焊接成形热过程
第04讲 材料成型热过程(4)
区域进行的；
30 22
铸型和铸件的热物理参量还都随温度而变化，不是
固定的数值。将这些因素都考虑进去，建立一个符
合实际情况的微分方程式是很困难的。因此，用数 学分析法研究铸件的凝固过程时，必须对过程进行 合理的简化。
30
23
1、铸件在绝热铸型中凝固
砂型、石膏型、陶瓷型、熔模铸造等的铸型因其
材料的热导率远小于凝固金属的热导率，可统称 为绝热铸型。 在凝固传热中，金属铸件的温度梯度比铸型中的 温度梯度小得多。相对而言，金属中的温度梯度 可忽略不计。
图1-26 绝热铸型凝固温度分布 TL—金属液相线温度；T0一铸型初始温度； M—凝固层折算厚度 30
25
2、金属—铸型界面热阻为主的金属型中凝固
较薄的铸件在工作表面涂有涂料的金属型中铸造
时，就属于这种情况。
金属—铸型界面处的热阻较铸件和铸型中的热阻
大得多，这时，凝固金属和铸型中的温度梯度可
忽略不计，即认为温度分布是均匀的，传热过程 取决于涂料层的热物理性质。
30
15
中、高碳的岛状奥氏体，在中等冷却条件下，会形 成孪晶马氏体和部分残余奥氏体的混合物，即M-A
组元。
随着M-A组元数量的增多，韧脆转变温度将显著升
高。因此，在热影响区出现组元将会引起脆化。
(完整版)焊接热过程(1)加图片
焊接热过程班级：姓名：学号：复习巩固：1．焊接接头包括、、热影响区三部分。
2．生产中常用的焊条电弧焊、埋弧焊、等方法，都是以电弧作为热源。
3．电弧电压的单位：，U压=。
4．生活中常用的金属有：、、铸铁、不锈钢等。
思考：焊接参数的内容？讲授新课：一、焊接热源：1．焊接中按照加热的程度以及是否加压，可将焊接区分为熔焊、压焊、等。
2．熔焊中焊接热源有电弧、化学反应热、激光束、等，其中以电弧应用最为广泛。
3．热源越集中，热量损失越少，利用率就越（高、低）。
4．电弧的功率可以表示为：P=U*I，式中I表示：，P表示：。
5．思考：电弧电压的在实践中如何改变？二、焊接温度场：1．根据物理学的知识，热量的传递共有传导、、辐射、三种基本方式。
2．判断：在熔焊过程中，三种基本热量传递方式都存在。
（）。
第1页3．影响温度场的因素：A、热源的性质：不同热源其功率不同，加热面积不同，加热面积小的热源加热，等温线更加密集。
例如：等离子（大于、小于）焊条电弧焊。
B、焊接参数：是焊接时为保证焊接质量而选定的各项参数的总称。
例如：焊接电流、、焊接速度、热输入等。
热输入：是一个比值（P/V）表示在熔焊时，由焊接热源输入给单位长度焊缝的能量，单位为J/cm。
C、被焊金属导热能力：下例四种材料热导率关系是：铜＞铝＞低碳钢＞不锈钢。
D、被焊金属的几何尺寸。
三、焊接热循环：1．多层焊的相关知识：在实际生产中，多层多道焊应用最普遍。
多层焊的热循环实际是由多个单层焊循环叠加而成，相邻焊道之间有预热或作用。
2．按生产中的不同要求，多层焊又可分为长段多层焊与多层焊。
A、长焊缝是1M以上的焊缝。
B、B、短焊缝是50---400mm焊缝。
C、思考：中焊缝是否存在？长度为多少？3．简答：针对长焊缝所采用的工艺方法？4.根据影响热循环的因素改善焊接接头质量的措施？。
焊接热过程
焊接热过程嘿，咱今儿来聊聊焊接热过程呀！这焊接热过程啊，就好像是一场神奇的魔法表演。
你看啊，那焊条就像是魔法师的魔杖，一点燃，就开始施展魔法啦！焊接的时候，那热度可不是开玩笑的，就跟夏天里最毒的太阳似的，能把金属都烤得滚烫滚烫的。
这热度的传递啊，就像是水流一样，从焊接的地方开始，慢慢向四周扩散。
这要是不注意控制，那可就像洪水泛滥一样，把周围的金属都给影响了。
这焊接热过程中温度的变化可快啦，一会儿高得吓人，一会儿又降下来。
就像坐过山车一样，忽上忽下的，让人的心也跟着七上八下。
要是温度控制不好，那焊接出来的东西质量能好吗？那肯定不行啊！还有啊，焊接热过程对金属的组织和性能影响可大了。
就好比人锻炼身体，锻炼得好，身体就强壮；要是锻炼过度或者方法不对，那就可能受伤啦。
焊接热过程也是这样，处理得当，金属就变得更结实耐用；要是弄不好，就可能出现各种问题。
咱说这焊接热过程是不是很神奇呢？它能把两块金属紧紧地连接在一起，让它们成为一个整体。
这得多厉害啊！就好像是把两个陌生人变成了亲密无间的好朋友一样。
而且啊，焊接热过程还得考虑很多因素呢。
比如焊接的速度，你想啊，要是焊接速度太快，就像跑步太快会喘不过气一样，热度来不及传递，焊接效果能好吗？要是太慢呢，又像蜗牛散步，浪费时间不说，还可能出现其他问题。
再说说焊接的方法，那也是五花八门啊。
有手工焊接，就像自己亲手做一件艺术品；还有机器焊接，就像是工厂里的流水线生产。
每种方法都有它的特点和适用场合，就看你怎么选择啦！你说这焊接热过程是不是很有趣呢？它就像是一个神秘的世界，等待着我们去探索和发现。
我们要像勇敢的探险家一样，不怕困难，努力去掌握它的奥秘。
总之啊，焊接热过程可不是一件简单的事儿，需要我们认真对待，仔细研究。
只有这样，我们才能焊接出高质量的作品，让焊接技术发挥出它最大的作用。
这可不是我随便说说的呀，你想想看是不是这个道理呢！。
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。
焊接成型技术
第三章焊接成型技术☆定义：用加热或加压等手段，借助金属原子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连接起来的方法。
☆分类：☆特点：1.接头牢固密封性好2。
可化大为小，以小拼大 3.可实现异种金属的连接4.重量轻加工装配简单 5.焊接结构不可拆卸6.焊接应力变形的，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷一、焊接成形的理论基础1.电弧焊过程加热→融化→冶金反应→结晶→固态相变→形成接头2焊接电弧1)形成焊接电弧：焊接电源供给的，是具有一定电压的两极间或电极与焊件间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象.电弧实质是一种气体放电现象。
a)当焊条与焊件间有足够电压时，接触时，相当于电弧焊电源短路,接触点及短路电流很大，产生大量的电阻热，使金属熔化，汽化，引起强烈的电子发射和气体电离。
b）焊条与焊件拉开一点距离，由于电源电压的作用，在这段距离内会形成很强的电场，促使产生的电子发射，同时加速气体的电离,使带电粒子在电场力作用下定向运动.c)电弧焊电源不断共给电能,新的带电粒子不断得到补充,形成连续燃烧的电弧。
2）电弧的组成及热量分布阴极区：发射大量电子消耗一定能量，36% ，2400k阳极区：高速电子的撞击,传入较多能量，42％，2600k弧柱区：21% ，5000—8000k3）电弧的极性直流电源：①正接极：焊接较厚材料,将焊件接正极；②反接极:焊接较薄材料，将焊件接负极。
交流电源：极性交替变化，阴阳极区的温度和热量分布基本相等。
3.焊接电弧热过程特点及影响1）特点①焊接时的加热不是焊件的整体受热，而是加热局部区域，因此,对于整个焊件来说，受热极不均匀。
②焊接热过程是一个瞬时进行的过程，由于在高度集中的热源作用下，加热速度极快。
③焊接热过程中的热源是相对运动着的,由于焊接时焊件受热的区域不断变化，使得其传热过程不稳定。
2）焊接热过程对焊接质量和焊接生产率的影响①焊接时，熔池金属会与气体发生反应,从而改变金属的化学成分，而在冷却凝固时得到不同的组织，使焊缝金属产生缺陷进而使其性能发生很大变化。
第二章 材料成型热过程
加热光斑上比热流q —单位时间通过单位面积进
入焊件的热能，单位J/（cm2.s ）或W/cm2 。
q( r ) q m e
kr
2
q(r)—A点（离光斑中心点距离r） 比热流。 qm—中心点最大比热流
k—热能集中系数(1/cm2)
2.2、焊接过程热效率与焊件热能分布
单位时间通过加热斑点进入工件热量 微元面积图
来实现。
⑴：活性光斑? ⑵ ：加热光斑? 带电质点（电子、离子）轰击区域 由弧柱辐射与介质对流传热区域
2.2、焊接过程热效率与焊件热能分布
热能分布与U、j关系？ 热能分布 热斑中心与
j不变
U
边缘热量差
U不变 j
热斑中心与 边缘热量差
2.2、焊接过程热效率与焊件热能分布
⑶ ：光斑进入工件热量 加热斑点比热流分布图
f x, y, z, t f x, y, t f x, t
2.3 焊接温度场
数学分析法假设 ⑶、边界条件 物体与周围介质绝热，无热交换。 ⑷、热源能量 输出热量恒定，行进等速。 焊件尺寸与热源形式
2.3 焊接温度场
⑸、热源作用效果 焊件尺寸与热源形式
假设相继瞬时作用，各作用点热源互不干涉 ⑹、相变潜热 假设无相变潜热及其它热源。 ⑺、材料特性 假设材料热物理参数如λ 、 c、 ρ 等恒定
2.3 焊接温度场
在上述推导中按假设均未考虑表面散热问 题实践表明，忽略散热，误差不大
v—速度（cm/s) 如图
2.3 焊接温度场 q—热源能量（J/s）
θ0 —初始温度（℃） 2.3.5、电弧焊温度场与数学模型（动态热源）
θ（x0,y0,z0）—p点当 1、厚板（半无限大物体）堆焊温度场讨论 下温度（℃） 还原
焊接热过程
焊接过程中，热源能量的传递也不外以上三种
方式，对于电弧焊来讲，热量从热源传递到焊件
主要是通过热辐射（温度越高，辐射能力越强）
和热对流方式，而母材和焊丝内部，则以热传导 方式。
模块三 焊接温度场
二、焊接温度场 （一）焊接温度场的定义及特点 1.焊接温度场的定义 焊接时，焊件上的各点温度都是在随时间而有规律的变 化。焊件上（包括内部）某瞬时的温度分布，称为焊接温 度场。 焊接温度场的数学表达式： T=f（x，y，z，t） T—工件上某点某瞬时的温度； x，y，z——工件上某点的空间坐标 t—时间
模块一 焊接热过程及特点
二、焊接热过程的特点 1.焊接热过程的不均匀性 2.焊接热过程的运动性
3.焊接热过程的瞬时性
4.焊接热过程的复合性
模块一 焊接热过程及特点
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
模块三 焊接温度场
2.焊接温度场的特点 焊接温度场可用等温线或等温面的分布来表 征。等温线或等温面：把焊件上瞬时温度相同 的点连接在一起，成为一条线或一个面。
模块三 焊接温度场
3.焊接温度场的分类 根据焊件的尺寸和形状不同，温度场分为：
一维温度场（线性传热）：焊条或焊丝的加热（面热
源，径向无温差，如同一个均温的小平面在传热） 二维温度场（平面传热）：一次焊透的薄板，板厚方 向无温差（线热源，把热源看成沿板厚的一条线） 三维温度场（空间传热）：厚大焊件表面堆焊（点热
模块二 焊接热源
二、焊接热源的主要特征 功率密度是指热源和工件之间有效接触的每 单位面积上传送的功率，一般以每平方米或每 平方厘米的瓦数表示 通常从以下三个方面对焊接热源进行对比： （１）最小的加热面积 （２）最大功率密度 （３）在正常的焊接工艺参数条件下能达 到 的温度
热成型件的点焊焊接工艺流程
热成型件的点焊焊接工艺流程热成型件的点焊焊接可是个挺有趣的事儿呢，今天就来好好唠唠它的工艺流程。
一、准备工作。
这热成型件点焊焊接啊，开始之前得把东西都准备好。
咱得先有合适的热成型件，就像盖房子得先有砖一样。
这热成型件可得检查仔细喽，看看有没有什么裂缝啊，或者表面不平整的地方。
要是有问题，那焊接出来的东西肯定好不了。
然后就是点焊设备啦，要确保设备是正常工作的，电线有没有破损啊，电极头是不是干净整洁。
这电极头就像厨师做菜的锅铲，要是不干净，做出来的“菜”肯定不好吃，也就是焊接的效果不好啦。
二、工件定位。
热成型件准备好了，设备也没问题了，接下来就是把工件定位好。
这可不能马虎，就像拍照的时候摆姿势一样，位置不对，拍出来的照片就不好看。
要把热成型件按照设计要求准确地放在该放的地方。
要是放歪了，那焊接点的位置可能就不对了，整个焊接结构的强度啥的都会受影响。
这时候啊，可能就得用到一些夹具之类的东西来固定住热成型件，让它老老实实待在那儿，可别乱动。
三、调节焊接参数。
定位好了，咱们就得调节焊接参数啦。
这就像是调收音机的频道一样，得调到合适的“频率”才行。
焊接电流、焊接时间还有电极压力这些参数都特别重要。
电流太大了，可能就把热成型件给烧穿了，就像火太大把菜烧焦了一样。
电流太小呢，又焊接不牢固，就像没煮熟的面条，软趴趴的没劲儿。
焊接时间也是，太长了浪费时间还可能出问题，太短了又焊不好。
电极压力也得合适，压力太大把工件压变形了可不行，压力太小又接触不好，这都得好好琢磨，找到最合适的参数组合。
四、开始点焊。
参数调好啦，就可以开始点焊啦。
这时候就像按下了相机的快门一样，开始干活喽。
电极接触到热成型件，电流通过的时候，会产生热量，这个热量会让接触的地方金属熔化，然后在电极的压力下融合在一起。
这个过程就像是两个小伙伴手拉手一样，紧紧地连接起来。
每一个点焊的点都很关键，就像链条上的每一个环，少了一个或者有一个没焊好，整个链条就不结实了。
一种焊接al-si镀层热成形钢的方法
一种焊接al-si镀层热成形钢的方法【一种焊接AlSi镀层热成形钢的方法】第一步：简介本文将介绍一种焊接AlSi镀层热成形钢的方法。
焊接AlSi镀层热成形钢是一种特殊的焊接工艺，旨在提高钢材的抗腐蚀性和机械性能。
在本文中，我们将逐步介绍该方法的步骤和技术细节。
第二步：材料准备在进行焊接AlSi镀层热成形钢的方法前，需要准备以下材料：1. AlSi镀层热成形钢板2. 感应加热设备3. 焊接设备4. 焊接材料5. 手套和护目镜等个人防护装备第三步：预热将AlSi镀层热成形钢板放置在感应加热设备中，预热至适当的温度。
预热的目的是为了提高焊接强度和保证焊接的连贯性。
预热温度应根据具体材料而定，一般建议在500-600摄氏度之间。
第四步：焊接准备在预热期间，将焊接设备准备好。
选择适当的焊接材料，并将其加热至适宜的熔化温度。
同时，确保焊接设备和工作区域清洁，以避免杂质污染焊接接头。
第五步：焊接过程将预热后的AlSi镀层热成形钢板取出，放置在焊接设备上。
将加热至熔化状态的焊接材料涂覆在焊接接头上，并迅速将两个接头连接在一起。
通过焊接设备提供的热能和压力，使焊接材料完全融合，并与AlSi镀层热成形钢板形成强固的结合。
第六步：焊后处理完成焊接后，应进行相应的焊后处理。
包括冷却处理、打磨和去除焊渣等步骤。
冷却处理的目的是降低焊接接头的温度，防止出现应力集中和变形。
打磨和去除焊渣可以提高焊接接头的表面质量，并减少杂质对焊接接头的影响。
第七步：检测和验收对焊接接头进行必要的检测和验收。
包括外观检查、力学性能测试、抗腐蚀性能检测等。
确保焊接接头符合所需的质量标准和技术要求。
第八步：成品应用经过以上步骤的焊接AlSi镀层热成形钢制品，可以用于各种领域的应用。
例如汽车制造、航空航天、建筑结构等。
这些产品具有优良的抗腐蚀性能和机械性能，广受市场欢迎。
总结：本文介绍了一种焊接AlSi镀层热成形钢的方法。
通过逐步描述各个步骤和技术细节，希望能为读者提供一种全面有效的方法，用于制造具有特殊性能要求的钢材制品。
第01讲 材料成型热过程.ppt
T
c
2T x2
2T y 2
2T z 2
a2T
(1-3)
式中：a——导热系数或热扩散率，cm2／s，； c——比热容；J／(g·℃)； ρ——密度，g／cm3； T——温度，℃； τ——时间，s。
30
15
式(1-3)从理论上得出了物体上坐标、温度和时间三 者的关系，它表示给定点温度变化速度同拉普拉斯 运算符号成正比，换言之，在某时刻τ、物体上给定 点P(x，y，z)邻近的温度分布越不均匀，则该点的温 度变化也越快。导热的结果，温度不均匀性将逐渐 减小，温度变化速度也要降低。
方程，即其特解为
T (r,t)
Q
exp( r 2 )
c (4at)3 / 2
4at
（1-5）
30
26
如果热源瞬时作用于半无限大物体，如图1-2中的 abcd表面上的O点，并假定此表面为绝热面，则该 点受到热作用的温度将为无限大物体内部热源作用 时的一倍，因而式(1-5)应该写成
2Q
规则及材料物性量不是常数等复杂情况，往往无法
分析求解 。
30
17
数值解法 是将方程离散化后得到代数方程组，可以利用
计算机进行求解，对于实际问题有很大的适应性。 如对于复杂的几何形状、变化的热物理参量等情况， 用数值解法都能较好地加以解决。
所采用的离散化方法主要有：有限差分法和有 限元素法。
30
30
13
二、Laplace热传导微分方程式
热传导微分方程式是根据能量守恒定律(热力学第 一定律)和傅里叶定律推导得出的。它揭示了连续 温度场在空间与时间领域里的内在联系。
第一单元 焊接热过程
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。
焊接第一章 焊接热过程
二、焊接热效率
表1-2 不同焊接方法的η值
表1-3 焊条电弧焊和埋弧焊的热量分配情况和η值
① 包括焊条药皮或焊剂熔化所消耗的热量。
第二节 焊接温度场
一、焊接温度场的概念
图1-1 焊接瞬时温度场
第二节 焊接温度场
图1-2 固定热源加热厚大工件 时的等温面分布
第二节 焊接温度场
二、焊接温度场的类型 1.按温度变化的情况划分的温度场 2.按焊接传热类型划分的温度场 三、影响焊接温度场的因素 1.热源的特性 2.焊接参数 3.母材的热物理性能
第三节 焊接热循环图1-14 道长度对不同温度 下冷却速度的影响
26091B
主编
绪论 第一章 焊接热过程 第二章 焊条熔化及熔池形成 第三章 焊接化学冶金过程
第一章 焊接热过程
第一节 焊接热源及应用 第二节 焊接温度场 第三节 焊接热循环
第一节 焊接热源及应用
一、焊接热源的种类及特征 1.常用的焊接热源 (1)电能源 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。 (2)化学能源 将各种形式储存的化学能转变为焊接用的热能，如 气焊(氧乙炔焊)和热剂焊等。 (3)光能源 将光能转变为焊接能源，如激光焊(用各种透镜系统聚 集的激光束进行焊接)，电子束焊(用静电和磁的方法聚集的电子束 进行焊接)。 (4)机械能源 利用机械能进行焊接，主要有摩擦焊、超声波焊和 爆炸焊等。
第三节 焊接热循环
图1-7 长段多层焊焊接热循环
2.短段多层焊的焊接热循环
第三节 焊接热循环
图1-8 短段多层焊的热循环
三、脉冲焊焊接热循环的特点
第三节 焊接热循环
0109.TIF
第三节 焊接热循环
图1-9 理想的脉冲电流波形 —脉冲电流 —基值电流 —脉冲时间 —持续时间 —脉冲周期
第一章焊接热过程分析全文编辑修改
1—20 5—100 1—15 5—250 0.5-10 1—5 1—10
焊接速度 单位长度热功率 热效率
v[mm/s]
qw[kJ/mm]
h
＜5
＜3.5
0.65—0.90
＜15
＜2
0.65—0.90
＜15
＜1
0.20—0.50
＜25
＜10
0.65—0.95
＜150 ＜10
0.95—0.97
＜150 ＜0.05
10-4
104 — 105
CO2气体保护焊
3200K 6000K 8000K 6400K 2000K
等离子 电子束
激光
10-5
1.5×105 18000—24000
10-7
——
10-8
107 — 109
——
第一节 基本概念和基本原理--焊接热源
2、焊接热源的有效热功率（热效率）
焊接热源对焊接温度场（热场、流场）的影响主 要表现在热输入参数上： 热输入 瞬时热源：采用热量Q[J]
第一节 基本概念和基本原理--焊接热源
1、焊接热源的类型及特征
（3）电阻焊热源
包括电阻点焊（如凸焊，缝焊、点焊等）、电阻对 焊（压力对焊、闪光对焊）及电渣焊。
电阻点焊和电阻对焊时，最初起主要作用的是被焊 构件间（和与电极表面间）接触区域的接触电阻，导 致表面加热，表面局部熔化后，接触电阻减弱甚至消 失，（闪光对焊时，由于工件反复分离，使接触电阻 得以保持），此后，起主要产热作用的是取决于电流 密度的体积加热。在通过传导或感应传递能量的高频 电阻焊时，由于集肤效应和传输电阻，首先使极薄的 表面层被加热；电渣焊时，熔融而导电的渣池被电阻 热加热，并熔化母材和连续给进的焊丝。
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§2-2 焊接温度场 （welding temperature field）
• 温度场定义：某一瞬时工
件上各点的温度T分布称 为温度场
T f x, y, z,t
T—工件上某点某一瞬时的 温度
x, y, z—工件上某点的空间 坐标
t—时间
研究温度场的方法
1.
等温线/等温面 特点：各线面不相交，存在
下图形象地说明电弧焊时热能的分配。 这里所说的热效率η是指电弧的有效功率占电弧总功率的百分比。 电弧的有效热功率，应该包含两部分：一是被基本金属所吸收， 用于加热熔化母材形成焊缝；二是被焊接材料所吸收，用于加热 熔化焊接材料，填充焊缝。但是被母材吸收的部分热能，除了部 分热量用于熔化母材形成焊缝外，还有相当一部分热量被母材以 热传导的方式而形成热影响区，这是我们所不希望的，然而也是 不可避免的。
焊接规范的选择
• 焊接规范的定义：焊接时，
焊接电流I（welding current） 电弧电压U (arc voltange)， 焊接速度VH (welding speed), 进条速度VT的数值的大小 焊接线能量(energy input)是焊接规范的一个综合指标，
它表示单位长度焊缝上投入的有效热量用qL表示
qL=
qu UI
VH
VH
L VH= t [cm/s]
[J/cm]
L—焊缝长度 t—焊接时间
焊接规范的重要性
规范 温度场 成型
焊缝质量
手工电弧焊焊接规范的选择
电弧电压一般为20~25V，由于高温会导致药 皮的脱落，所以温度应控制在400ºC，电流不能 太大，根据经验公式:
I Kd
I—焊接电流 k—系数[一般k=30-60] d—焊丝直径
是有限的，因此焊件上的传热过程是一种准 稳态的过程。
• 二.焊接过程热效率:
在材料加热过程中，能源所提供的热量，通常 并不能全部被利用，其中一部分热量将不可避 免地由于对流、辐射、传导以及热加工工艺方 面的因素而损失，不能真正用于加热金属材料， 因而就存在着热效率的问题。
• 材假料设的能热源量提为供Q的,那热么量热为效Q0率，η而的真定正义用加热金属
稳定温度场 工件上各点的温度不随时间变化
不稳定温度场 随时间变化
准稳定温度场 恒定热功率作用于焊件，开始是
不稳定的，经过一段时间便饱和
移动稳定温度场 恒功率的电源在工件上做匀速直
线运动，温度场与热源以 同样
的速度移动各点的温度只取决于
• 三维傅里叶热传导微分方程为：
T t
c
2T x 2
2T
y 2
2T z 2
a 2T
式中:
a —— 导温系数，
a c
；
2 —— 拉普拉斯运算符号。
• 二维传热：T
t
a
2T x 2
• 熔焊时在高温热源作用下，靠近焊缝
两侧一定范围内发生组织和性能变化 的区域称为“焊接热影响区” 。
焊接接头示意图 1-焊缝；2-熔合区；3-热影响区；4-母材
§2-1焊接热过程特点及热效率
一.焊接热过程特点:
1.熔焊使用的热源比较集中，焊接热源的 能量密度比较大，相对加热面积比较小。 2.焊接是一局部的不均匀的集中加热过程。 在焊接处的温度梯度很大。加热的速度很 快。这与热处理时工件缓慢加热的传热过 程有很大的区别.
温度差（梯度）
2.
温度梯度
T • 等温面：空间具有相同温度点的组合面。 • 等温线：某个特殊平面与等温面相截的交线。 • 温度梯度：对于一定温度场，沿等温面或等温线
某法线方向的温度变化率。温度梯度越大，图形 上反映为等温面（或等温线）越密集。
温度场的分类
例如钨极氩弧焊用线能量为840J/cm焊接 1mm钢板时，加热速度为1700 ℃ /s，焊接熔 池的中心温度很高，远远超过了被焊金属材
料的熔点，整个焊接熔池基本上是处于过热
状态，一般电弧焊熔池的平均温度在 1700~1800℃之间，熔滴的温度一般高达 1800~2400 ℃ ，而熔合区的温度仅是被焊金 属的熔点,熔池的温度梯度较大。 3.一般焊接时热源是移动的，也就是热的作 用具有瞬时性，因而焊件上任一点热的作用
空间坐标，与时间无关形成相对
稳定的温度场(相当于半个鸡蛋壳
壮的等温面向前移动
• 不稳定温度场：温度场不仅在空间上变
化，并且也随时间变化的温度场：
T f x, y, z, t
• 稳定温度场： 不随时间而变的温度场
（即温度只是坐标的函数）：
T f x, y, z
热传导过程的偏微分方程
为η= Q/ Q0 影响热效率的因素很多，主要与热源的性质、
热加工工艺方法、被加热材料的种类、性质及 尺寸形状、以及周围介质环境等因素有关.
焊接时的热效率与焊接工艺方法有关，例如电弧焊时的热效率约在 70%左右，电渣焊的热效率约为80%左右，电子束焊的热效率在 90%以上。 以电弧焊为例，电弧焊时，电弧所产生的热能与电弧功率有关.
P0=UI U-电弧电压,(V);I-焊接电流,(A); P0-电弧功率，即电弧在单位时 间内放出的能量(W).
由于在电弧焊时，电弧所产生的热能不可能全部被利用，真正用 于焊接的有效功率为
不同的电弧焊方法，其热效率η值是不同的，如表所示。
• 从表中可以看出，电弧热效率η与电弧焊方法，
电源种类以及被焊金属等因素有关。实际上，对 于同一种电弧焊方法，电源种类、极性、焊接电 流、电弧电压、焊接速度、焊接材料以及周围的 介质环境等诸多因素都会影响电弧的热效率η.
第二章 焊接成形热过程
焊接接头
焊接热过程 + 焊接化学冶金
+ 焊接物理冶金
焊接热过程
焊接加热的特点：热作用集中性(局部熔化)、热
作用的瞬时性(热源移动) 温度场、热循环
焊接化学冶金过程
熔焊时，液态金属、熔渣及气相之间进行一系列的化学 冶金反应。
焊接物理冶金过程
凝固结晶、固态相变
焊接接头示意图
焊接接头（welded joint）的组成： 母材（base metal） 热影响区（heat affect zone） 熔合线（bond line） 焊缝（weld）