃），由于溫度高，其母材晶粒發(fā)生嚴(yán)重長大，導(dǎo)致塑性降低。

第三節(jié)焊接熱循環(huán)—主要參數(shù)3、在相變溫度以上停留時間(tH)在相變溫度以上停留的時間越長，就會有利于奧氏體的均勻化過程。如果溫度很高時（如1100℃以上），即使時間不長，對某些金屬來說，也會造成嚴(yán)重的晶粒長大。為了研究問題方便，一般將tH分成兩部分。即

t’—加熱過程停留時間：t”—冷卻過程停留時間：

第三節(jié)焊接熱循環(huán)—主要參數(shù)4、冷卻速度(或冷卻時間)(c)冷卻速度是決定熱影響區(qū)組織和性能的最重要參數(shù)之一，是研究熱過程的重要內(nèi)容。通常我們說冷卻速度，可以是指一定溫度范圍內(nèi)的平均冷卻速度（或冷卻時間）也可以是指某一瞬時的冷卻速度。對于低碳鋼和低合復(fù)鋼來說，我們比較關(guān)心的熔合線附近在冷卻過程中經(jīng)過540℃時的瞬時速度，或者是從800℃降溫到500℃的冷卻時間t8-5,因為這個溫度范圍是相變最激烈的溫度范圍。

第三節(jié)焊接熱循環(huán)—主要參數(shù)下圖給出了幾個焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)第三節(jié)焊接熱循環(huán)—主要參數(shù)第三節(jié)焊接熱循環(huán)—主要參數(shù)板厚(㎜)焊接方法焊接線能量(J/CM)900℃以上停留時間冷卻速度900℃時的加熱速度(℃/S)備注加熱時間冷卻時間900℃550℃123510152550100100220TIGTIG埋弧自動埋弧自動埋弧自動埋弧自動埋弧自動電渣焊電渣焊電渣焊電渣焊940168037807140193204200010500050400067200011760009660000.40.62.02.54.09.025.0162.036.0125.01441.21.85.57132275335168312395340120544022951.02.30.830.860301295210.30.70.250.251700120070060020010060473.53.0對接無坡口對接無坡口對接有焊劑熱對接有焊劑熱v型對接有熱v型對接有熱v型對接有熱雙絲三絲板極雙絲單層電弧焊的電渣焊低合金鋼時近縫區(qū)熱循環(huán)參數(shù)

焊接熱循環(huán)參數(shù)可以用理論計算方法確定，也可以用近似算法和經(jīng)驗公式確定。有時為了精確，常將幾種方法聯(lián)合使用。并且這種計算往往要配合某些實驗，才能得到準(zhǔn)確的結(jié)果。第三節(jié)焊接熱循環(huán)—參數(shù)計算4、最高溫度的計算根據(jù)傳熱理論，焊件上某點的溫度經(jīng)過tm秒后達到最高溫度，此時其溫度變化速度應(yīng)為零，即：因此，可利用相應(yīng)的熱源傳熱公式求得Tmax值。

快速移動點熱源作用下的最高溫度半無限體上離點熱源移動軸的距離rx不遠處，其熱傳播過程可以近似表達為；

其中，為平面動徑的平方，動徑表示點到ox軸的距離，(由于為快速移動熱源，因而認(rèn)為熱量只沿重直運動方向的平面內(nèi)傳播)。對上式取對數(shù)：對此式求微分：

當(dāng)時，t=tm，，所以，達到最高溫度所需時間為

第三節(jié)焊接熱循環(huán)—參數(shù)計算快速移動點熱源作用下的最高溫度它代表有最高強度各點的軌跡最高溫度Tm為：

第三節(jié)焊接熱循環(huán)—參數(shù)計算快速移動線熱源作用時的最高溫度快速移動線熱源作用下進行平板對接焊接時，其溫度為：

當(dāng)時，對于靠近熱源移動軸的點，其散熱來不及顯著降低，即：btm<<1/2,則tm≈y02/2a，故最高溫度為：如果考慮散熱：第三節(jié)焊接熱循環(huán)—參數(shù)計算快速移動線熱源作用時的最高溫度上面是由傳熱理論推導(dǎo)出的計算公式，由于其原始的理論條件與實際的情況有較大差異，故準(zhǔn)確性方面存在不足。因此，也有人在理論的基礎(chǔ)上通過實驗建立了一些經(jīng)驗公式，如薄板對接焊時，母材表面上某點的最高溫度計算公式為：其中:T0—薄板初始溫度(℃)；

TM—母材的熔化溫度(℃)；

Y0—與熱源移動軸線的(垂直距離)(cm)。

第三節(jié)焊接熱循環(huán)—參數(shù)計算例題：巨型鋼件表面堆焊，電流I=200A，電弧電壓U=20V，電弧移動速度v=2mm/s，求出最高溫度達到500℃之處，離堆焊軸線的距離，（此時鋼開始喪失彈性）。（確定實際有效系數(shù)h=0.75）。解：查表確定，實際有效系數(shù)h=0.75，電弧有效熱功率為：q=hUI=0.7520200=3000(J/s)=720(cal/s)單位長度上的有效能量為q/v=3000/2=1500(J/mm)=720/0.2=3600(cal/cm)鋼在400℃的容積熱容量為

c=0.167.8=1.25(cal/cm3

℃)所以，Tm=0.234q/cvrx2=673.92/rx2=500℃

rx2≈1.35cm2,rx=1.16cm即離堆焊軸線1.16處的最高溫強度達到500℃，所需時間為

tm=rx2/4a=1.162/4×0.08=4.1(s)第三節(jié)焊接熱循環(huán)—參數(shù)計算相變溫度以上停留時間的計算第三節(jié)焊接熱循環(huán)—參數(shù)計算在一定溫度(包括相變溫度)以上的停留時間，可用計算方法，也可用圖解方法求得。由于tH是一個復(fù)雜的函數(shù)，運算過程十分煩瑣，故實際上常引無量鋼判據(jù)，再用圖解法求得，具體步驟為：今：為無量綱溫度判據(jù)。由此求出后，按圖查得f3、f2。相變溫度以上停留時間的計算點熱源作用時（厚大件上堆焊），用無因次系數(shù)f3，此時有：線熱源作用時（薄板上焊接），用無因次系數(shù)f2，此時有：

由公式可見；隨焊接線能量q/v的增加，高溫停留時間tH增大，且薄板焊接時，tH顯著增加。第三節(jié)焊接熱循環(huán)—參數(shù)計算瞬時冷卻速度c的計算

試驗證明，焊縫和熔合線附近的冷卻速度幾乎相同，因為距焊縫的不遠的各點，某瞬時溫度的冷卻速度相差不多，最大約差5—10%，因此在計算時只需計算焊縫的冷卻速度即可。第三節(jié)焊接熱循環(huán)—參數(shù)計算移動點熱源（大厚板堆焊）時c的計算由傳熱公式：

取r0=0(即在焊縫上)，并對t進行微分第三節(jié)焊接熱循環(huán)—參數(shù)計算移動線熱源（薄板對接）時c的計算由傳熱公式：令y0=0，并對t求微分：

第三節(jié)焊接熱循環(huán)—參數(shù)計算一般來說，當(dāng)板厚大于25㎜時，可將其視為厚板，板厚小于8㎜時，可視為薄板，分別套用上述二公式。當(dāng)板厚介于8-25㎜之間時，可利用原板公式并乘以一個修正系數(shù)K，即：

其中修正系數(shù)K=f()，可由右圖來查得。為無量綱系數(shù)。先求出，再按右圖查得K，代入上式，即可求出中厚板的冷卻速度c。

第三節(jié)焊接熱循環(huán)—參數(shù)計算多層焊接時的熱循環(huán)多層焊接時，焊接坡口由若干焊道填滿，焊道覆蓋于前一道焊道的上部，并產(chǎn)生相互的熱作用，使焊道被加熱若干次。在T型接頭雙面單道角焊縫、十字接頭或搭接接頭時，也有某種類型的多次加熱。按照多次加熱的局部迭加的相對位置，可區(qū)分為兩種極限情況。即“長段多層焊”和“短段多層焊”。第三節(jié)焊接熱循環(huán)—多層焊長段多層焊時的熱循環(huán)每次焊縫的長度較長(約為1.0—1.5m以上)，此時，當(dāng)焊完前一層，再焊后一層時，前層焊道已基本冷卻到了較低的溫度（一般多在100—200℃）。第三節(jié)焊接熱循環(huán)—多層焊右圖為長段多層焊時，焊接熱循環(huán)變化示意圖，在靠近焊縫的母材上，每一點只有一次超過奧氏體化溫度AC3，如果產(chǎn)生了馬氏體組織，它將被后續(xù)焊道退火，退火后的馬氏體硬度下降，使其強化行為變得更為有利，但是裂紋也可能在后一道焊接之前的短暫時間間隔內(nèi)產(chǎn)生。長段多層焊時的熱循環(huán)右圖示出了焊接接頭的熱影響區(qū)的橫截面上峰值溫度的局部分布和重復(fù)的時間順序示意圖。橫截面上各點多次受熱的情況取決于點的位置，有的點可能經(jīng)歷三次以上的重迭熱循環(huán)。每次循環(huán)的峰值溫度均不相同，結(jié)果造成許多不同的顯微組織，并相應(yīng)的改變其力學(xué)性能。

第三節(jié)焊接熱循環(huán)—多層焊短段多層焊時的熱循環(huán)短段多層焊時，每層焊縫較短（約為50—400㎜），此時，前層焊接道尚未冷卻，就開始了下一道的焊接，后條焊道是在前一條焊造成的預(yù)熱狀態(tài)下進行焊接的。

第三節(jié)焊接熱循環(huán)—多層焊短段多層焊時的熱循環(huán)適當(dāng)選擇焊接參數(shù)和焊縫長度，就可保證使第一焊道的冷卻溫度一開始就不降低至馬氏體生成溫度Ms點以下，并隨后續(xù)焊道的完成有利于產(chǎn)生貝氏體組織以代替馬氏體。而在焊接最后一道焊縫時，由于預(yù)熱的結(jié)果，有利于其冷卻速度的降低。這種方法可使每道焊縫的奧氏體化時間相對來說都很小，避免了不良的晶粒粗化，因此短道多層適合于硬化傾向大和晶粒粗化傾向大的鋼材的焊接。

這種工藝的缺點是操作煩瑣，生產(chǎn)率低。第三節(jié)焊接熱循環(huán)—多層焊短段多層焊時的熱循環(huán)對于短段多層來說，確定出合適的焊道長度具有重要意義。由焊接傳熱公式：以焊縫上某點的熱循環(huán)代替近縫區(qū)的熱循環(huán)，即取Y0=0，并忽略散熱系數(shù)(b=0)。則焊縫移動軸線上各點的冷卻時間為：第三節(jié)焊接熱循環(huán)—多層焊短段多層焊時的熱循環(huán)為使金屬不發(fā)生淬火，則冷卻的溫度應(yīng)不低于TB(TB≈Ms+50～80℃)，對于低合金鋼，Ms=200～350℃。假如經(jīng)過tc時間后，第一層焊縫可冷卻到TB，則其中，t2—電弧凈燃點燒時間；

t1—電弧間斷時間。令電弧凈燒系數(shù)為k2，k2=t2/tc，t2=k2/tc。一般，手工多層焊時，取k2=0.6～0.8，

自動焊多層焊時，取

k2=1。第三節(jié)焊接熱循環(huán)—多層焊短段多層焊時的熱循環(huán)所以，焊縫的實際長度l=vt2=vk2tc。將TB和tc代入上式，得其中，k3—接頭形式系數(shù)，對接接頭：k3=1.5十字接頭：k3=0.8丁安接頭：k3=0.9

搭接接頭：k3=0.9由此可確定焊縫的合適長度。

第三節(jié)焊接熱循環(huán)—多層焊短段多層焊時的熱循環(huán)例題:14MnMoNbB鋼，h=14mm，手工焊，短段多層對焊接，求合適的焊接長度。已知：Ms=400℃,=0.4J/cms℃,c=5.2J/cm3℃,T0=25℃。采用結(jié)857焊條(4)，I=200A,U=25V,v=0.2cm/s,取h=0.7。解：采用手工焊對接，則k2=0.7,k3=1.5

第三節(jié)焊接熱循環(huán)—多層焊第四節(jié)熔化區(qū)域的局部熱作用焊接電弧概述電弧作為一種（運動）導(dǎo)電體，被它自己的磁場包圍著，磁場也加速帶電粒子向電弧軸心運動，結(jié)果，電弧壓縮其自身，在陽極和陰極上形成很小的附著斑點（即陽極斑點和陰極斑點），電極上的斑點總是小于焊接熔池上的斑點，與極性無關(guān)。陽極斑點比較穩(wěn)定，而陰極斑點易于游動。電弧很容易為外部的磁力偏轉(zhuǎn)（磁偏吹效應(yīng)）。

熱平衡和熱流密度焊接熱源的有效力功率是進行熱過程分析中非常關(guān)鍵的問題，一般情況下，可利用焊接電弧的熱平衡來估算有效功率，

電弧的總電功率IU和構(gòu)件上的有效熱輸入q*之間的關(guān)系可用熱效率來表示：

熔化極焊接時，由于部分用于熔化電極的熱量和熔滴一起進入熔池，增加了對母材的加熱，因而熱效率的值較高。第四節(jié)對熔化區(qū)域的局部熱作用熱平衡和熱流密度焊接電流的類型，極性和強度對h影響較小。電弧長度(電弧電壓)↑,h↓。明弧的h<潛弧的h埋弧的h

由圖可以看出，就熱效率來說，熔化極優(yōu)于非熔化極，埋弧優(yōu)于明弧。第四節(jié)對熔化區(qū)域的局部熱作用熱平衡和熱流密度電流密度是集中在陽極和陰極的斑點上的，斑點位置在不停變化，斑點尺寸和數(shù)量也在不斷變化。因此，要精確確定電流的分布是十分困難的。一般在焊接熱過程計算中，尤其是用數(shù)值方法求解時，常引入熱源密度的概念，認(rèn)為熱源在一個較大的基本面積(加熱斑點)上，近似具有高斯正態(tài)分布。在加熱斑點中心，熱量產(chǎn)生主要是帶電粒子撞擊的結(jié)果，在周圍環(huán)形區(qū)域內(nèi)，對流和輻射加熱占主要地位。

第四節(jié)對熔化區(qū)域的局部熱作用熱平衡和熱流密度

陰、陽極斑點的直徑一般在毫米尺度，加熱斑點的直徑一般在厘米尺度，即比前者大一個數(shù)量級。

一般來說，電流I增加，熱源密度最大值qmax增加，加熱范圍增大，電壓增加，熱源高度最大值qmax增加，加熱范圍增大。

第四節(jié)對熔化區(qū)域的局部熱作用碳電極移動電弧的熱源密度q*與至中心徑向距離r的關(guān)系熱平衡和熱流密度第四節(jié)對熔化區(qū)域的局部熱作用金屬極與碳極相比，加熱范圍相同，但是熱源密度較高；埋弧和明弧相比，其熱源高度更為集中?？焖僖苿犹蓟?、金屬弧、埋弧電極的熱源密度q*與至中心徑向距離r的關(guān)系熱平衡和熱流密度從熱輸入的角度來看，只要qw=q/v恒定，不論如何保證恒定，對熱過程都是無關(guān)的，即低功率低速焊接和高功率高速焊接的作用似乎應(yīng)是一樣的，或小電流配合高電壓或大電流配合低電壓，其作用應(yīng)是相同的。但是實際情況是，在相同q、qw情況下