1焊接热过程及焊接冶金1传热及温度场ppt.
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6-焊接传热1
材料加工基础-焊接传热
山东大学材料科学与工程学院 孙俊生
1. 焊接热过程的特点
焊接热过程：被焊金属中存在的热输入、传播以及分布，称之为焊接热过程。 焊接热过程对焊接质量和焊接生产率的影响： •施加到被焊金属上的热能大小与分布状态决定了溶池的形状和尺寸； •焊接溶池进行冶金反应的程度与热的作用及溶池的存在时间有密切关系； •在加热和冷却过程中，溶池内部各部位的金属分别凝固、再结晶，热影响区 的金属还会发生显微组织的转变。焊缝和热影响区的组织与性能也与热的作用 有关； •由于焊接各部位经历不均匀的加热和冷却，从而造成不均匀的应力状态，产 生不同程度的应力和应变； •在焊接热作用下，受冶金、应力因素和被焊金属组织的共同影响，可能产生 各种形态的裂纹； •母材和焊条（焊丝）的熔化速度决定于焊接热效率，影响到焊接生产率。
z
P
讨论：（1）等温面的方程 传热时间为t，温度为T 1的等温面
Q R2 T exp( ) 3/ 2 cp (4at) 4at
R 2 4at (ln A ln T1 )
令
A
Q
cp (4at)
3
2
R2 则 T1 A exp( ) 4at
R2 ln T1 ln A 4at
T 2T 2T 2T a( 2 2 2 ) t x y z x, y, x
T
可以证明：
t 0
0
t0
2
Q R T exp( ) 3/ 2 cp (4at) 4at
y
O
x
式中：Q－焊件在瞬时所获得的热能（J） R－距热源的坐标距离， t－传热时间，工件获得Q热能的瞬时定为0并开始计时。 CP－被焊材料的容积比热(J/cm3· ℃) 2/s） a－被焊材料的导温系数（cm
山东大学材料科学与工程学院 孙俊生
1. 焊接热过程的特点
焊接热过程：被焊金属中存在的热输入、传播以及分布，称之为焊接热过程。 焊接热过程对焊接质量和焊接生产率的影响： •施加到被焊金属上的热能大小与分布状态决定了溶池的形状和尺寸； •焊接溶池进行冶金反应的程度与热的作用及溶池的存在时间有密切关系； •在加热和冷却过程中，溶池内部各部位的金属分别凝固、再结晶，热影响区 的金属还会发生显微组织的转变。焊缝和热影响区的组织与性能也与热的作用 有关； •由于焊接各部位经历不均匀的加热和冷却，从而造成不均匀的应力状态，产 生不同程度的应力和应变； •在焊接热作用下，受冶金、应力因素和被焊金属组织的共同影响，可能产生 各种形态的裂纹； •母材和焊条（焊丝）的熔化速度决定于焊接热效率，影响到焊接生产率。
z
P
讨论：（1）等温面的方程 传热时间为t，温度为T 1的等温面
Q R2 T exp( ) 3/ 2 cp (4at) 4at
R 2 4at (ln A ln T1 )
令
A
Q
cp (4at)
3
2
R2 则 T1 A exp( ) 4at
R2 ln T1 ln A 4at
T 2T 2T 2T a( 2 2 2 ) t x y z x, y, x
T
可以证明：
t 0
0
t0
2
Q R T exp( ) 3/ 2 cp (4at) 4at
y
O
x
式中：Q－焊件在瞬时所获得的热能（J） R－距热源的坐标距离， t－传热时间，工件获得Q热能的瞬时定为0并开始计时。 CP－被焊材料的容积比热(J/cm3· ℃) 2/s） a－被焊材料的导温系数（cm
焊接热过程及焊接冶金传热及温度场课件
焊接接头由母材、焊缝和焊接热影响区组成，这三个区域的成分、组织和性能各不相同。 母材的成分、组织及性能是由结构所选用的材料所决定的； 焊缝的成分、组织和性能与母材、焊接材料及焊接工艺有关； HAZ的成分取决于母材，而其组织和性能还与焊接工艺所决定的焊接温度场和热循环有关。
本章内容
基本概念 焊接传热及温度场 焊接热循环 焊接冶金 焊缝的组织与性能
热量总是从物体的高温部位向低温部位流动的，总是使温度趋于一致。热的流动符合Fourier定律。
假设热流的方向为n，在与n垂直的单位面积的截面上，单位时间内流出或流入的热量为qn， qn与热流方向的温度梯度成比例。
dn
n
dT/dn
T
qn
λ表示物体导热能力的热导率（导热系数）J/cm.s.℃ ,其物理意义为：温度相差1℃，相距1cm的两个平行的截面上，单位时间内沿垂直于该截面方向上流过的热量。
1.1 焊接传热
1.1.1 焊接热过程的特点
局部集中性 瞬时性 运动性
1.1.2 焊接温度场
焊件上各点在某一瞬时的温度分布 解析式 T=f (x,y,z,t) 图解法（等温线）
X
Y
Z
v
X
Y
密
疏
X
T
陡
缓
1) 焊接传热的基本形式
热传导 热对流 热辐射
固体内部或相接触的固体之间，因为内部原子（分子）的热运动而传递热量。是金属内部热交换的唯一形式。
Fourier定律只能提示出物体中某点温度梯度与热流向量的关系，并不能指出该点的温度与邻近点的温度有何联系，更不能回答一个点的温度是怎样随时间变化的。 根据Fourier定律，结合热力学第一定律（能量守恒定律）可推导出导热方程（热传导偏微分方程）。
本章内容
基本概念 焊接传热及温度场 焊接热循环 焊接冶金 焊缝的组织与性能
热量总是从物体的高温部位向低温部位流动的，总是使温度趋于一致。热的流动符合Fourier定律。
假设热流的方向为n，在与n垂直的单位面积的截面上，单位时间内流出或流入的热量为qn， qn与热流方向的温度梯度成比例。
dn
n
dT/dn
T
qn
λ表示物体导热能力的热导率（导热系数）J/cm.s.℃ ,其物理意义为：温度相差1℃，相距1cm的两个平行的截面上，单位时间内沿垂直于该截面方向上流过的热量。
1.1 焊接传热
1.1.1 焊接热过程的特点
局部集中性 瞬时性 运动性
1.1.2 焊接温度场
焊件上各点在某一瞬时的温度分布 解析式 T=f (x,y,z,t) 图解法（等温线）
X
Y
Z
v
X
Y
密
疏
X
T
陡
缓
1) 焊接传热的基本形式
热传导 热对流 热辐射
固体内部或相接触的固体之间，因为内部原子（分子）的热运动而传递热量。是金属内部热交换的唯一形式。
Fourier定律只能提示出物体中某点温度梯度与热流向量的关系，并不能指出该点的温度与邻近点的温度有何联系，更不能回答一个点的温度是怎样随时间变化的。 根据Fourier定律，结合热力学第一定律（能量守恒定律）可推导出导热方程（热传导偏微分方程）。
焊接冶金原理02焊接热过程2
2.2焊接温度场
3、被焊金属的热物理性质
热导率、比热容、容积比热容、表面传热系数和热晗等，其中热导 率和容积比热容对温度场影响最大。
金属物理性质对温度场分布的影响
2.2焊接温度场
4、焊件的厚度及形状
焊件的板厚、几何形状和所处的状态（包括环境温度、预热及后热）对 传热过程有很大的影响，因此也影响温度场的分布。
2.2焊接温度场
有限元分析示意图
2.2.5焊接温度场的影响因素 1、热源的性质
2.2焊接温度场Leabharlann 激光焊与CO2电弧焊温度场对比
2.2焊接温度场
2、焊接线能量
焊缝单位长度上输入的热量，即热源功率与焊接速度的比值，被称为焊 接线能量，一般情况下焊接热输入可采用线能量表征
焊接热输入及参数对温度场分布的影响
通过浮力流（a）和洛伦兹力流 （b）产生的熔池对比
3、表面张力
一般情况下，液体金属的表面张力 （γ）随着温度（T）的增加而降低， 一般称为负温度梯度
表面张力对流又称Marangoni对流
2.3焊接对流传热
典型金属表面张力随温度变化
表面张力梯度引起的对流
当熔池的表面存在这某些表面活性 物质时，表面张力梯度将由负值转 变为正值，这样会引起Marangoni对 流的换向，使熔深增加。在不锈钢 焊接中，具有这种作用的活性物质 有O、S、Se和Te等等。
焊接熔池：对流换热为主 固态金属：热传导为主
焊接熔池的流动行为对冶金行为的影响： 气孔、裂纹和焊缝组织等。
焊接传热机制示意图
2.3焊接对流传热
2.3.2电弧焊对流传热
焊接熔池的流动是在各种驱动力作用下的一种传质行为。对于TIG焊，熔 池中流体流动的驱动力主要包括浮力、洛仑兹力、熔池表面张力和等离 子流力。
第三章焊接过程中的冶金反应原理PPT课件
采用冶金方法对液态金属进行脱氮、脱氧、脱氢等除气 处理，是降低金属中气体含量的有效方法。
合金元素含量wMe /% 氮在二元系铁合金中的溶解度（1600℃）
23
三、氧化性气体对金属的氧化
主要讨论O2、CO2、H2O等气体对金属的氧化。
1、金属氧化还原方向的判据 2、氧化性气体对金属的氧化
24
1、金属氧化还原方向的判据
在由金属、金属氧化物和氧化性气体组成的系统中，采 用金属氧化物的分解压 Po2作为金属是否被氧化的判据。
（2）氢主要来源于水分，包括原材料（母材、焊接材料 等）本身含有的水分、材料表面吸附的水分以及铁锈或 氧化膜中的结晶水、化合水等。材料内的碳氢化合物和 材料表面的油污等也是氢的重要来源。 限制措施：焊材存放中防吸潮、焊前烘干和去除杂质 和油污。
35
✓ 限制气体的来源
（3） 氧主要来源于焊材或矿石，在焊接要求比较 高的合金钢和活泼金属时，应尽量选用不含氧或氧 含量少的焊接材料，如采用高纯度的惰性保护气体， 采用低氧或无氧的焊条、焊剂等。
5.92 62.72 31.36
31.36 ×10-2
P’O2 [FeO]max /×101.325kPa
3.81 ×10-9
1.08 ×10-7
1.35 ×10-6
5.3 ×10-5
－
－
－
纯CO2高温分解得到的平衡气相成分和气相中氧的分压 { Po2 }
随温度升高，气相中氧分压增大，氧化性增加。
温度高于铁的熔点以后， {Po2}远大于P'o2 高温下CO2对液态铁和其他许多金属来说均为活泼的氧化剂29。
30
✓ H2O对金属的氧化
H2O 气与 Fe 的反应式为： H2O气＋[ Fe ] ＝ [ FeO ] ＋ H2
合金元素含量wMe /% 氮在二元系铁合金中的溶解度（1600℃）
23
三、氧化性气体对金属的氧化
主要讨论O2、CO2、H2O等气体对金属的氧化。
1、金属氧化还原方向的判据 2、氧化性气体对金属的氧化
24
1、金属氧化还原方向的判据
在由金属、金属氧化物和氧化性气体组成的系统中，采 用金属氧化物的分解压 Po2作为金属是否被氧化的判据。
（2）氢主要来源于水分，包括原材料（母材、焊接材料 等）本身含有的水分、材料表面吸附的水分以及铁锈或 氧化膜中的结晶水、化合水等。材料内的碳氢化合物和 材料表面的油污等也是氢的重要来源。 限制措施：焊材存放中防吸潮、焊前烘干和去除杂质 和油污。
35
✓ 限制气体的来源
（3） 氧主要来源于焊材或矿石，在焊接要求比较 高的合金钢和活泼金属时，应尽量选用不含氧或氧 含量少的焊接材料，如采用高纯度的惰性保护气体， 采用低氧或无氧的焊条、焊剂等。
5.92 62.72 31.36
31.36 ×10-2
P’O2 [FeO]max /×101.325kPa
3.81 ×10-9
1.08 ×10-7
1.35 ×10-6
5.3 ×10-5
－
－
－
纯CO2高温分解得到的平衡气相成分和气相中氧的分压 { Po2 }
随温度升高，气相中氧分压增大，氧化性增加。
温度高于铁的熔点以后， {Po2}远大于P'o2 高温下CO2对液态铁和其他许多金属来说均为活泼的氧化剂29。
30
✓ H2O对金属的氧化
H2O 气与 Fe 的反应式为： H2O气＋[ Fe ] ＝ [ FeO ] ＋ H2
第一单元 焊接热过程解析
第一单元焊接热过程模块一焊接热过程及其特点大家好，上节课咱们研究了焊接过程的实质—使两个分开的物体（焊件）达到原子结合；焊接与其他连接方法的区别；焊接方法的分类等。
这节课咱们来研究下焊接热过程及其特点还有焊接热源。
焊接热过程及其特点一、焊接的一般过程（绘制板对接平面图、绘制P5 图1-1）一般焊接部位须经历加热--熔化—冶金反应—凝固结晶—固态相变—形成接头等过程，也可归纳成三个互相交错进行而又彼此联系的过程。
详细讲述焊接热过程、冶金过程、焊接时金属的结晶和相变过程。
焊接热过程在焊接热源作用下金属局部被加热与熔化，同时出现热量的传播和分布的现象，而且这种现象贯穿整个焊接过程的始终，这就是焊接热过程。
二、焊接热过程的特点1）焊接热量集中作用在焊件连接部位，而不是均匀加热整个焊件。
2）热作用的瞬时性，焊接时，热源以一定速度移动，焊件上任一点受热的作用都具瞬时性，即随时间而变。
三、焊接热过程对焊接质量的影响1）焊接热过程决定了焊接熔池的温度和存在时间。
2）在焊接热过程中，由于热传导的作用，近缝区可能产生淬硬、脆化或软化现象。
3）焊接是不均匀加热和冷却的过程。
4）焊接热过程对焊接生产率发生影响。
模块二焊接热源焊接需要外加能量，对于熔焊主要是热能。
现代焊接发展趋势是逐步向高质量、高效率、低劳动强度和低能耗的方向发展。
用于焊接的热量总是希望高度集中，能快速完成焊接过程，并能保证得到热影响区最窄及焊缝致密的接头。
1、常用的焊接热源焊接热源的性质与功率，决定了焊接加热的速度、加热的温度和加热的范围，将直接影响焊接质量和生产率。
因此，不断研制和开辟新的热源，对焊接技术的发展有重要作用。
生产中常用的焊接热源有以下几种：(1)电弧热电弧热利用熔化或不熔化的电极与焊件之间的电弧所产生的热量进行焊接。
电弧是目前应用最广的焊接热源。
(2)化学热化学热利用可燃性气体（如乙炔、液化石油气等）燃烧时放出的热量，或热剂（由一定成分的铝粉或镁粉、氧化铁粉、铁屑或铁合金等按一定比例配制而成）在一定温度下进行反应所产生的热量进行焊接。
焊接数值模拟PPT课件
；
3 K R02
z 0, H
q(x,
y,
z)
Q πR02 H
x2 y 2 R02 , z 0, H
所需给定的初始参数
热源总功率 Q = 3 500 W 热源高度 H = 0.01 m 热源开口半径 R0 = 0.003 m
热源总功率 Q = 3 500 W 热源形状参数 a = 0.003 m b = 0.010 m
3 R02
q(x, y, z) q(0,0,0) e3x2 / a2 e e 3z2 / b2 3 y2 / a2
q(0,0,0) 6 3Q a2bπ π
q(x, y) qm eK x2 y2
QK qm π
；
K
3 R02
q(x, y, z) qm eKx2 y2
qm
QK πH
For a review of the subject, see: T. DebRoy, Role of Interfacial Phenomena in Numerical Analysis of Weldability, Mathematical Modelling of Weld Phenomena II, The Institute of Materials, London, (1995) pp. 3-21.
• 焊接熔池中的流体动力学和热过程 • 热源与金属的相互作用
– 焊接电弧物理，焊接电弧的传热与传质
• 电弧作用于熔池表面的热能和压力分布 • 熔池表面的变形 • 液态金属的蒸发 • 氢及氮氧等在熔池及环境之间的分配
• 焊接冶金和焊接接头组织性能的预测，包括相变过程 • 焊接应力与变形 • 焊接过程中的氢扩散 • 特种焊的数值模拟
《熔化焊连接原理》PPT课件
➢ 温度场，准稳定温度场 ➢ 焊接热循环，了解多层焊的特点 ➢ 焊接接头包括焊缝、热影响区和熔合区。 ➢ 焊缝的熔合比 ➢ 焊接热过程贯穿整个焊接过程，对焊接接头的形成过程
（化学冶金、熔池凝固、固态相变、缺陷）以及接头性能 具有重要的影响。
1）熔池的形状和尺寸 熔池为半椭球，几何尺寸为：L=q2IU 其中，q2是比例系数，取决于焊接方法和焊接电流。 I是焊接电流，U是焊接电压， 焊接电流I焊接电压U与熔池宽度B和熔池深度H的关系： I↑，H↑，B↓；U↑，H↓，B↑。
1.1 熔化焊热过程及接头形成
2）熔池质量 手工电弧焊:熔池质量5克以下, 埋弧自动焊:熔池的质量小于100克 3）熔池的存在时间 熔池在液态存在的最大时间：tmax=L/v 几秒到几十秒 熔池平均存在时间：tcp=Gp/ρvＦW ＦW：焊缝的横截面积。
（3） 焊接时金属结晶和相变过程 焊接热过程---焊接化学冶金过程---熔池凝固和相变过程
1.1 熔化焊热过程及接头形成
（1）焊接接头的特征 焊接接头包括焊缝、热影响区和熔合区。
接头的质量包括焊缝、热影响区、熔合区。 焊接接头是指整个焊接区，不仅包括结合区，也包括其周围区域。
结合区即是焊缝（WM），熔池凝固并发生固态相变的区域 结合区邻近区即是母材中发生固态相变的区域，称为热影响区（HAZ）。 过渡区是指母材与焊缝交界处，也称为熔合区。
药皮焊条焊接时,三种形式
碱性焊条：短路过渡和大颗粒过渡； 酸性焊条：细颗粒过渡和附壁过渡。 1）熔滴的比表面积S：
S=Ag/ρVg=4πR2/(4/3πR3ρ)=3/Rρ • I↑,R↓,S↑，利于冶金反应进行。 • 熔滴的比表面积是相当大的，S=1000—
10000Cm2/kg
熔滴过渡 短路过渡 颗粒过渡 附壁过渡
（化学冶金、熔池凝固、固态相变、缺陷）以及接头性能 具有重要的影响。
1）熔池的形状和尺寸 熔池为半椭球，几何尺寸为：L=q2IU 其中，q2是比例系数，取决于焊接方法和焊接电流。 I是焊接电流，U是焊接电压， 焊接电流I焊接电压U与熔池宽度B和熔池深度H的关系： I↑，H↑，B↓；U↑，H↓，B↑。
1.1 熔化焊热过程及接头形成
2）熔池质量 手工电弧焊:熔池质量5克以下, 埋弧自动焊:熔池的质量小于100克 3）熔池的存在时间 熔池在液态存在的最大时间：tmax=L/v 几秒到几十秒 熔池平均存在时间：tcp=Gp/ρvＦW ＦW：焊缝的横截面积。
（3） 焊接时金属结晶和相变过程 焊接热过程---焊接化学冶金过程---熔池凝固和相变过程
1.1 熔化焊热过程及接头形成
（1）焊接接头的特征 焊接接头包括焊缝、热影响区和熔合区。
接头的质量包括焊缝、热影响区、熔合区。 焊接接头是指整个焊接区，不仅包括结合区，也包括其周围区域。
结合区即是焊缝（WM），熔池凝固并发生固态相变的区域 结合区邻近区即是母材中发生固态相变的区域，称为热影响区（HAZ）。 过渡区是指母材与焊缝交界处，也称为熔合区。
药皮焊条焊接时,三种形式
碱性焊条：短路过渡和大颗粒过渡； 酸性焊条：细颗粒过渡和附壁过渡。 1）熔滴的比表面积S：
S=Ag/ρVg=4πR2/(4/3πR3ρ)=3/Rρ • I↑,R↓,S↑，利于冶金反应进行。 • 熔滴的比表面积是相当大的，S=1000—
10000Cm2/kg
熔滴过渡 短路过渡 颗粒过渡 附壁过渡
焊接冶金学——基本原理
–描述焊接热源对被焊金属的热作用过程
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焊接冶金学——基本原理
1.4 焊接热循环 weld thermal cycle
➢ 焊接热循环的主要参数
① 加热速度 ② 加热的最高温度 ③ 在相变温度以上的停留时间 ④ 冷却速度或冷却时间
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•焊接热循环的参数
焊接冶金学——基本原理
1.4 焊接热循环 weld thermal cycle
化问题。
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焊接冶金学——基本原理
1.1 焊接过程分析
Ø 焊接过程
– 热源加热→熔化→冶金反应→
•加热过程
结晶→固态相变→接头（冷却而形成）
Ø 焊接热过程的特点
1. 局部性——加热和冷却过程极不均匀 2. 瞬时性——1800K/s 3. 热源是运动的 4. 焊接传热过程的复合性
•冷却过程
焊接冶金学——基本原理
1.2 焊接热源 welding heat source
➢ 热源在焊件上的分布
➢ 热流密度的分布
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•q:电弧的有效功率 •qm:加热斑点中心的最大比热流
•dH:回执斑点直径
•加热斑点的比热流分布---立体高斯锥体
焊接冶金学——基本原理
1.2 焊接热源 welding heat source
1.3 焊接温度场 field of weld temperature
➢ 焊条电弧焊时，焊接 电弧做为热源，对焊 条和母材进行加热
•焊接熔池形状示意图
➢ 在焊接热源作用下， 母材上所形成的具有 一定几何形状的液态 金属部分称为熔池
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焊接冶金学——基本原理
1.3 焊接温度场 field of weld temperature
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焊接冶金学——基本原理
1.4 焊接热循环 weld thermal cycle
➢ 焊接热循环的主要参数
① 加热速度 ② 加热的最高温度 ③ 在相变温度以上的停留时间 ④ 冷却速度或冷却时间
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•焊接热循环的参数
焊接冶金学——基本原理
1.4 焊接热循环 weld thermal cycle
化问题。
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焊接冶金学——基本原理
1.1 焊接过程分析
Ø 焊接过程
– 热源加热→熔化→冶金反应→
•加热过程
结晶→固态相变→接头（冷却而形成）
Ø 焊接热过程的特点
1. 局部性——加热和冷却过程极不均匀 2. 瞬时性——1800K/s 3. 热源是运动的 4. 焊接传热过程的复合性
•冷却过程
焊接冶金学——基本原理
1.2 焊接热源 welding heat source
➢ 热源在焊件上的分布
➢ 热流密度的分布
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•q:电弧的有效功率 •qm:加热斑点中心的最大比热流
•dH:回执斑点直径
•加热斑点的比热流分布---立体高斯锥体
焊接冶金学——基本原理
1.2 焊接热源 welding heat source
1.3 焊接温度场 field of weld temperature
➢ 焊条电弧焊时，焊接 电弧做为热源，对焊 条和母材进行加热
•焊接熔池形状示意图
➢ 在焊接热源作用下， 母材上所形成的具有 一定几何形状的液态 金属部分称为熔池
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焊接冶金学——基本原理
1.3 焊接温度场 field of weld temperature
金属材料焊接及热处理课件
焊接与热处理的交互作用
通过合理的焊接和热处理工艺的结合，可以优化金属材料 的性能，提高焊接接头的质量和使用寿命。
结合应用实例
在制造高强度和高耐腐蚀性的金属结构时，焊接与热处理 的结合应用是非常关键的，例如在石油化工和海洋工程领 域中的重型设备和管道的制造。
06 金属材料的焊接与热处理 的未来发展
新材料的发展趋势
选择合适的焊接材料可以获得优质的焊接接头，并提高焊接接头的耐腐蚀性能和力 学性能。
焊接工艺参数的确定
焊接工艺参数的确定包括焊接电流、 焊接电压、焊接速度、预热温度、后 热处理等参数的确定。
预热温度和后热处理对于低碳钢和低 合金钢的焊接非常重要，可以减少焊 接裂纹和改善焊接接头的性能。
焊接电流和焊接电压是影响焊接质量 的关键参数，需要根据焊接方法和焊 接材料进行选择和调整。
、等离子弧焊等方法。
根据金属材料的物理和化学性质 ，选择合适的焊接方法可以获得 优质的焊接接头，并提高焊接效
率。
焊接材料的选择
焊接材料的选择应根据母材的化学成分、力学性能和使用条件等因素综合考虑。
对于低碳钢和低合金钢，通常选择与母材匹配的焊接材料；对于不锈钢，则选择与 母材成分相近或相同的焊接材料。
金属材料的可焊性
可焊性定义
金属材料的可焊性是指该金属材 料在一定的焊接工艺条件下，能 否获得优质焊接接头的难易程度
。
影响可焊性的因素
金属材料的化学成分、纯度、组织 结构、厚度等都会影响其可焊性。
可பைடு நூலகம்性分类
根据可焊性的难易程度，金属材料 可分为易焊接材料、较易焊接材料 、较难焊接材料和难焊接材料。
02 金属材料热处理基础
焊接的种类
包括熔化焊、压力焊和钎焊等， 每种焊接方法都有其特定的应用 场景和优缺点。
通过合理的焊接和热处理工艺的结合，可以优化金属材料 的性能，提高焊接接头的质量和使用寿命。
结合应用实例
在制造高强度和高耐腐蚀性的金属结构时，焊接与热处理 的结合应用是非常关键的，例如在石油化工和海洋工程领 域中的重型设备和管道的制造。
06 金属材料的焊接与热处理 的未来发展
新材料的发展趋势
选择合适的焊接材料可以获得优质的焊接接头，并提高焊接接头的耐腐蚀性能和力 学性能。
焊接工艺参数的确定
焊接工艺参数的确定包括焊接电流、 焊接电压、焊接速度、预热温度、后 热处理等参数的确定。
预热温度和后热处理对于低碳钢和低 合金钢的焊接非常重要，可以减少焊 接裂纹和改善焊接接头的性能。
焊接电流和焊接电压是影响焊接质量 的关键参数，需要根据焊接方法和焊 接材料进行选择和调整。
、等离子弧焊等方法。
根据金属材料的物理和化学性质 ，选择合适的焊接方法可以获得 优质的焊接接头，并提高焊接效
率。
焊接材料的选择
焊接材料的选择应根据母材的化学成分、力学性能和使用条件等因素综合考虑。
对于低碳钢和低合金钢，通常选择与母材匹配的焊接材料；对于不锈钢，则选择与 母材成分相近或相同的焊接材料。
金属材料的可焊性
可焊性定义
金属材料的可焊性是指该金属材 料在一定的焊接工艺条件下，能 否获得优质焊接接头的难易程度
。
影响可焊性的因素
金属材料的化学成分、纯度、组织 结构、厚度等都会影响其可焊性。
可பைடு நூலகம்性分类
根据可焊性的难易程度，金属材料 可分为易焊接材料、较易焊接材料 、较难焊接材料和难焊接材料。
02 金属材料热处理基础
焊接的种类
包括熔化焊、压力焊和钎焊等， 每种焊接方法都有其特定的应用 场景和优缺点。
焊接热处理操作工艺PPT课件
• （5）采用柔性陶瓷电阻加热器进行预热时，热 电偶应布置在加热区以内，并必须保证热电偶 的热端与焊件接触良好。同时，还应使用其他 方法检测坡口处的温度。
• （6）感应加热时，已绝缘的热电偶本身应相互 扭紧，其引出方向应与感应圈互相垂直。电阻 加热时热电偶的热端要用绝热材料可靠地保护， 防止热源直接辐射，产生误差，。
图； 确定各种工作表格等。
• 现行电站工程焊后热处理执行的技术要求、规范和标准 主要有：
（1）设计图纸和说明书； （2）《火力发电厂焊接技术规程》（DL/T 869-20XX） （3）《火力发电厂焊接热处理规程》（DL/T 819-2010） （4）《火力发电厂焊接工艺评定规程》（DL/T 868-
加热时造成控制错误。 • 10、设安全围栏。 • 11、联系—通电；根据被处理件确定热处理参数，设
置控温曲线，检查合格后运行控制设备，监控至过程结 束；热处理完的焊口，做好标识。 • 12、收集整理记录资料。包括热处理曲线的整理与收 集 、 技 术 记 录 及 记 录 图第纸8页等/共。35页
• 2.1.3计量器具要求 • ⑴焊接热处理所使用的计量器具必须经过校验，并在有效期内使
第4页/共35页
焊接工艺评定一般过程是：
• 根据金属材料的焊接性能，按照图样设计规定和制造工艺拟定 焊接工艺指导书，
• 施焊试件和制取试样， • 测定焊接接头是否具有规定的基本性能， • 提出焊接工艺评定报告对拟定的焊接工艺指导书进行评价。 • （在评定过程中有关焊接热处理重要因素有三个方面1、预热温
• （3）利用预先在被处理件上焊接的螺丝压紧件，将热 电偶的热端拧压在工件上；采用平头螺丝或将螺栓加工 成平头，预先在螺母的一侧底部钻一半圆孔，将螺丝点 焊在工件上，热电偶从孔中插入，用螺丝压紧即可，在 保证压紧热电偶的情况下，螺丝应尽量短，以便加热炉 贴紧管壁。还要注意防止热电偶的短路。
• （6）感应加热时，已绝缘的热电偶本身应相互 扭紧，其引出方向应与感应圈互相垂直。电阻 加热时热电偶的热端要用绝热材料可靠地保护， 防止热源直接辐射，产生误差，。
图； 确定各种工作表格等。
• 现行电站工程焊后热处理执行的技术要求、规范和标准 主要有：
（1）设计图纸和说明书； （2）《火力发电厂焊接技术规程》（DL/T 869-20XX） （3）《火力发电厂焊接热处理规程》（DL/T 819-2010） （4）《火力发电厂焊接工艺评定规程》（DL/T 868-
加热时造成控制错误。 • 10、设安全围栏。 • 11、联系—通电；根据被处理件确定热处理参数，设
置控温曲线，检查合格后运行控制设备，监控至过程结 束；热处理完的焊口，做好标识。 • 12、收集整理记录资料。包括热处理曲线的整理与收 集 、 技 术 记 录 及 记 录 图第纸8页等/共。35页
• 2.1.3计量器具要求 • ⑴焊接热处理所使用的计量器具必须经过校验，并在有效期内使
第4页/共35页
焊接工艺评定一般过程是：
• 根据金属材料的焊接性能，按照图样设计规定和制造工艺拟定 焊接工艺指导书，
• 施焊试件和制取试样， • 测定焊接接头是否具有规定的基本性能， • 提出焊接工艺评定报告对拟定的焊接工艺指导书进行评价。 • （在评定过程中有关焊接热处理重要因素有三个方面1、预热温
• （3）利用预先在被处理件上焊接的螺丝压紧件，将热 电偶的热端拧压在工件上；采用平头螺丝或将螺栓加工 成平头，预先在螺母的一侧底部钻一半圆孔，将螺丝点 焊在工件上，热电偶从孔中插入，用螺丝压紧即可，在 保证压紧热电偶的情况下，螺丝应尽量短，以便加热炉 贴紧管壁。还要注意防止热电偶的短路。
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a c
称导温系数（热扩散率），cm2/s
2 2 2 2 2 2 2 x y z
▽2 — Laplacian
Hale Waihona Puke 导热方程（热传导偏微分方程）
T 1 T T T t c x x y y z z
热对流 通过运动的传热介质质点来传 递热量。因为不同温度下质点 的密度不同，而产生传热。
热辐射
通过受热物体内部原子振动 而产生的电磁波来传递热量。 热量从一个物体（热体）的 表面向外发射，到达另一物 体（冷体）表面时转化为热 能。
以电弧焊为例：
电弧热
对流 辐射
母材 焊丝
母材和焊丝中的传热以热 传导为主。
λ表示物体导热能力的热导率（导 热系数）J/cm.s.℃ ,其物理意义为：温 度相差1℃，相距1cm的两个平行的截 面上，单位时间内沿垂直于该截面方 向上流过的热量。
Fourier定律只能提示出物体中某点 温度梯度与热流向量的关系，并不能指 出该点的温度与邻近点的温度有何联系， 更不能回答一个点的温度是怎样随时间 变化的。 根据Fourier定律，结合热力学第一 定律（能量守恒定律）可推导出导热方 程（热传导偏微分方程）。
1 焊接热过程
钢的生产
钢的生产有两个过 程：先将铁矿石原料在 高 炉 中 熔 炼 成 生 铁 (pig iron)，称为炼铁；再由生 铁在炼钢炉中熔炼成钢， 称为炼钢。
炼铁
铁在自然界中以赤铁矿 (Hematite Fe2O3) 、 磁 铁 矿 (Magnetite Fe3O4) 、 褐 铁 矿 (Limonite 2Fe2O3· 3H2O)等形式存在。 炼铁的过程实际上是一个将铁 还原的过程，还原剂为焦炭。
412 410 460
26
102 12 75
0.0002
7.5
25
酸 性 焊 条
0.0009
碱 性 焊 条
0.07
0.23
0.43
0.026
0.051
0.0005
345
459
29
121
0.45
母材 焊缝
光焊丝
C、Si 、Mn减少
0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15
而气体杂质均增多
N几乎增加27倍
T 2 a T t
3)焊接温度场求解的假设条件
焊接温度场
T f x, y, z, t
是上述热传导偏微分方程的一个定解，求 解该方程的方法有两大类：分析解、近似 解（数值解）
Si
0.07 0.18 0.02 0.07
Mn
0.66 0.44 0.02 0.36
N
0.005 0.004 0.140 0.013
O
0.021 0.03 0.210 0.099
H
0.0001
σs MPa
-
σb MPa
-
δ5 %
-
AKV20
J
-
0.13 0.20 0.03 0.06
0.0005
235 302 321
0.2
0.1 0.05 0 C Mn
母材 焊缝
Si
氧增加8倍
氢增加1倍。
0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 N O
H
对性能的影响
• 强度影响不大 • 塑性、韧性急剧 下降。
母材 σs/ MPa σb/ MPa δ/% Ak / J
235 412 26 102
母材 BM
焊缝 WM
焊接热影响 区 HAZ
焊接接头由母材、焊缝和焊接热影 响区组成，这三个区域的成分、组织和性 能各不相同。 母材的成分、组织及性能是由结构 所选用的材料所决定的； 焊缝的成分、组织和性能与母材、 焊接材料及焊接工艺有关； HAZ 的成分取决于母材，而其组织 和性能还与焊接工艺所决定的焊接温度场 和热循环有关。
焊缝
302 410 7.5
12
正常药皮焊条
当采用正常药皮焊条时， C 、 Si 、Mn的成分得以保证，气体杂 质数量有所减少，但仍比焊丝中 的含量高得多，氢的含量与钢板 相近。熔敷金属的性能与母材相 当。
焊缝成分特点
焊接时，焊缝金属的成分 是会发生变化的，有益合金元 素会被烧损，有害元素则可能 增多，焊缝金属成分一般难以 同填充金属或母材完全相同。
2）热传导基本方程
热量总是从物体的高温 部位向低温部位流动的， 总是使温度趋于一致。 热的流动符合 Fourier 定 律。
假设热流的方向为 n ，在与 n 垂直的 单位面积的截面上，单位时间内流 出或流入的热量为qn， qn与热流方 向的温度梯度成比例。
dT/dn dn T
qn
n
dT qn dn
1.1 焊接传热
1.1.1 焊接热过程的特点
• 局部集中性
• 瞬时性 • 运动性
1.1.2 焊接温度场
焊件上各点在某一瞬时的温度分布 • 解析式 T=f (x,y,z,t) • 图解法（等温线）
Y
X
v
X
疏
T
密
Y
缓
Z
陡
X
1) 焊接传热的基本形式
• 热传导
• 热对流 • 热辐射
热传导
固体内部或相接触的固 体之间，因为内部原子 （分子）的热运动而传 递热量。是金属内部热 交换的唯一形式。
T 1 T T t c x x y y
c — 比热，J/g ℃
T z z
ρ — 密度，g/cm3
假设物体内热传导各向同性，则λ为常数
T 2 a T t
炼钢
生铁中碳的含量平均达 3.5%~4.5% ， 而 钢 的 含 碳 量 <2.11% ，一般均低于 1.3% 。炼 钢就是以生铁为原料，通过一系 列的冶金反应将含碳量降低，实 际上是一个碳的氧化过程。
焊接接头
Tmax
A1
焊接过程中母材 上最高温度高于 A1 的 区 域 的 组 织 和性能会发生变 化，称焊接热影 响 区 (Heat-affected Zone)
本章内容
• 基本概念 • 焊接传热及温度场 • 焊接热循环 • 焊接冶金 • 焊缝的组织与性能
焊缝的化学成分
由于焊接的高温及焊接区内的各种焊接冶金反应，焊 缝的化学成分、组织及性能同母材有相当大的差别。
低碳钢母材熔敷金属的成分及性能 化学成分wt %
常温力学性能
C
焊丝 钢板
熔 敷 金 属
无保护 光焊丝
称导温系数（热扩散率），cm2/s
2 2 2 2 2 2 2 x y z
▽2 — Laplacian
Hale Waihona Puke 导热方程（热传导偏微分方程）
T 1 T T T t c x x y y z z
热对流 通过运动的传热介质质点来传 递热量。因为不同温度下质点 的密度不同，而产生传热。
热辐射
通过受热物体内部原子振动 而产生的电磁波来传递热量。 热量从一个物体（热体）的 表面向外发射，到达另一物 体（冷体）表面时转化为热 能。
以电弧焊为例：
电弧热
对流 辐射
母材 焊丝
母材和焊丝中的传热以热 传导为主。
λ表示物体导热能力的热导率（导 热系数）J/cm.s.℃ ,其物理意义为：温 度相差1℃，相距1cm的两个平行的截 面上，单位时间内沿垂直于该截面方 向上流过的热量。
Fourier定律只能提示出物体中某点 温度梯度与热流向量的关系，并不能指 出该点的温度与邻近点的温度有何联系， 更不能回答一个点的温度是怎样随时间 变化的。 根据Fourier定律，结合热力学第一 定律（能量守恒定律）可推导出导热方 程（热传导偏微分方程）。
1 焊接热过程
钢的生产
钢的生产有两个过 程：先将铁矿石原料在 高 炉 中 熔 炼 成 生 铁 (pig iron)，称为炼铁；再由生 铁在炼钢炉中熔炼成钢， 称为炼钢。
炼铁
铁在自然界中以赤铁矿 (Hematite Fe2O3) 、 磁 铁 矿 (Magnetite Fe3O4) 、 褐 铁 矿 (Limonite 2Fe2O3· 3H2O)等形式存在。 炼铁的过程实际上是一个将铁 还原的过程，还原剂为焦炭。
412 410 460
26
102 12 75
0.0002
7.5
25
酸 性 焊 条
0.0009
碱 性 焊 条
0.07
0.23
0.43
0.026
0.051
0.0005
345
459
29
121
0.45
母材 焊缝
光焊丝
C、Si 、Mn减少
0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15
而气体杂质均增多
N几乎增加27倍
T 2 a T t
3)焊接温度场求解的假设条件
焊接温度场
T f x, y, z, t
是上述热传导偏微分方程的一个定解，求 解该方程的方法有两大类：分析解、近似 解（数值解）
Si
0.07 0.18 0.02 0.07
Mn
0.66 0.44 0.02 0.36
N
0.005 0.004 0.140 0.013
O
0.021 0.03 0.210 0.099
H
0.0001
σs MPa
-
σb MPa
-
δ5 %
-
AKV20
J
-
0.13 0.20 0.03 0.06
0.0005
235 302 321
0.2
0.1 0.05 0 C Mn
母材 焊缝
Si
氧增加8倍
氢增加1倍。
0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 N O
H
对性能的影响
• 强度影响不大 • 塑性、韧性急剧 下降。
母材 σs/ MPa σb/ MPa δ/% Ak / J
235 412 26 102
母材 BM
焊缝 WM
焊接热影响 区 HAZ
焊接接头由母材、焊缝和焊接热影 响区组成，这三个区域的成分、组织和性 能各不相同。 母材的成分、组织及性能是由结构 所选用的材料所决定的； 焊缝的成分、组织和性能与母材、 焊接材料及焊接工艺有关； HAZ 的成分取决于母材，而其组织 和性能还与焊接工艺所决定的焊接温度场 和热循环有关。
焊缝
302 410 7.5
12
正常药皮焊条
当采用正常药皮焊条时， C 、 Si 、Mn的成分得以保证，气体杂 质数量有所减少，但仍比焊丝中 的含量高得多，氢的含量与钢板 相近。熔敷金属的性能与母材相 当。
焊缝成分特点
焊接时，焊缝金属的成分 是会发生变化的，有益合金元 素会被烧损，有害元素则可能 增多，焊缝金属成分一般难以 同填充金属或母材完全相同。
2）热传导基本方程
热量总是从物体的高温 部位向低温部位流动的， 总是使温度趋于一致。 热的流动符合 Fourier 定 律。
假设热流的方向为 n ，在与 n 垂直的 单位面积的截面上，单位时间内流 出或流入的热量为qn， qn与热流方 向的温度梯度成比例。
dT/dn dn T
qn
n
dT qn dn
1.1 焊接传热
1.1.1 焊接热过程的特点
• 局部集中性
• 瞬时性 • 运动性
1.1.2 焊接温度场
焊件上各点在某一瞬时的温度分布 • 解析式 T=f (x,y,z,t) • 图解法（等温线）
Y
X
v
X
疏
T
密
Y
缓
Z
陡
X
1) 焊接传热的基本形式
• 热传导
• 热对流 • 热辐射
热传导
固体内部或相接触的固 体之间，因为内部原子 （分子）的热运动而传 递热量。是金属内部热 交换的唯一形式。
T 1 T T t c x x y y
c — 比热，J/g ℃
T z z
ρ — 密度，g/cm3
假设物体内热传导各向同性，则λ为常数
T 2 a T t
炼钢
生铁中碳的含量平均达 3.5%~4.5% ， 而 钢 的 含 碳 量 <2.11% ，一般均低于 1.3% 。炼 钢就是以生铁为原料，通过一系 列的冶金反应将含碳量降低，实 际上是一个碳的氧化过程。
焊接接头
Tmax
A1
焊接过程中母材 上最高温度高于 A1 的 区 域 的 组 织 和性能会发生变 化，称焊接热影 响 区 (Heat-affected Zone)
本章内容
• 基本概念 • 焊接传热及温度场 • 焊接热循环 • 焊接冶金 • 焊缝的组织与性能
焊缝的化学成分
由于焊接的高温及焊接区内的各种焊接冶金反应，焊 缝的化学成分、组织及性能同母材有相当大的差别。
低碳钢母材熔敷金属的成分及性能 化学成分wt %
常温力学性能
C
焊丝 钢板
熔 敷 金 属
无保护 光焊丝