焊接热循环

2.3.1 焊接热循环—主要参数
2、加热最高温度(Tmax ) Tmax指工件上某一点在焊接过程中所
经历的最高温度，即该点热循环曲线上 的峰值温度。
考察位置不同最高温度不同冷却速 度不同焊接组织不同性能不同。
例如：熔合线附近（对一般低碳钢和低 合金钢来说，其Tm可达1300—1350℃）， 由于温度高，其母材晶粒发生严重长大， 导致塑性降低。
2.3.1 焊接热循环—主要参数
4、冷却速度(或冷却时间)(c)
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。
cv
rx2
2.3.2 焊接热循环—参数计算
快速移动线热源作用时的最高温度
快速移动线热源作用下进行平板对接焊接时，
其温度为：
T
q
exp( y02 bt)
2vh( ct)1 2
4at
当 时， T t 0
y02 4atm 1 2 btm
对于靠近热源移动轴的点，其散热来不及显著
降低，即：btm<<1/2,则tm≈y02/2a，故最高温
2.3.1 焊接热循环—主要参数
下图给出了几个焊接热循环的主要参数
2.3.1 焊接热循环—主要参数
单层电弧焊的电渣焊低合金钢时近缝区热循环参数
板厚 (㎜)
焊接 方法
1
TIG
2
TIG
3
埋弧自动
5
埋弧自动
10
埋弧自动
15
埋弧自动
25
埋弧自动
50
电渣焊
100
电渣焊
100
电渣焊
220
电渣焊
焊接线 能量 (J/CM)
2.3.1.焊接热循环及其主要参数
在焊缝两侧距焊 接远近不同的点所经 历的热循环是不同的 （见右图），距焊缝 越近的各点加热最高 温度越高，越远的点， 加热最高温度越低。
temperature/℃
600 500 400 300 200 100
0 0
1 2 3
4 5
1-x=6mm 2-x=10mm 3-x=15mm 4-x=20mm 5-x=30mm 6-x=40mm 6 7-x=60mm 7 8-x=80mm
940 1680 3780 7140 19320 42000 105000 504000 672000 1176000 966000
900℃以上停 留时间
冷
加热
却
时间
时
间
0.4
1.2
0.6
1.8
2.0
5.5
2.5
7
4.0
13
9.0
22
25.0
75
162.0
335
36.0
168
125.0
312
144
395
双丝 三丝 板极 双丝
2.3.2 焊接热循环—参数计算
焊接热循环参数可以用理论计算方法确定，也可以 用近似算法和经验公式确定。有时为了精确，常将几 种方法联合使用。并且这种计算往往要配合某些实验， 才能得到准确的结果。 1、最高温度的计算
根据传热理论，焊件上某点 的温度经过tm秒后达到最高温 度，此时其温度变化速度应 为零，即：
重直运动方向的平面内传播)。
对上式取对数： 对此式求微分：
ln T (t) ln( q ) ln t rx2
2 v
4at
1 T
T (t) t
1 t
rx2 4at 2
,
T (t) t
T t
(
ห้องสมุดไป่ตู้
rx2 4at
2
1)
当
T 0 t
时，t=tm，
时间为:
tm
rx2 4a
rx2 1 ，0 所以，达到最高温度所需
度为： Tm
(
y0
)
q
vch
2 y0
2 0.242 q
e
vchy0
如果考虑散热：Tm
(
y0
)
0.242
q
vchy0
(1
by02 2a
)
2.3.2 焊接热循环—参数计算
快速移动线热源作用时的最高温度
上面是由传热理论推导出的计算公式，由于其 原始的理论条件与实际的情况有较大差异，故准确 性方面存在不足。因此，也有人在理论的基础上通 过实验建立了一些经验公式，如薄板对接焊时，母 材表面上某点的最高温度计算公式为：
冷却速度
900
550
℃
℃
340
60
120
30
54
12
40
9
22
5
9
2
5
1
1.0
0.3
2.3
0.7
0.83
0.25
0.8
0.25
900℃ 时的加 热速度 (℃/S)
1700 1200 700 600 200 100 60
4 7 3.5 3.0
备注
对接无坡口 对接无坡口 对接有焊剂热 对接有焊剂热 v型对接有热 v型对接有热 v型对接有热
2.3.1 焊接热循环—主要参数
3、在相变温度以上停留时间(tH)
在相变温度以上停留的时间越长， 就会有利于奥氏体的均匀化过程。如果
温度很高时（如1100 ℃以上），即使时
间不长，对某些金属来说，也会造成严 重的晶粒长大。 为了研究问题方便，一
般将tH分成两部分。即
t’—加热过程停留时间：
t”—冷却过程停留时间：
8
25
50
75
100
time/s
铝合金跨焊缝不同位置 的焊接热循环
2.3.1 焊接热循环—主要参数
1、加热速度（H）
焊接加热速度要比热处理时的加热 速度快得多，这种快速加热使体系处于 非平衡状态，因而在其冷却过程中必然 影响热影响区的组织和性能；
如：H(加热速度)—TP(相变温度)，
会导致奥氏体化程度 和碳化物溶解程 度。
2.3 焊接热循环
1.焊接热循环及其主要参数
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。
第三节 焊接热循环
4at
2.3.2 焊接热循环—参数计算
快速移动点热源作用下的最高温度
vtm xm ,
tm
xm v
rm2
4axm v
它代表有最高强度各点的轨迹
最高温度Tm为：
Tm (rx
)
T (rx , tm )
q
2 vtm
exp(
rx2 4atm
)
q
2
v
4a rx2
exp(1)
2
e
a
v
q rx2
0.234
q
T 0 t
因此，可利用相应的热源传 热公式求得Tmax值。
2.3.2 焊接热循环—参数计算
快速移动点热源作用下的最高温度
半无限体上离点热源移动轴的距离rx不远处，其
热传播过程可以近似表达为:
T (rx ,t)
q 2 vt
exp(
rx2 ) 4at
其中， rx2 y02 z02 为平面动径的平方，动径表示点到ox轴 的距离，(由于为快速移动热源，因而认为热量只沿