第四章 热影响区组织和性能PPT课件

距焊缝不同距 离各点热循环
1-手弧焊 2-埋弧焊 3-电渣焊
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一、焊接热循环的主要参数
(一) ωH ωH比热处理要快， ωH提高，相变温度也提高，奥氏体均 质化和碳化物的溶解也越不充分。
(二) (Tm) Tm影响金属组织和性能。熔合线附近过热区 (1300~1350℃)，晶粒发生严重长大，使韧性下降。
dQ=dQx+dQy+dQz=-(dqxdydzdt+dqydxdzdt+dqzdydxdt)
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由
dqx
qx x
dx
dqy
qy y
dy
dqz
qz z
dz
dT T dt t
又有： q T 代入上式得： S
dQ x T x y T y z T z dxdydz
(三)相变温度以上停留时间(tH)
▪ tH长，奥氏体均质化，T>1100℃， 晶粒会严重长大。tH＝t’+t”。
(四)冷却速度(ωc)和冷却时间(t8/5、 t8/3、t100)
冷却速度一般指一定温度范围内的
平均冷却速度，或者是冷至某一
瞬时温度Tc的冷却速度。
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二、焊接热循环参数计算
▪ 数值模拟是指用一组控制方程来描述一个过程的基本参数变化 关系，利用数值方法求解，以获得该过程定量的结果。
前言
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第一节 焊接热循环
▪ 焊接热循环 焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度由 低而高，达到最高值后，又由高而低随时间的变化过程。
▪ 距焊缝不同距离的各点，所经历的热循环是不同的。
▪ 焊接方法不同，热循环曲线的形状也发生变化。
T0)2 E
c
2c(Tc T0)3 (E/)2
焊件厚度在8～25mm之间，应乘以修正系数K，K是无因次系数ε 函数，K＝f(ε)
E
c(Tc T0)
c
K2(Tc T0)2
E
根据ε的计算值，可在图4-9上查得K值，然后再算出中等厚度焊14件
上某点的瞬时冷却速度。
图4-9 K值与ε的关系
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(四)冷却时间的计算 ▪ 一定温度范围内的冷却时间来代替冷却速度，并以此作为研究焊
▪ 随着计算机的发展和普及，计算机的容量日益增大，计算速度 也越来越快，过去难以用分析方法求解的非线性问题现在可以 在计算机上用数值方法迎刃而解。
▪ 焊接热循环的参数主要有峰值温度(最高温度)的瞬时冷却速度， 相变温度以上的停留时间、相变敏感温以及某温度区间的冷却 时间等。
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焊接传热学的基本计算
▪ 利用傅立叶公式和热传导微分方程（拉氏方程） （1）傅立叶公式 ▪ 19世纪初，傅立叶根据下述的假定条件，推导出单向传热的热
另外，小立方体实际所积累的热能：
d Q cdd xd yd z T
T t c x 2T 2 y 2T 2 z2T 2a2T
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▪ （3）应用特例
▪ 上式即热传导微分方程式，它是最基本的焊接传热计算公式。它 可以根据不同焊接条件下，推导出相应的计算公式。
▪ 例如，薄板焊接时，热能向两个方向传播(x、y)，而z向传热为零。 即
传导公式。 (a)所研究的传热载体是致密的，没有不连续的地方； (b)通过某截面的热量任何时间都是相同的。 ▪ 在 截 面 为 F 的 细 捧 上 ， 沿 S 轴 向 流 过 的 热 量 (Q) 与 温 度 梯 度
(ΔT/ΔS)、截面(F)和传热时间(t)成正比，即：
QTFt
S
•许多材质并不是完全致密的，所以上式应改为微分式
Q x q xdd F q txd d y d zt
Q x dx q x dx dd yd z t
在X方向瞬时所积累的热能：
d x Q Q x Q x d x d x d q d y d zt
dy Q dyq dx dz dt
dzQ dzq dx dy dt
小立方体内总共所积累的热能为：
T 2T 0, 0
z z2
T t
ax2T2
2T y2
细棒对接焊时，仅x方向有热能传播，Y和Z方向的传热均为零，故：
T t
a
2T x2
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(一)峰值温度Tm(最高温度)的计算
一般方程
T t c x 2T 2 y 2T 2 z2T 2a2T
厚大焊件(点热源)：
T
r02
E e 4at
2t
薄板（线热源）：
T
E/
y02
e 4at
2( ct)1/ 2
T 0 t
时，可求最高温度Tm：
点热源
Tm
0.234E
cr02
线热源
Tm
0.242E/ cy0
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(二)相变温度以上停留时间tH的计算 采用经验与理论相结合的办法求解。
厚大件
tH
f3
E
(Tm T0)
f3
薄板
tH
f2
(E/)2 c(TmT0)2
f2
T T0 Tm T
▪ dQs-dQs+ds=(qs-qs+ds)Fdt ▪ 即： ΔQds=±ΔqdsFdt
体积元中热能的积累
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▪ （2）热传导微分方程式 ▪ 热传导微分方程式是由搏立叶公式和能量守恒定律建立。 ▪ 如上图所示，体积元(dxdydz)同时由三个方向(x、y、z)输入热能
ΔQx、ΔQy、ΔQz，同时又向x、y、z三个方向传出热能ΔQx+dx、 ΔQy+dy、ΔQz+dz。由前可知：
dQdTFt
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dS
设 q dQ
Fdt
，则
q dT
dS
▪ 焊接过程中，焊件在热源作 用下，温度上升是由于输入 的热能大于输出的热能，而 热源离开以后，焊件温度下 降是由于输入的热能小于输 出的热能。
▪ 如沿S方向输入的热能为dQs， 输 出 的 热 能 为 dQs+ds ， 则 热 能积累为：
第四章 焊接热影响区组织和性能
HAZ：热源作用下焊缝两侧发生组织和性能变化的区域。
Weld
HAZ
Substrate
熔合区（线） 过热粗晶区 相变重结晶区 不完全结晶区 时效脆化区
本章内容： 快速加热HAZ组织和性能 焊接热循环参数 焊接条件组织转变特点
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HAZ的组织与性能
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厚件焊接时E和T0对tH影响
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(三)瞬时冷却速度的计算
▪ 焊缝和熔合线附近的冷却速度几乎相同，最大约差5％~10％。方 便起见，只计算焊缝的冷却速度。
T
E
r02
e 4at
2t
T
E/
y02
e 4at
2( ct)1/ 2
r0＝0 y0＝0
T E
2 t
T
E/ 2( ct)1/
2
c
Байду номын сангаасT t
c
2(Tc