《熔化焊的熱過程》課件

熔化焊的熱過程熔化焊是一種廣泛應(yīng)用的焊接工藝，它涉及將工件加熱到熔點(diǎn)，并使用填充材料將其熔合在一起。熔化焊的基本原理加熱熔化焊是利用熱能將金屬工件加熱到熔化狀態(tài)，形成熔池。熔化熔池中的金屬與母材金屬相互熔合，冷卻后形成焊縫。結(jié)合焊縫將兩個(gè)或多個(gè)工件牢固地結(jié)合在一起，形成焊接接頭。熔化焊的熱源11.電弧熱電弧焊接中，電極與工件間形成的電弧產(chǎn)生高溫，熔化焊件。22.電阻熱電阻焊中，電流通過焊件，產(chǎn)生焦耳熱，使焊件熔化。33.激光熱激光焊接中，高能激光束照射焊件，產(chǎn)生熱量，使焊件熔化。44.電子束熱電子束焊接中，高速電子束轟擊焊件，產(chǎn)生熱量，使焊件熔化。電弧焊接的熱源電弧熱源電弧焊接是利用電弧產(chǎn)生的高溫，將工件加熱至熔化狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)焊接連接。電弧的熱量集中在焊條和工件接觸處，熔化焊條和工件材料，形成熔池。電弧種類焊接過程中使用的電弧種類多樣，包括直流電弧、交流電弧、脈沖電弧和等離子電弧，不同的電弧類型具有不同的熱量特性和焊接性能。電阻焊的熱源電阻焊熱源電阻焊利用電流通過接合部位的電阻產(chǎn)生熱量，將金屬加熱至熔化溫度，形成焊縫。接觸壓力在焊接過程中，施加一定的壓力，確保接觸面積并使焊接材料在熔化狀態(tài)下充分融合。設(shè)備電阻焊通常采用專門的焊接設(shè)備，包括電源、電極、壓力裝置等，以實(shí)現(xiàn)精確控制和高效焊接。高能密度焊接的熱源激光焊接激光焊接是一種高能密度焊接方法，利用激光束的熱能將工件熔化，實(shí)現(xiàn)焊接連接。激光束具有良好的方向性、單色性和高能量密度，可以實(shí)現(xiàn)高精度、高效率的焊接。激光焊接廣泛應(yīng)用于電子、航空航天、汽車等領(lǐng)域。電子束焊接電子束焊接是利用高能電子束的熱能實(shí)現(xiàn)焊接，電子束具有良好的方向性、高能量密度和高穿透力，可以焊接厚板或異種材料，廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、能源等領(lǐng)域。等離子弧焊接等離子弧焊接是利用等離子弧的熱能實(shí)現(xiàn)焊接，等離子弧是一種高溫、高電離度的電離氣體，具有良好的熱傳遞性和高能量密度，適用于各種金屬材料的焊接。脈沖磁場(chǎng)焊接脈沖磁場(chǎng)焊接是一種新型的焊接方法，利用高頻脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生熱量，將工件熔化，實(shí)現(xiàn)焊接連接。脈沖磁場(chǎng)焊接具有效率高、焊接速度快、熱影響區(qū)小的特點(diǎn)。焊接熱源模型焊接熱源模型是模擬焊接過程中熱量輸入和傳熱過程的數(shù)學(xué)模型。熱源模型可以幫助我們更好地理解焊接過程中的溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力、熱變形等現(xiàn)象。常見的焊接熱源模型包括點(diǎn)熱源模型、線熱源模型和面熱源模型。點(diǎn)熱源模型點(diǎn)熱源模型是將焊接熱源簡(jiǎn)化為一個(gè)無限小的點(diǎn)，該點(diǎn)集中了所有的熱量。該模型假設(shè)熱量均勻地向四周輻射，忽略了焊接熱源的大小和形狀的影響。點(diǎn)熱源模型在焊接熱分析中被廣泛應(yīng)用，它可以簡(jiǎn)化計(jì)算，并為焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化提供參考。線熱源模型線熱源模型假設(shè)焊接熱源是沿著焊縫方向延伸的直線熱源，熱量沿垂直于焊縫方向擴(kuò)散。該模型更接近實(shí)際焊接過程，適用于計(jì)算焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)溫度場(chǎng)變化。線熱源模型可分為移動(dòng)線熱源和固定線熱源模型，其中移動(dòng)線熱源更接近實(shí)際焊接過程。面熱源模型面熱源模型面熱源模型適用于激光焊接、電子束焊接等高能密度焊接過程。三維熱流場(chǎng)面熱源模型可以模擬焊接過程中熱量在焊件中的分布，并預(yù)測(cè)焊接熱影響區(qū)的范圍。溫度場(chǎng)模擬面熱源模型可以幫助工程師優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，例如焊接速度和功率，以獲得最佳的焊接質(zhì)量。熱量輸入與焊接速度焊接速度熱量輸入焊接速度快熱量輸入低焊接速度慢熱量輸入高焊接速度與熱量輸入密切相關(guān)。焊接速度快，熱量輸入低，反之亦然。焊接熱輸入的測(cè)量方法1熱電偶法測(cè)量焊接過程中焊件表面的溫度變化2熱流計(jì)法測(cè)量焊接過程中熱量流入焊件的速率3熱像儀法通過紅外線檢測(cè)焊接過程中的溫度分布4數(shù)值模擬法使用有限元分析軟件模擬焊接熱輸入焊接熱輸入的測(cè)量方法多種多樣，可以根據(jù)不同的需求選擇合適的方法。焊池及熔融金屬的流動(dòng)熔池形成焊接熱源作用下，工件材料熔化形成熔池。表面張力熔融金屬表面張力使熔池表面收縮，形成凹面。熱對(duì)流熔池內(nèi)部溫度梯度產(chǎn)生對(duì)流，影響熔池形狀和焊縫質(zhì)量。流動(dòng)方向熔池金屬流動(dòng)方向受焊接電流、熱源移動(dòng)速度等因素影響。焊池形狀與尺寸焊池形狀和尺寸受到多種因素影響，包括焊接工藝、焊接參數(shù)、材料性質(zhì)等。焊池形狀和尺寸對(duì)焊接質(zhì)量有重要影響，影響焊縫的熔深、熔寬、焊縫成形等。1-3mm典型的焊池深度3-10mm典型的焊池寬度10-50mm典型的焊池長(zhǎng)度焊縫截面特征形狀和尺寸焊接接頭的形狀和尺寸影響焊接接頭的強(qiáng)度和可靠性。熔合區(qū)熔合區(qū)是指焊縫金屬與母材金屬熔合在一起的區(qū)域，是焊接接頭的核心部分。熱影響區(qū)熱影響區(qū)是指焊接熱量影響到的區(qū)域，其金屬組織發(fā)生變化，但沒有完全熔化。缺陷焊接接頭可能會(huì)出現(xiàn)各種缺陷，如氣孔、夾渣、裂紋等，這些缺陷會(huì)影響焊接接頭的強(qiáng)度和可靠性。焊接熱循環(huán)過程預(yù)熱階段焊件溫度逐漸升高，材料熱物理性質(zhì)發(fā)生變化。加熱階段焊件溫度迅速升高，達(dá)到熔化溫度，形成熔池。冷卻階段焊件溫度逐漸降低，熔池凝固，形成焊縫和熱影響區(qū)。固化階段焊縫金屬和熱影響區(qū)冷卻至室溫，焊接熱循環(huán)結(jié)束。焊接熱循環(huán)的測(cè)量方法1熱電偶法熱電偶法是測(cè)量焊接熱循環(huán)的常用方法。熱電偶是一種由兩種不同金屬導(dǎo)體組成的傳感器，當(dāng)熱電偶連接點(diǎn)溫度發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差。通過測(cè)量電勢(shì)差，可以計(jì)算出焊接點(diǎn)處的溫度變化。2紅外熱像儀法紅外熱像儀可以測(cè)量物體表面的溫度分布，通過拍攝焊接過程中的紅外圖像，可以分析焊縫和熱影響區(qū)的溫度變化。3其他方法除了熱電偶法和紅外熱像儀法，還可以使用光纖傳感器、熱敏電阻等方法測(cè)量焊接熱循環(huán)。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的測(cè)量方法。焊接熱影響區(qū)顯微組織變化焊接熱影響區(qū)（HAZ）是指焊縫周圍母材受到焊接熱量影響而發(fā)生組織變化的區(qū)域。HAZ的組織變化取決于母材的成分、焊接工藝參數(shù)和冷卻速度。機(jī)械性能變化HAZ的機(jī)械性能也受到焊接熱量的影響，可能出現(xiàn)硬化、軟化或脆化等現(xiàn)象。這些變化會(huì)導(dǎo)致HAZ的強(qiáng)度、韌性、塑性和疲勞性能發(fā)生變化。焊接熱影響區(qū)的特征顯微組織變化焊接熱影響區(qū)金屬的顯微組織會(huì)發(fā)生變化，包括晶粒尺寸、形狀和分布。硬度變化焊接熱影響區(qū)金屬的硬度會(huì)發(fā)生變化，通常比母材硬度更高。強(qiáng)度變化焊接熱影響區(qū)金屬的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，可能會(huì)出現(xiàn)硬化或軟化現(xiàn)象。塑性變化焊接熱影響區(qū)金屬的塑性會(huì)發(fā)生變化，通常比母材塑性更低。焊接殘余應(yīng)力與變形1熱應(yīng)力焊接過程中的高溫加熱和冷卻，導(dǎo)致金屬材料熱膨脹和收縮，產(chǎn)生熱應(yīng)力。2塑性變形熱應(yīng)力超過材料的屈服強(qiáng)度，造成金屬材料的永久塑性變形。3殘余應(yīng)力焊接完成后，熱應(yīng)力部分釋放，但仍存在殘余應(yīng)力，影響焊接接頭的性能。4焊接變形焊接過程中，焊接接頭發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀發(fā)生變化。焊接殘余應(yīng)力的成因熱不均勻性焊接過程中，熱量集中在焊縫區(qū)域，導(dǎo)致局部溫度升高，而遠(yuǎn)離焊縫區(qū)域的溫度相對(duì)較低，形成熱梯度。材料的熱膨脹當(dāng)金屬受熱時(shí)會(huì)膨脹，冷卻時(shí)則收縮，由于焊縫區(qū)域溫度升高，材料膨脹，而遠(yuǎn)離焊縫區(qū)域的溫度相對(duì)較低，材料收縮。材料的塑性變形在焊接過程中，熔化金屬凝固后，焊接區(qū)域會(huì)發(fā)生塑性變形，這些變形會(huì)在冷卻過程中被鎖定，形成殘余應(yīng)力。焊接約束焊接工件被夾緊或固定，限制了金屬的自由膨脹和收縮，導(dǎo)致焊接區(qū)域產(chǎn)生殘余應(yīng)力。焊接變形的類型橫向變形焊接時(shí)，焊件由于熱量輸入而膨脹，導(dǎo)致焊件在垂直于焊縫方向上產(chǎn)生變形?？v向變形焊接時(shí)，焊件由于熱量輸入而膨脹，導(dǎo)致焊件在平行于焊縫方向上產(chǎn)生變形。焊接變形的控制措施預(yù)熱預(yù)熱可降低焊接過程中金屬的冷卻速度，減少熱應(yīng)力和變形。焊接順序合理的焊接順序可以使焊接應(yīng)力分布均勻，減少變形。夾緊夾緊工件可以限制焊接過程中的變形。焊接夾具使用焊接夾具可以有效地控制焊接過程中的變形。焊接熱處理消除內(nèi)應(yīng)力焊接熱處理可降低焊接過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，提高焊接接頭的強(qiáng)度和韌性，防止焊接裂紋的產(chǎn)生。改變組織結(jié)構(gòu)通過控制加熱和冷卻速度，可以改變焊接接頭的顯微組織結(jié)構(gòu)，提高焊接接頭的硬度、耐磨性、抗腐蝕性等。改善焊接性能焊接熱處理可以改善焊接接頭的塑性和韌性，提高焊接接頭的加工性能和使用性能。焊縫金屬的性能強(qiáng)度焊縫金屬應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度以承受施加的載荷。塑性焊縫金屬應(yīng)具有良好的塑性，以抵抗斷裂和變形。韌性焊縫金屬應(yīng)具有足夠的韌性以抵抗沖擊載荷。耐腐蝕性焊縫金屬應(yīng)具備良好的耐腐蝕性，以抵抗環(huán)境腐蝕。焊縫金屬的成分控制化學(xué)成分焊縫金屬化學(xué)成分直接影響其性能，如強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性等。成分控制通過選擇合適的焊接材料和工藝參數(shù)，可以控制焊縫金屬的成分，達(dá)到所需的性能要求。成分分析焊接完成后，需要對(duì)焊縫金屬進(jìn)行化學(xué)成分分析，以驗(yàn)證其是否符合要求。焊接質(zhì)量問題與控制常見的焊接質(zhì)量問題焊接缺陷是指焊接過程中產(chǎn)生的不符合焊接規(guī)范要求的缺陷，常見的焊接缺陷有：氣孔、夾渣、未焊透、焊縫裂紋等。焊接質(zhì)量控制方法焊接質(zhì)量控制是指通過采取一系列措施來確保焊接質(zhì)量達(dá)到要求，主要包括：工藝控制、材料控制、設(shè)備控制、人員控制和檢驗(yàn)控制。焊接質(zhì)量控制的方法11.焊接工藝參數(shù)控制控制焊接電流、電壓、速度和焊接材料等參數(shù)，確保焊接過程穩(wěn)定和一致性。22.焊接材料質(zhì)量控制選擇符合要求的焊接材料，并定期檢查其性能指標(biāo)，防止使用不合格材料。33.焊接人員技能控制加強(qiáng)對(duì)焊接人員的培訓(xùn)和考核，提高其操作技能和安全意識(shí)。44.焊接過程監(jiān)控使用各種檢測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控焊接過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正焊接缺陷。焊接熱過程分析的應(yīng)用焊接工藝優(yōu)化分析焊接熱過程可以優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，例如焊接速度、電流、電壓等，以提高焊接質(zhì)量和效率。焊接缺陷預(yù)測(cè)通過對(duì)焊接熱過程的模擬和分析，可以預(yù)測(cè)焊接過程中可能出現(xiàn)的缺陷，并采