焊接熱熔及熔池的形成

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1、第一章焊接熱熔及熔池的形成從焊接發(fā)展的趨勢看，焊接逐漸轉向高效率、高質量、降低勞動強度、降低耗能的方向發(fā)展。從這一點出發(fā)，作為熱源則應當是：熱量高度集中，可快速實現(xiàn)焊接過程，并能保證得到致密的強韌的焊縫和最小的HAZ。本章重點討論：焊接熱源的種類、特點、焊接溫度場及熔池的形成過程。這些問題將對焊接化學冶金、熔池結晶、HAZ的組織和性能、以及應力、變形、氣孔、夾雜、裂縫等缺缺陷有重要的影響§1-1焊接熱源溫度場一、焊接熱源的種類及特征1、電弧熱：利用氣體放電過程所產(chǎn)生的熱量作為熱源，應用最廣泛SAW、SM

2、AW、TIG、MIG、MAG、等離子弧切割及焊接。2、化學反應熱：利用化學反應所產(chǎn)生的熱量作為熱源氣焊C2H2+O2鋁熱焊鋁熱劑1kg→750kcal　Fe3O4Fe2O3　　　鐵粉Fe、A1粉3Fe3O4+8A1=4A12O3+9Fe+QFe2O3+2A1=2A12O3+2Fe+Q3、電阻熱利用電流通過導體時產(chǎn)生的電阻熱作為熱源電阻焊（點焊、縫焊）高頻感應焊、電渣焊?！哳l熱源：對于具有磁性的被焊金屬，利用高頻感應產(chǎn)生的二次電流作為熱源在局部加熱。特點：熱量集中，可實現(xiàn)高速焊接，但有集膚效應。4、摩擦

3、熱：由機械摩擦而生產(chǎn)的熱量。如：摩擦焊5、電子束：在真空中利用高壓、高速運動的電子激烈轟擊金屬的局部表面，將動能轉化為熱能。深寬比可達40，HAZ很窄。6、激光束：是通過受激輻射而使輻射增強的光——激光，經(jīng)過聚焦而產(chǎn)生能量高度集中的激光束來作為熱源。表0—1各種熱源的主要特性HAZ的大?。貉跻胰埠浮㈦娫福?0-2cm2）>金屬極電弧焊、埋弧焊、TIG>MIG、C02焊>電子束>激光束那么熱源輸入工件的熱量是否全部用于加熱焊件呢?焊件上熱能的分布又如何呢?二、焊接過程的熱效率和焊件上的熱能分布1、焊接過

4、程的熱效率※焊接過程中由熱源提供的熱量并不是全部被利用，而是有一部分損失于周圍介質和飛濺，即真正用于焊接的熱量只是由熱源提供熱量的一部分。條件一定時：取決因素：（1）焊接方法：能量密度↑↓（2）焊接規(guī)范和焊接材料↑↑；↑↓（3）被焊金屬的尺寸、形狀及性能1）電弧焊熱效率:圖1-1電弧焊時的熱量分配應當指出的是：η只考慮了焊件所吸收的熱量，這部分熱量又分為兩全部分：一部分熔化金屬形成焊縫，另一部分由于熱傳導而流失于母材形成HAZ，而并未反映這兩部分比，嚴格地講熔化母材、焊絲形成焊縫的熱能才是真正的熱效率。

5、2>電渣焊熱效率：＞80%主要損失熱量，冷卻滑塊帶去的熱量圖1-2電渣焊時的熱能分布（δ=90mm）但HAZ寬，晶粒粗大3>電子束與激光束的熱效率＞90%激光主要損失于焊件表面的反射(和材料的種類與表面狀態(tài)有關)※那么有效熱功率傳遞到工件上之后,熱能的分布又是如何呢?2、焊件加熱區(qū)上的熱能分布（電弧焊）<1>活性斑點區(qū)：帶電質點（電子或離子）集中轟主的部位，將電能轉為熱能，斑點直徑dA<2>加熱班點區(qū)：該區(qū)金屬受熱量通過電弧輻射和周圍介質的對流進行的。斑點直徑Dh，該區(qū)的熱量分布是不均勻的，中心高、邊緣

6、低。圖0-4電弧作用加熱區(qū)焊件加熱斑點區(qū)的熱能用比熱流來表示：比熱流：單位時間內(nèi)通過單位面積傳入焊件的熱能J/cm2.sqm——加熱斑點中心的最大比熱流k——熱能集中數(shù)cm-2r——A點距加熱斑點中心的距離P5圖0-5加熱斑點的比熱流的分布（K取決因素:焊接方法、焊接規(guī)范、被焊材料的性能。）<3>熱能分布影響因素①焊接方法：P5圖0—6焊接方法對熱能分布的影響②焊接規(guī)范：P6圖0—7電流、電壓對熱能分布的影響（碳弧試驗）一些新焊接工藝影響熱能分布影響因素會更多更復雜。例如：等離子弧焊、除I、V外、孔道長

7、度、噴嘴直徑、氬氣流量、噴嘴與工件間的距離等?！捎诟鲄^(qū)的熱能分布不同，造成了各區(qū)的溫度分布不同。三、焊接溫度場1、焊接傳熱的基本形式：傳導、對流、輻射傳導：發(fā)生于物體內(nèi)部或相互接觸的物體之間。由于溫度不同，在物體內(nèi)部引起自由電子移動和離子發(fā)生振動的結果?！鱐↑熱傳導↑對流：利用不同溫度地區(qū)質點的比重不同來傳熱。受熱的液體或氣體上浮，而較冷的液體或氣體下沉。輻射：利用電磁波而傳遞熱量，一表面放射，另一表面吸收焊接傳熱的形式：（1）熱源傳給焊件：輻射、對流（2）母材和焊條獲得熱能之后：熱傳導?！附觽鳠徇^

8、程所研究的主要內(nèi)容是焊件上溫度的變化和分布問題，因此研究溫度場以熱傳導主為，適當考慮輻射和對流的作用。2、焊接溫度場焊接溫度場研究是以等溫面或者等溫線來研究等溫面和等溫線之間溫度差的大小，可用溫度梯度來描述。（1）按穩(wěn)定性分：穩(wěn)定溫度場、非穩(wěn)定溫度場※恒定熱功率的熱源固定作用于焊件上，開始溫度場為非穩(wěn)定的，經(jīng)過一段時間后便達到了飽和狀態(tài)，形成了暫時穩(wěn)定溫度場——準穩(wěn)定溫度場，如補焊。正常焊接時，經(jīng)過一段時間也會形成準穩(wěn)定溫度場。（2）焊件尺