焊接热循环概述
第二章 焊接热过程
（2）产热机构
• 电弧热：焊接过程中热量的最主要的来源，利用气体介质中的放电 过程来产生热量，来熔化焊丝和加热工件；
• 电阻热：焊接电流过焊丝和工件时，将产生热量； • 相变潜热：母材和焊丝发生熔化时将产生相变潜热； • 变形热：构件变形时将产生变形热
焊接结构
（3）散热机构 环境散热：处于高温的工件和焊丝向周围介质散失热量； 飞溅散热：飞溅除发生质量损失之外，同时也伴有热量损 失。
1）Gauss模型 • Gauss热源模型是最早的分布热源模型，该模型用高斯函数描
述电弧覆盖区域内的热流密度，即
q(r) qm exp Kr 2
dn
2
3 k
K 为能量集中系数，主要取决于焊接速度、焊接规范等。
焊接结构
2）双椭球热源 Goldak在Gauss 的基础上改进了热源模型，他提出热流不仅作用 在表面，而是在一定深度上都有热流，即体积热源。而且热流密度 在宽度、长度、深度方向均为高斯分布。
T
Q
hc 4at
exp
r2 4at
焊接结构
（2）薄板快速移动热源相当于面热源
T
Q/ A
1
c(4at) 2
exp
x2 4at
焊接结构
2.3 焊接热循环
焊接热循环： ① 在焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点的温度随时间由 低而高，达到最大值后又由高而低的变化 ② 描述焊接热源对被焊金属的热作用过程
二维线热源温度场、一维面热源温度场。
•温度场分析假设： ① 在整个焊接过程中，热物理常数不随温度而改变； ② 焊件的初始温度分布均匀，并忽略相变潜热； ③ 焊件的几何尺寸认为是无限的； ④ 热源集中作用在焊件上是按点状，线状或面状假定的； ⑤ 点热源不考虑散热。
《四焊接热影响区》PPT模板课件
（4）焊接规范对HAZ冷却速度的影响
HAZ的冷却速度受焊接电流、电弧 电压、焊接速度等的影响，冷却速度随 着焊接线能量的增加而降低（图5－68）。
焊接接头的形状对冷却速度也有影 响。角焊缝、T字接头的冷却速度比对 接焊缝的冷却速度要快得多。
焊接方法
各区的平均尺寸 (mm) 过 热 相变重结晶 不完全重结晶
手弧焊 埋弧自动焊 电渣焊 氧乙炔气焊 真空电子束焊
0.8~1.2 2.2~3.0 18~20
21 —
0.8~1.7 1.5~2.5 5.0~7.0
4.0 —
0.7~1.0 2.2~3.0 2.0~3.0
2.0 —
总宽 (mm)
2.3~4.0 6.0~8.5 25~30
四焊接热影响区
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焊接热影响区（HAZ：heat affected zone）
焊接接头包括焊缝和焊接热影响区（图4－1） 。
HAZ也叫近缝区，是焊缝熔合区与母材被加热之间的区域, 是焊接接头最薄弱的部分（图4－2）。
第一节 焊接热循环
A体的不均匀将影响到冷却过程的组织转变。
二、 冷却过程的组织转变CCT图（1）
由于焊接与热处理的热循环特点不同（图4－20），所以即 使在同样的冷却条件下获得的组织也不一样（表4－9）。
表 4-9 焊接及热处理条件下的组织百分比
钢 冷却速度
组织
种 (℃／s) 铁素体 马氏体
(％) 珠光体及 中间组织
3 相变温度以上停留的时间（tH） tH包括加热时停留的时间t＇和冷却
焊接热过程
焊接热过程1、焊接热过程复杂性表现：①焊接热过程的局部性和不均匀性；②焊接热过程的瞬时性；③焊接热源的相对运动。
2、热量来源：电弧热、电阻热、相变潜热、变形热。
电弧热：利用气体介质的放电过程来产生热量，并熔化焊丝和加热工件，焊接的主要热源。
电阻热：焊接电流流过焊丝和工件时，有焊丝和工件本身电阻将电能转化为热能产生的热。
3、散热机构：①环境散热、②飞溅散热4、热传递方式：热传导、辐射、对流、焓迁移。
5、分析焊接热过程需处理的问题：①热源；②热量传输方式；③传质问题；④相变；⑤位移、⑥力学问题。
6、焊接热源：①按形式：电能、机械能、光辐射能、化学能。
②按种类：电弧焊热源、气焊热源、电阻焊热源、摩擦焊热源、电子束焊热源、激光焊热源、铝热剂焊热源。
7、构件几何尺寸简化：①半无限扩展的立方体、②无限扩展的板、③长度无限扩展的板。
8、焊接热源模型：点热源、线热源、面热源、高斯热源、双椭球热源、广义双椭球热源。
9、焊接温度场：焊接过程中，某一时刻所有空间各点温度的总计或分布。
用等温面（线）表示。
等温面：工件上具有相同温度的所有点的轨迹。
10、焊接热循环：指焊接过程中，工件上的温度随着瞬时热源或移动热源的作用而发生变化，温度随时间由低而高，达到最大值后，又由高而低的变化。
简单说就是工件上某点的温度随时间的变化，它描述了该点在焊接过程中热源对其热作用的过程。
主要参数：①加热速度；②加热最高温度；③在相变以上温度停留时间；④冷却速度。
11、多层焊：长段多层焊（1m以上）、短段多层焊（50~400mm）（适合硬化倾向大和晶粒粗化倾向大的钢材焊接）12、热效率：熔化极焊接热效率>非熔化极，埋弧焊热效率>明弧焊，潜弧焊接热效率>明弧13、电极的熔化：是焊接电弧的重要功能之一，对焊接工艺过程、冶金过程、焊接缺欠的产生和焊接生产效率有很大影响。
14、电弧焊时加热和熔化电极的能量：电流流过焊丝的电阻热、电弧传给焊丝端部的热、化学反应热。
焊接冶金基础
（2） 熔池质量和存在时间 熔池质量在几克到几十几克之间，取决于焊接方法。 熔池液态存在的时间取决于焊接方法、焊接规范等。
表 1-4 碳钢电弧焊时溶池最大存在时间
焊接方法
焊接规范
熔池最大存在时间
I ／(A) U (V) υ(m／h)
(s)
埋弧焊
575
36
50
840
37
41
20
1100
38
18
1560
2 短段多层焊：第一道焊缝仍处于高温时，进行第二 道焊缝的焊接。 短段多层焊适于焊接晶粒易长大而又 易于淬硬的钢种，尤其是用于铸铁补焊。
（五）焊接热循环调整方法
（1） 根据被焊金属选择合理焊接方法。
（2）合理选择工艺参数。在保证焊接质量 的前提下，尽量减少焊接线能量E。但高效 焊接往往是高E。
（3）对淬硬钢采取预热或缓冷措施。
焊接线能量 E = Q =ηUI vv
式中：E－焊接线能量J/cm； v－焊接速度cm/s。
（三） 焊接传热的基本方式
(1) 传导：金属固体的内部、焊缝对熔渣之间的热传递。 (2) 对流：液态金属和液态熔渣的内部热传递。 (3) 辐射：焊条端部对熔池、热金属对大气之间的热传递。
二、焊接温度场
指焊接某一区域某一瞬 间温度的分布。也可以说， 温度是空间某点位置和时间 的函数。
(2) 将金属加热到塑性状态，施加压力使接触面的氧化膜被破 坏。加热也增加原子的振动能，促进扩散和结晶过程的进 行。
(3) 通过液态中间材料，如粘结剂或低熔点金属，将两个固态 金属连接在一起。
(4) 因液态金属原子之间的距离很容易达到rA，所以加热熔化 金属，凝固后两块金属即可实现连接。
焊接方法分为：
第二节 焊接热过程
第二节焊接热过程电弧焊时，焊件及填充金属被电弧加热熔化形成熔池，随着焊接热源移开后又冷却结晶形成焊缝，这样的加热与冷却过程称为焊接热过程。
焊接热过程的内容包括焊接热循环、焊接温度场、焊接传热的基本规律、焊接热源等。
一、焊接热过程的特点1)焊接热过程是在焊件的局部进行的。
通常焊条电弧焊时，熔池的质量仅为3～9g。
埋弧焊时，即使焊接电流很大，熔池质量也不超过100g。
因此对焊件整体来说，加热极不均匀。
2)焊接热过程是一个瞬时进行的过程。
主要体现在升温速度快，高温停留时间短，冷却速度快。
电弧焊时其加热速度可达1500℃／S以上，熔池存在的时间一般只有几秒至几十秒。
3)加热温度高。
电弧焊时，电弧的最高温度为5000～6000℃。
远高于金属的熔点。
对于低碳钢来讲，熔池的平均温度仅为(1770±100)℃，熔滴为(2300±200)℃，熔渣为(1550±100)℃。
表1-２－１列出了几种不同材质在不同焊接方法下熔池的平均温度。
表1-２－１熔池的平均温度（单位：℃）4)焊接过程中的热源是在不断地运动着的。
焊件受热区域的不断变化，使得这种传热过程具有不均匀性。
二、焊接温度场1．焊接温度场的概念热能传递的方式主要有传导、对流、辐射三种。
在电弧焊中，热能传给焊件主要是传导和辐射两种方式。
焊件受到电弧热源加热时，温度就会升高。
由于焊接热过程的特点，离开热源不同的距离，在不同的时刻，焊件上的各点温度都是不同的。
但这种变化有其内在的规律。
焊接温度场就是在焊接过程中的某一瞬时，焊件上各点的温度分布。
通常用等温线或等温面来表示(图1—２－１)。
为了便于分析、研究焊接温度场，对实际焊接条件下复杂的热过程进行简化处理，如假设热源的功率稳定不变，热源作恒速直线运动，在经过一段时间以后，以热源为中心的温度场达到饱和状态而趋于不变等等。
另外根据焊件的尺寸和热源的性质把温度场分为一维（单向线性传热）、二维（平面传热）、三维（空间传热）三种状况。
第三章：焊接基础知识
三、焊接热循环
• 焊接热循环的概念
T
焊接过程中热源沿焊件秱 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 称为焊接热循环
t
焊接热循环是用来描述焊接过程中热源对母 材金属的热作用。
• 在焊缝双侧丌同距离的各点所经历的热循环是 丌同的（见下图）
焊接热循环的主要参数
（一）加热速度（v H） v H= d T / d t
2）置换氧化 ①熔渣中癿SiO2、MnO等发生以下反应： （SiO2）+2[Fe][Si]+2FeO （MnO）+[Fe][Mn]+2FeO 焊缝增Si,Mn，使Fe氧化温度升高， K,故置换氧化主要发生在高温区，随着温 度降低，熔池后部癿低温区Si、Mn被氧化， 生成夹杂
②药皮中含Al、Ti、Cr等强脱氧元素时，置换脱氧效 果更明显，高碳高强钢应采用无SiO2药皮
一、对焊接区癿保护
1.光焊丝焊接时 [N] ＝0.105﹪~0.218﹪,增加20~45倍， [O] ＝0.14﹪~0.72﹪,增加7~35倍， [Mn]、[C]蒸发、氧化损失易产生气孔，导 致塑性韧性下降,光焊丝无保护癿焊接丌实用 2.保护方法 药皮、熔渣、药芯、保护气体、自保护等 3.保护效率 不保护方法有关，一般惰性气体保护效果较好
1.药皮反应区
二、焊接冶金学反应区及其反应条件（以 焊条电弧焊为例）（P.45、46，图2-3）
（1）产生癿气体
①100~1200°C：水分蒸发、分解、氧化 a. ＜100°C 吸附水分蒸发 b.>200~400°C 排除结晶水 c. >400°C 排除化合水 ②有机物癿分解和燃烧：产生CO2、CO、 H2 ③碳酸盐癿分解（大理石CaCO3、菱苦土 MgCO3):产生CO2 ④高价氧化物分解（赤铁矿Fe2O3、锰矿 MnO2):产生O2
焊接热循环
即：t H = t′+ t″
奥氏体不仅在加热过程中长大，而且冷却过程中也在长大 ——奥氏体长大的热惯性.
加热速度ωH 最高加热温度Ｔm 相变温度以上
晶 粒 大 小
停留时间tH
冷却速度ωc (或冷却时间t8 / 5)
相 变 组 织
（4）冷却速度 ωc
冷却速度是决定焊接HAZ组织和性能的主要参数。
i. 某一温度下的冷却速度（瞬时冷速） ωc
② 接头形式 不同接头形式的导热有差异，冷速不同。
相同板厚的丁字接头冷速要比V字接头大约1.5倍。
③ 焊道长度 接头形式、焊接参数一定时，焊道越短，冷速越大。
当焊道长度<40mm时，冷速明显增大。 弧坑处冷速约为焊缝冷速的2倍；甚至 比引弧断大20％。
④ 焊接线能量 随E增大，Tm 、tH增大 ， ωc增大。
低碳、低合金钢熔合线附近在冷却过程中，冷到540℃左右的瞬时冷速。 因焊接冷速快，瞬时冷速测定困难，常用如下冷速：
ii. 一定温度范围内的平均冷速
速。
为便于研究，常采用“某一温度范围内”的冷却时间”来表示平均冷
即在某温度范围内，冷却所持续的时间。 如 t8/5 ，t8/3 , t100 等。
c
t8/5－熔合线附近的金属从800℃冷却到500℃所持续的时间。 t8/3－熔合线附近的金属从800℃冷却到300℃所持续的时间。 t100－熔合线附近的金属从Tm冷却到100℃所持续的时间。 注： 冷裂倾向较大的钢种用t8/3 和t100 表示冷速；
（1）长段多层焊焊接热循环
长段多层焊，指每道焊缝较长（>1m）。 在焊接后一层时，前一焊层已冷至较低的温度（100~200或MS点以下） 图5-4 。 长段多层焊适于淬硬倾向小的钢种的焊接。 淬硬倾向较大的钢种，不适于长段多层焊。 淬硬倾向大钢种焊接时，层间温度较低，熔合线附近易出现淬硬 组织而产生裂纹。必须采用相应的工艺措施，如焊前预热，控制层 间温度，缓慢冷却等。
焊工中级职业资格培训教材图文
第九章 焊 接 接 头
目录
三、焊缝金属中的氮 四、焊缝金属中的硫 五、焊缝金属中的磷 复习思考题
第一节 焊接接头概述
一、焊接接头的组成
用焊接方法连接的接头称为焊接接头， 焊接方法应用最广泛的能源是使焊接材料和母材熔化的电能源， 熔焊焊接接头是由两个或两个以上的焊件或零件用熔焊焊接方 法连接的接头,它由焊缝金属、熔合区、热影响区组成，熔焊焊接接 头组成见图9-1，
目录
第一节 焊接接头概述 一、焊接接头的组成 二、焊接接头的形式 第二节 焊接热循环概述 一、焊接热循环的主要特点 二、影响焊接热循环的因素 第三节 焊缝金属的组织与性能 一、焊缝熔池的一次结晶 二、焊缝金属的二次结 三、焊接热影响区的组织与性能
第九章 焊 接 接 头
目录
第四节 改善焊接接头性能的方法 一、选择合适的焊接工艺方法 二、选择合适的焊接参数 三、选择合适的焊接热输入 四、选择合理的焊接操作方法 五、正确选择焊接材料 六、正确选择焊后热处理方法 七、控制熔合比 第五节 焊缝金属中的有害元素 一、焊缝金属中的氧 二、焊缝金属中的氢
第三节 焊缝金属的组织与性能
2 热影响区的强度和塑性变化
热影响区的强度和塑性变化情 况如图9-7所示，
3 热影响区的韧性变化
热影响区冲击韧度的变 化如图9-8所示，
图9-7 热影响区的强度和塑性变化
图9-8 热影响区冲击韧度的变化
第四节 改善焊接接头性能的方法
一Байду номын сангаас选择合适的焊接工艺方法 二、选择合适的焊接参数 三、选择合适的焊接热输入 四、选择合理的焊接操作方法 五、正确选择焊接材料 六、正确选择焊后热处理方法 七、控制熔合比
3.控制氧的措施
1 纯化焊接材料 2 正确选择焊接参数 3 脱氧反应
焊接热循环讲解
焊接冷却过程的组织转变
❖ 根据材料化学成分和冷却条件的不同，固态相变 一般可分为扩散型固态相变和非扩散型固态相变， 焊接过程中这两种相变都会遇到。
❖ 焊接条件下的组织转变特点不仅与等温转变不同， 也与热处理条件下的连续冷却组织转变不同，而 且在组织成分上比一般热处理条件下更为复杂。
焊接热循环
作者：陈立伟 学号：201303010
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目录
1
研究焊接热循环的意义
2
焊接热循环的参数及特征
3
焊接加热过程的组织转变
4
焊接冷却过程的组织转变
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焊接热循环的意义
❖在焊接热源的作用下，焊件上某点的温 度随时间的变化过程称为焊接热循环 。
由图可知，离焊缝越近的点其 加热速度越大，加热的峰值温度越 高，冷却速度也越大。但加热速度 远大于冷却速度。对于整个焊接接 头来说，焊接中的加热和冷却时不 均匀的，这种不均匀的热过程将引 起接头组织和性能的不均匀变化以 及复杂的应力状态。
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焊接冷却过程的组织转变
❖ 焊接过程属于非平衡热力学 过程，在这种情况下，随着 冷却速度的增大Ar1、Ar3、 Acm等均向更低的温度移动， 同时共析成分已经不是一个 点，而是一个成分范围。
❖ 钢中除碳之外，上有多种合 金元素，他们对相图的影响 也十分复杂。当冷却速度增 加到一定程度之后，珠光体 转变将被抑制，发生贝氏体 转变和马氏体转变。
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焊接热循环的参数及特征
❖相变温度以上的停留时间tH 在相变温度TH以上 停留时间越长，越有利于奥氏体的均匀化过程， 增加奥氏体的稳定性。但同时易使晶粒长大，引 起接头脆化现象，从而降低接头的质量。
合工大版材料成型原理课后习题参考答案(重要习题加整理)
第二章 凝固温度场P498. 对于低碳钢薄板，采用钨极氩弧焊较容易实现单面焊双面成形（背面均匀焊透）。
采用同样焊接规范去焊同样厚度的不锈钢板或铝板会出现什么后果？为什么？解：采用同样焊接规范去焊同样厚度的不锈钢板可能会出现烧穿，这是因为不锈钢材料的导热性能比低碳钢差，电弧热无法及时散开的缘故；相反，采用同样焊接规范去焊同样厚度的铝板可能会出现焊不透，这是因为铝材的导热能力优于低碳钢的缘故。
9. 对于板状对接单面焊焊缝，当焊接规范一定时，经常在起弧部位附近存在一定长度的未焊透，分析其产生原因并提出相应工艺解决方案。
解：（1）产生原因：在焊接起始端，准稳态的温度场尚未形成，周围焊件的温度较低，电弧热不足以将焊件熔透，因此会出现一定长度的未焊透。
（2）解决办法：焊接起始段时焊接速度慢一些，对焊件进行充分预热，或焊接电流加大一些，待焊件熔透后再恢复到正常焊接规范。
生产中还常在焊件起始端固定一个引弧板，在引弧板上引燃电弧并进行过渡段焊接，之后再转移到焊件上正常焊接。
第四章 单相及多相合金的结晶 P909.何为成分过冷判据?成分过冷的大小受哪些因素的影响? 答: “成分过冷”判据为:R G L ＜NLD RLL L e K K D C m δ-+-0011当“液相只有有限扩散”时，δN =∞，0C C L =，代入上式后得R G L＜000)1(K K D C m L L -( 其中: G L — 液相中温度梯度 R — 晶体生长速度 m L — 液相线斜率 C 0 — 原始成分浓度 D L — 液相中溶质扩散系数 K 0 — 平衡分配系数K )成分过冷的大小主要受下列因素的影响:1）液相中温度梯度G L , G L 越小,越有利于成分过冷 2）晶体生长速度R , R 越大,越有利于成分过冷 3）液相线斜率m L ,m L 越大,越有利于成分过冷 4）原始成分浓度C 0, C 0越高,越有利于成分过冷 5）液相中溶质扩散系数D L, D L 越底,越有利于成分过冷6）平衡分配系数K 0 ,K 0＜1时，K 0 越 小,越有利于成分过冷；K 0＞1时，K 0越大,越有利于成分过冷。
焊接热过程的特点
1 焊接热过程的特点焊接热过程的局部集中性: 焊件在焊接时不是整体被加热,而热源只是加热直接作用点附近的区域,加热的冷却极不均匀;焊接热源的运动性: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,该点又冷却降温.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高.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.因此是复合传热.2 焊接热源: 电弧热,化学热,电阻热,摩擦热,等离子焰,电子束,激光束.焊接热效率:焊接电弧热功率有效利用系数,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. 电弧焊接时热量的利用及其损失:损失于周围介质;损失于飞溅;熔滴过渡;焊条金属吸收;基本金属吸收.3 焊件上的热量分布: 热源把热量传给焊件是通过焊件上一定的加热面积进行的.对于焊接电弧来讲,该面积称为加热斑点.设加热斑点的半径为R,它的定义为,电弧传给焊件的热能中有95%落在以R为半径的加热斑点内.加热斑点内的热能分布不均匀，中心多而边缘少.单位时间内通过单位面积提供给焊件的热能称为热流密度,一般近似的用高斯曲线来描述加热斑点上的热流密度分布.4 焊接温度场热传导定律---傅立叶定律(略,公式太难打),指通过物体某一点的热流密度与垂直于该点处等温面的温度梯度成正比.对流换热定律---对流是指流体各个部分之间发生相对位移,冷热流体相互参混引起的热量传递方式.对流仅能发生在流体中,而且必然伴有热传导现象.这种对流与热传导联合起作用的热量传递过程,称为对流换热.焊接过程中空气流过试件表面,冷却水流过焊矩内部，都是对流换热的例子.计算公式:牛顿冷却公式(略).辐射换热定律---斯蒂芬-玻尔兹曼定律.受热物体辐射的热流密度与起表面温度的四次方成比例.5 典型的焊接温度场A 焊接温度场的准稳定状态:正常焊接条件下，焊接热源都是以一定的速度沿接缝移动的,因此,相对温度场也是运动的,有电弧或其他集中热源产生的运动温度场,在加热开始时温度升高的范围会逐渐扩大,而达到一定的极限尺寸后,不再变化，只随热源移动.即热源周围的温度分布变为恒定,将这种状态称为准稳定态. 厚大焊件焊接时的温度场,在移动热源轴线上各点的温度分布,按两种情况讨论:在热源后方各点的温度与焊接速度无关;在热源前方各点，焊接速度越大,热源前方温度的下降就越急剧.在极大的焊接速度下，其热传播几乎全部在横向上.薄板焊接时的温度场,在移动热源轴线上的温度分布并不是对称于热源中心,而是热源前方温度梯度大,而后方温度梯度小，热源后方的温度分布与焊速有关,这一点与厚大件焊接时不同.薄板焊接还考虑表面传热的影响.大功率告诉移动热源的温度场,大功率高速移动热源以高热功率q和高移动速度v为特征,定义单位长度焊缝上输入的热量q/v为热输入,单位是J/m,当热输入保持常数时工艺参数q和v成比例增加.当移动速度极高时,热传播主要在垂直于热源运动方向上进行,在热源运动方向上的传热很小，可以忽略不计.此时厚大焊件或薄板可以划分为大量垂直于热源移动方向的平面薄层,当热源通过这一薄层时,输入的热量仅仅在此薄层扩散.6 影响焊接温度场的主要因素:热源的种类和焊接工艺参数---焊接热源种类不同,焊接时温度场的分布也不同,电子束焊时热能集中,温度场范围也很小，气焊加热面积大，温度场范围也大.相同的焊接热源,当热源功率保持为常数时,随焊接速度的增加，等温线温度场的宽度和长度均变小,而宽度变小较显著,所以等温线形状变的细长.当焊接速度保持不变,随着热功率q的增加，等温线在焊缝横向变宽,在焊缝方向伸长.当q/v保持定值,同比例改变q和v,会使等温线拉长,温度场的范围也拉长.被焊金属的热物理性质---热物理性质显著影响焊接温度场的分布.不锈钢导热慢,铜铝导热快，相同的焊接热源,相同焊件尺寸情况下，温度场的分布情况有很大的差别.焊件的形态---焊件的几何尺寸,板厚和所处状态,对传热过程均有很大的影响,因此也就影响温度场的分布.热源的分类---瞬时集中热源和连续作用热源.7 焊接热循环:在焊接过程中热源沿着焊件移动时,焊件上某点的温度随着时间由低而高,达到最大值后又由高而低的变化称为焊接热循环.它描述焊接热源对被焊金属的热作用的过程，在焊缝两侧不同距离的点，所经历的热循环是不同的.焊接热循环的主要参数:加热速度,加热最高温度,在相变温度以上的停留时间,冷却速度.冷却速度是决定热影响区组织性能最重要的参数之一,是研究焊接热过程的主要内容.应当指出,这里所指的冷却速度是指焊件上某点热循环的冷却过程中某一瞬时温度的冷却速度.近年来,为了便于测量和分析，采用800-500度的冷却时间来代替瞬时冷却速度,因为800-500度是相变的主要温度范围.与一般热处理相比,焊接时加热速度要大的多,而在高温停留的时间又非常短,冷却速度是自然冷却，由于加热的局部性冷却速度较快,不象热处理那样可以任意保温,这就是焊接热循环所具有的主要特征.热输入E=U.I/v.1 金属焊接性定义及其试验方法金属焊接性根据GB/T3375-94《焊接术语》的定义为：金属材料在限定的施工条件下，焊接成按规定设计要求的构件，并满足预期服役要求的能力。
焊接热过程
4、焊接热循环
4.1 焊接热循环的概念
在焊接过程中，工件的温度 随着瞬时热源或移动热源的作用 而发生变化，温度随时间由低而 高，达到最大值后，又由高而低 的变化被称为焊接热循环。简单 地说，焊接热源循环就是焊件上 温度随时间的变化，它描述了焊 接过程中热源对母材金属的热作 用。
低合金钢堆焊焊缝附近各点的焊接热循环
4.2 焊接热循环的特征 1）加热最高温度（即峰值温度）随着离焊缝中心线 距离的增大而迅速下降； 2）达到峰值温度所需的时间随着离焊缝中心线距离 的增大而增加； 3）加热速度和冷却速度都随着离焊缝中心线距离的 增大而下降，即曲线从陡峭变为平缓。
4.3焊接热循环主要参数
加热速度（H）
加热最高温度(Tmax ) 在相变温度以上停留时间(tH) 冷却速度(或冷却时间)(c)
电阻热
利用电流通过导体时产生的电阻热作为热源。
摩擦焊时，相对旋转的表面被摩擦加热，去除氧 化层，最后在略低于焊件熔点的温度下，轴向加压
而连接起来。 搅拌摩擦焊：是利用摩擦热和变形热来提高工件 的温度和塑性变形能力，并在压力下形成接头。
摩擦热
利用高压高速运动的电子在真空中猛烈轰击金属 局部表面，使这种动能转化为热能作为焊接热源。 热能高度集中，焊缝深宽比可达40以上，HAZ（Heat Affected Zone）很窄。 HAZ：熔焊时在集中热源的 作用下，焊缝两侧发生组织和性能变化的区域。
冷却速度是决定热影响区组织和性能的最重要参数之一，是 研究热过程的重要内容。通常我们说冷却速度，可以是指一定 温度范围内的平均冷却速度（或冷却时间）也可以是指某一瞬 时的冷却速度。对于低碳钢和低合复钢来说，我们比较关心的 熔合线附近在冷却过程中经过540℃时的瞬时速度，或者是从 800℃降温到500℃的冷却时间 t8/5,因为这个温度范围是相变最 激烈的温度范围。
焊接热效率、热循环、线能量、预热温度和层间温度
焊接热效率、热循环、线能量、预热温度和层间温度1. 焊接热效率焊接过程中，由电极（焊条、焊丝、钨极）与工件间产生强烈气体放电，形成电弧，温度可达6000℃，是比较理想的焊接热源。
由热源所产生的热量并没有全部被利用，而有一部分热量损失于周围介质和飞溅中。
被利用的热占发出热的百分比就是热效率。
它是一个常数，主要取决于焊接方法、焊接工艺、极性、焊接速度以及焊接位置等。
各种焊接方法的热效率见下表。
2. 焊接热循环在焊接热源作用下，焊件某点的温度是随着时间而不断变化的，这种随时间变化的过程称为该点的焊接热循环。
当热源靠近该点时，温度立即升高，直至达到最大值，热源离去，温度降低。
整个过程可以用一条曲线表示，此曲线称为热循环曲线，见图6。
距焊缝越近的各点温度越高，距焊缝越远的各点，温度越低。
焊接热循环的主要参数是加热速度、加热所达到的最高温度、在组织转变温度以上停留的时间和冷却速度。
加热到1100℃以上区域的宽度或在1100℃以上停留时间t△，即使停留时间不长，也会产生严重的晶粒粗大，焊缝性能变坏。
t△越长，过热区域越宽，晶粒粗化越严重，金属塑性和韧性就越差。
当钢材具有淬硬倾向时，冷却速度太快可能形成淬硬组织，极易出现焊接裂纹。
从t8/5可反映出此情况，有时还常用650℃时的冷却速度υ650℃或80 0～300℃的冷却时间t8/3来衡量。
应当注意的是熔合线附近加热到1 350℃时，该区域的冷却过程中约540℃左右时的瞬时冷却速度，或者800～500℃时的冷却时间tP8/5对焊接接头性能影响最大，因为此温度是相变最激烈的温度范围。
影响焊接热循环的因素有：焊接规范、预热温度、层间温度、工件厚度、接头形式、材料本身的导热性。
3. 焊接线能量熔焊时，热源输给焊缝单位长度上的能量，称为焊接线能量。
电弧焊时的焊接规范，如电流、电压和焊接速度等对焊接热循环有很大影响。
电流I与电压U的乘积就是电弧功率。
例如，一个220 A、24V的电弧，其功率W＝5280W，当其他条件不变时，电弧功率越大，加热范围越大。
焊接冶金学——基本原理
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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
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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
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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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1.3 焊接温度场 field of weld temperature
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焊接热循环概述
一、焊接热循环的特点
热能传递方式主要有传导、对流、辐射三种。
在利用电弧热进行焊接时，电弧热传递给焊件的方式是传导和辐射。
由于在焊接过程热源在不断的移动，不同的距离、不同的时刻焊件各点的温度都是不同的。
焊接温度场，是焊接过程中的某一瞬间在焊件上各点的温度分布
焊接温度场能反映出焊件温度在某一瞬间在空间的分布情况，但不能说明焊件上各点温度随时间变化的情况。
这种反映焊件上的某一点，在焊接热源的作用下，其温度随着时间的变化由高到低的过程为焊接热循环。
焊接热循环的主要参数是加热速度、加热最高温度、禁止变温度以上的停留时间和冷却速度。
特征：
1）虽然焊接过程加热温度高，加热速度和冷却速度都大，但是，加热速度比冷却速度更大。
2）焊件各点的热循环不同，越靠近焊缝中心位置，，峰值
温度越高，加热温度和冷却温度也越大，反之亦然。
二、影响焊接热循环的温度的因素
（1）焊接热输入：是综合焊接电流、电弧电压、焊接速度的参数，当焊接电流或电弧电压越大，而焊接速度不变或减小，则焊接热输入越大；当焊接速度越大，而焊接电流或电弧电压不变或减小，则焊接热输入越小。
由此，焊接热输入越大，在高温停留的时间就越长，焊后冷却速度也就变慢。
焊接热输入变小，在高温停留时间也变短，焊后的冷却速度将变快。
（2）焊接方法：焊接方法不同，加热速度、高温停留时间、焊后冷却速度及焊接热输入都有所不同。
不同焊接方法的热输入
焊接方法焊接电流电弧电压焊接速度焊接热输
入
180 24 0.25 17280 焊条电弧
焊
(3)焊前预热在焊接热输入相同的情况下,焊前预热可以降低焊后冷却速度。
但是，不会增加在高温停留的时间。
所以焊前预热不会使焊弧组织晶粒粗化加剧，力学性能变差。
相
反却可以避免焊缝组织淬硬。
（4）层间温度：层次温度与焊前预热的作用相同。
（5）其他因素：
1）焊件厚度增加时，焊件在高温停留的时间减小，冷却速度加快。
2）接头形式的影响：由于接头的散热面的不同，冷却速度各不相同。
3）热导率的影响：热导率大的材料，冷却速度快，焊件在
高温停留的时间短；反之。