焊接冶金學(xué)-基本原理

30三月2024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(mén)科學(xué)。熱傳遞：熱傳導(dǎo)、對(duì)流和熱輻射許多學(xué)科都涉及到傳熱學(xué)的問(wèn)題！焊接傳熱對(duì)焊接接頭形成過(guò)程中冶金過(guò)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(duì)流的作用。焊接傳熱過(guò)程研究?jī)?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(wèn)題。

1.1焊接過(guò)程分析焊接過(guò)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(guò)程的特點(diǎn)局部性——加熱和冷卻過(guò)程極不均勻瞬時(shí)性——1800K/s熱源是運(yùn)動(dòng)的焊接傳熱過(guò)程的復(fù)合性加熱過(guò)程冷卻過(guò)程1.2焊接熱源weldingheatsource

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(guò)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1.2焊接熱源weldingheatsource

焊接熱源的種類(lèi)-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？！?。?！1.2焊接熱源weldingheatsource點(diǎn)熱源（三維）pointheatsource厚大焊件焊接線(xiàn)熱源（二維）linearheatsource薄板焊接面熱源（一維）planeheatsource細(xì)棒磨擦焊

1.2焊接熱源weldingheatsource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: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1.2焊接熱源weldingheatsource焊接熱效率電弧功率電弧有效熱功率熱效率焊接方法η焊條電弧焊0.77～0.87埋弧焊0.77～0.90電渣焊0.83電子束及激光束>0.9TIG焊0.68～0.85MIG焊鋼0.66～0.69鋁0.70～0.851.3焊接溫度場(chǎng)fieldofweldtemperature狹義定義：某瞬時(shí)工件上各點(diǎn)的溫度分布某個(gè)熱流密度的熱源以恒定的速度沿x軸移動(dòng)，熱源周?chē)臏囟确植技础昂附訙囟葓?chǎng)”vtO’Oy’yz’zx焊件上各點(diǎn)瞬時(shí)溫度分布的溫度場(chǎng)對(duì)分析焊接傳熱過(guò)程,焊接物理冶金過(guò)程和焊接化學(xué)冶金過(guò)程至關(guān)重要。1.3焊接溫度場(chǎng)fieldofweldtemperature焊條電弧焊時(shí)，焊接電弧做為熱源，對(duì)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(chēng)為熔池焊接熔池形狀示意圖1.3焊接溫度場(chǎng)fieldofweldtemperature焊接熔池表面積內(nèi)部的流體流動(dòng)模式…商業(yè)軟件：ABAQUS,ANSYS,FLUENT,MARC,PHOENIX,ADINA,SYSWELD,…..1.3焊接溫度場(chǎng)fieldofweldtemperature等溫線(xiàn)等溫線(xiàn)不可能相交等溫線(xiàn)、等溫面之間有溫差大小：溫度梯度方向：垂直于等溫面焊縫1.3焊接溫度場(chǎng)fieldofweldtemperature隨著熱源的移動(dòng)，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1.3焊接溫度場(chǎng)fieldofweldtemperature坐標(biāo)示意圖xoy面上沿x軸的溫度分布xoy面上的等溫線(xiàn)yoz面上沿y軸的溫度分布yoz面上的等溫線(xiàn)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(chǎng)1.3焊接溫度場(chǎng)fieldofweldtemperature典型焊接溫度場(chǎng)穩(wěn)定溫度場(chǎng)不穩(wěn)定溫度場(chǎng)——常態(tài)一維溫度場(chǎng)二維溫度場(chǎng)三維溫度場(chǎng)焊接溫度場(chǎng)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1.3焊接溫度場(chǎng)fieldofweldtemperature熱輸入量q=常數(shù)，熱源移動(dòng)速度v對(duì)溫度場(chǎng)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(xiàn)的范圍變小溫度場(chǎng)的寬度和長(zhǎng)度均變小寬度顯著變小所以，等溫線(xiàn)的形狀變得細(xì)長(zhǎng)影響因素1.3焊接溫度場(chǎng)fieldofweldtemperature熱源移動(dòng)速度v=常數(shù)，熱輸入量q對(duì)溫度場(chǎng)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(xiàn)在焊縫橫向變窄等溫線(xiàn)在焊縫方向伸長(zhǎng)影響因素?zé)嵩匆苿?dòng)速度v熱源功率q增加1.3焊接溫度場(chǎng)fieldofweldtemperatureq/v=常數(shù)，熱輸入量及熱源移動(dòng)速度等比例變化時(shí)對(duì)溫度場(chǎng)的影響q/v保持為常數(shù)時(shí)同比例改變q和v等溫線(xiàn)拉長(zhǎng)溫度場(chǎng)范圍拉長(zhǎng)影響因素1.3焊接溫度場(chǎng)fieldofweldtemperature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(xiàn)熱源周?chē)臏囟葓?chǎng)影響因素1.4焊接熱循環(huán)

weldthermalcycle焊接熱循環(huán)在焊接過(guò)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(duì)被焊金屬的熱作用過(guò)程1.4焊接熱循環(huán)

weldthermalcycle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)的參數(shù)1.4焊接熱循環(huán)

weldthermalcycle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1.4焊接熱循環(huán)

weldthermalcycle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1.4焊接熱循環(huán)

weldthermalcycle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1.4焊接熱循環(huán)

weldthermalcycle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(guò)程中某一瞬時(shí)溫度的冷卻速度為了便于測(cè)量和分析比較，采用800～500oC的冷卻時(shí)間來(lái)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1.4焊接熱循環(huán)

weldthermalcycle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)