熟悉焊接热过程

大量热能和动能作为热源，如等离子焊接与等离子切割。 (5)电子束。利用加速和聚焦的电子束轰击真空中的工件表面，使动能转
变为热能作为热源。由于是真wk.baidu.com焊接，能量集中，故焊接质量好，热影 响区窄，如电子束焊。
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任务1. 1 分析焊接热过程对焊接的影响
(6)激光束。利用经过聚焦的激光束轰击工件表面所产生的热量作为热源， 如激光焊与激光切割。
1.2.2相关知识
一、焊接温度场的一般特征 焊接温度场是研究焊件在某一范围内温度分布的状况。我们把正常焊接
过程中某一瞬时焊件各点的温度分布称为焊接温度场。在研究焊接温度 场时，应注意:①与磁场、电场一样，焊接温度场考察的对象是一定空间 范围内的温度分布情况;②焊接温度场是某个瞬时的焊接温度场。
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任务1. 2 分析焊接温度场的变化规律
如果采用移动坐标系，令坐标原点与热源中心重合，不稳定温度场就转 变为准稳定温度场，图1 -2就是采用移动坐标系的准稳定温度场，在分 析焊接区内温度分布时，均采用的是这种准稳定温度场.
根据焊件的尺寸和热源的性质，温度场可分为三维温度场(空间传热)、 二维温度场(平面传热)和一维温度场(单向传热)。厚大件表面堆焊时，热 量是向焊件的三个方向(x,y,z方向)传递的，属于三维温度场，如图1-3 (a)所示，此时热源是点状热源;一次焊透的薄板，可以认为在厚度上没 有温差，热量是向焊件的两个方向(x,y方向)传递的，属于二维温度场， 如图1-3 (b)所示，此时热源是线状热源;细棒的对焊，可以认为在细棒截 面上是没有温差的，热量是向焊件的一个方向(x向)传递的，属于一维温 度场，如图1-3(c)所示，此时热源是面状热源。
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任务1. 2 分析焊接温度场的变化规律
焊接温度场可以用公式、表格或图像来表示，其中最直观的方法是图像 法为了研究方便，把焊接温度场内温度相同的点连接成一条线或一个面， 组成等温线(面)。在一个给定的焊接温度场中，任何一点不可能同时具 有两个温度，故不同温度的等温线(面)绝不相交，这是等温线(面)的重要 性质。等温线(面)的密集程度不同，可以知道温度变化的规律，图1 -2 给出了一个较大工件表面熔敷焊的温度场。焊接时，热源向前运动，使 运动方向的温度分布是不均匀的，前面是未加热的冷金属，温度下降快， 等温线密集;后面是刚焊完的焊缝，温度下降慢，等温线稀疏。而对焊缝 两侧影响是相同的，因此在xOy平面形成的是对称于x轴的不规则的椭 圆，图1-2 (a)所示。而在厚度方向所在的yOz平面，可以理解是以焊缝 中心为原点，向四周传热是均匀的，因此在yOz平面形成的是以焊缝中 心为圆心的同心半圆，如图1 -2 (b)所示。
从表1 -2和图1-1可以看出，埋弧焊的热效率比焊条电弧焊、氢弧焊的热 效率高。这是因为焊条电弧焊和氢弧焊的电弧是暴露在空气中，而埋弧 焊的电弧是在焊剂层下面，介质吸收的热量和飞溅均较小，因而热量利 用更为充分。
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任务1. 1 分析焊接热过程对焊接的影响
还应指出，焊接热效率只是说明了焊件吸收热量的情况，但并不能说明 这部分热量真正得到了“有效”利用。焊件吸收热量分为两部分:一部分 熔化基本金属和熔滴过渡而形成焊缝;另一部分向基本金属传导形成热影 响区。只有形成焊缝的热量才是真正得到“有效”利用，而形成热影响 区的热量往往会带来不利作用。如电渣焊时，冷却速度较慢，在熔化金 属的同时，有大量的热量向热影响区传导，造成热影响区的高温停留时 间较长，晶粒严重粗化，冲击韧性下降，这是电渣焊工艺的最大缺点。
(5)焊接热过程中热量的输入及其效率决定了焊条(或焊丝)的熔化速度， 对焊接生产率的高低影响很大。热量的输入越大，效率越高，焊条(或焊
丝)的熔化速度越快，生产率随之提高。
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任务1. 1 分析焊接热过程对焊接的影响
1. 1. 4分析与总结
(1)等离子焰、电子束、激光束是理想的焊接热源 (2)焊接热效率用来描述热量的分布和利用程度，形成焊接接头的热量是
的焊接热源应该是加热面积小、功率密度高、加热温度高的热源。
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任务1. 1 分析焊接热过程对焊接的影响
2.焊接过程中的传热方式 焊接时，由于热源对焊件是局部加热，焊件中温度分布必然是不均匀的，
存在着很大的温度差，同时焊接区与介质之间也存在着很大的温度差。 不管是哪种情况，只要存在着温度差，就会发生热量的传递活动。物质 传热的基本方式有三种:传导、对流和辐射。 (1)传导，是指热量从物体中温度较高的部位传递给相邻的温度较低的部 位，或从高温物体传递给相接触的低温物体的过程。 (2)对流，是指由不同温度的流体各部分相对运动引起的，流体与流体、 流体与固体接触面的热量交换过程。
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任务1. 1 分析焊接热过程对焊接的影响
(2)焊接热过程必然形成热影响区，热影响区经历的不均匀加热和冷却， 直接影响其区域范围和组织、性能的变化。
(3)焊接热过程的不均匀性是产生焊接应力和变形的最根本原因，和冶金 因素共同作用会导致焊接接头产生裂纹或其他缺欠。
(4)焊接热过程对母材和填充材料的熔化程度也有一定影响，母材和填充 材料在焊缝中的比例在很大程度上决定焊缝的成分、组织和性能。
熔焊的发展过程从某种意义上讲就是焊接热源的发展过程。从电弧放电 现象被发现以后，现代焊接技术发展起来。 1.常用的熔焊热源 生产中常用的熔焊热源有: (1)电弧热。利用熔化或不熔化的电极与金属工件之间的电弧放电所产生
的热量作为焊接热源。它是目前应用最为广泛的焊接热源，如焊条电弧 焊、埋弧焊、C02气体保护焊、惰性气体保护焊(TIC , MIG )。
项目一 熟悉焊接热过程
1 任务1.1 分析焊接热过程对焊接的影响 2 任务1. 2 分析焊接温度场的变化规律 3 任务1. 3 调节焊接热循环
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任务1. 1 分析焊接热过程对焊接的影响
1.1.1任务描述
焊接热过程是形成焊接接头的首要和必需条件，通过了解焊接热源、传 热方式、热量的利用状况及焊接热过程的特点，分析焊接热过程对焊接 质量及劳动生产率的影响，为描述焊接温度场和调节焊接热循环打下基 础。
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任务1. 2 分析焊接温度场的变化规律
二、焊接温度场的分类 按照焊接温度场随时间变化的规律可以把焊接温度场分为稳定温度场和
非稳定温度场。焊接时温度场内各点的温度不随时间变化而变化，称为 稳定温度场;随时间变化而变化时，称为非稳定温度场。在绝大多数情况 下，焊接热源是移动的，因此焊接温度场基本上是属于非稳定温度场。 研究非稳定温度场是很不方便的，这里提出了准稳定温度场的概念。 采用恒定热功率的热源固定加热焊件(如补焊某一缺陷时)，开始时，焊 件各点温度是变化的。但经过一段时间后达到平衡状态，焊件各点的温 度不再变化，把这种情况称为准稳定温度场。另一种情况是恒定热功率 的移动热源在工作上做均匀直线运动，当经过一段时间后同样会形成准 稳定温度场，这个准稳定温度场是与热源同步移动的。
有效的，流失于介质的热量是无效的。 (3)焊接热过程影响焊接接头的范围、组织变化和焊接应力与变形，同时
能决定焊接材料的熔化，对焊接质量和生产率的影响很大。
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任务1. 2 分析焊接温度场的变化规律
1. 2. 1任务描述
焊接时焊件上每一个点的温度都随时间在变化，这种变化是有规律的， 受焊接方法、工艺参数等诸多因素影响。通过了解焊接温度场的一般特 征，能简单分析出不同条件下，焊接温度场的变化规律。
4.焊接热过程的复合性 焊接熔池中的液态金属处于强烈的运动状态。在熔池内部，传热过程以
流体对流为主，而在熔池外部，以固体导热为主，还存在着对流换热以 及辐射换热
1. 1. 3任务实施
通过相关知识的学习可以得知，焊接热过程对焊接质量和生产率的影响 很大，主要表现为:
(1)焊接热过程决定焊接区内的温度及熔池存在的时间，决定焊接区内各 种物质物理化学反应时间的长短，最终决定反应进行的程度和焊缝的化 学均匀性。
热源接近焊件某一点时，该点温度迅速升高;而当热源逐渐远离时，该点 又冷却降低。 3.焊接热过程的瞬时性 在高度集中热源作用下，加热速度极快，即在极短的时间内把大量的热 能由热源传递给焊件，又由于加热的局部性和热源的移动而使冷却速度 也很快。
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任务1. 1 分析焊接热过程对焊接的影响
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任务1. 2 分析焊接温度场的变化规律
三、焊接线能量 熔焊时，由焊接热源输入给单位长度焊缝的热量称为焊接线能量，又称
为焊接热输入。焊接线能量是一个很有实用意义的参数，反映出热源对 焊接接头的热量输入，体现了电弧电压、焊接电流和焊接速度对焊接过 程的综合作用，对劳动生产率、焊接接头的组织和性能、焊接应力和变 形、焊接裂纹等缺欠都有很大影响。焊接线能量的计算公式为:
1.1.2相关知识
一、焊接热源 熔焊时，被焊金属在焊接热源的作用下局部加热和熔化，同时伴随着热
量在被焊金属中传播和分布的过程，通称为焊接热过程。焊接热过程贯 穿焊接过程的始终。
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任务1. 1 分析焊接热过程对焊接的影响
要完成焊接过程，必须为焊接过程提供热量支持，可以是机械能，也可 以是热能。对于熔焊方法来说，必须提供足够的热能达到金属材料的熔 点，使之熔化形成焊接接头。所以说，焊接热源是熔焊的基础，也是焊 接热过程的基础。
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任务1. 1 分析焊接热过程对焊接的影响
(2)化学热。利用可燃气体(如乙炔、液化气)或铝、镁热剂与氧或氧化 物发生强烈的放热反应产生的热量作为热源，如氧一乙炔火焰气焊 (3)电阻热。利用电流流过导体所产生的电阻热作为焊接热源。这种热源
往往需要较大的电力支持，如电渣焊 (4)等离子焰。利用电弧放电或高频放电产生高度电离的离子流所携带的
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任务1. 1 分析焊接热过程对焊接的影响
(3)辐射，是指物体因自身具有温度而向周围发射出能量的过程熔焊过程 中，这三种传热方式都存在。热量从热源传递给焊件和焊条(焊丝)主要 是通过对流和辐射，而母材和焊条(焊丝)获得热量后，内部传递热量是 以传导为主。焊接热过程研究的主要内容是温度在焊件上分布、变化的 情况，所以研究焊接热过程应以传导为主，同时适当考虑对流和辐射。
二、焊接热过程的特点 一切焊接物理化学过程、结晶相变过程都是在焊接热过程的基础上发生
和发展的。焊接热过程比热处理条件下的热过程复杂得多。
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任务1. 1 分析焊接热过程对焊接的影响
1.焊接热过程的不均匀性 这是焊接热过程的基本特征，焊件在焊接时不是整体被加热，而热源只
是直接加热作用点附近的区域，加热和冷却极不均匀。 2.焊接热过程的运动性 焊接过程中热源相对于焊件是运动的，焊件受热区域不断变化。当焊接
3.焊接热效率 焊接热效率是指焊接热源产生热量的有效利用系数。焊接热源产生的热
量并不能完全得到有效利用，一部分损失于周围介质，一部分损失于飞 溅，大部分热量用于基本金属吸收和熔滴过渡，形成了焊接接头。
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任务1. 1 分析焊接热过程对焊接的影响
我们把形成焊接接头的热量称为有效热功率，有效热功率与热源总功率 之比定义为焊接热效率，用符号”η”表示。η值的大小主要取决于焊接 方法、焊接工艺参数、焊接材料和保护方式等。熔焊中电弧焊应用最多， 所以以电弧焊为例。根据实验测定，不同电弧焊方法的η值见表1 -2，同 时图1-1还细致地分析了两种不同电弧焊方法热量的利用及损失情况。
各种熔焊热源都有不同的特点。一般可以通过三个特征对热源进行比较: 最小加热面积、最大功率密度和正常焊接参数下能达到的温度。
(1)最小加热面积，即保证在热源稳定条件下加热的最小面积 (2)最大功率密度，即热源在单位面积上的最大功率。功率密度越大，热
源加热越集中，热影响区越小。 (3)正常焊接参数下能达到的温度越高，使用的范围越广泛。 从表1-1中可以看出，不同的焊接方法热源的特征参数差别很大。理想