第一章熔化焊熱源及接頭形成

1、LOGO焊接成型原理焊接成型原理長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院課件制作：徐世偉課件制作：徐世偉指導(dǎo)教師：劉耀東指導(dǎo)教師：劉耀東1.11.21.31.1 焊接熱源及溫度場(chǎng)焊接熱源及溫度場(chǎng)熱源熱源 最小加熱面積最小加熱面積/ 最大功率密度最大功率密度/(kW/cm2) 正常焊接條件下溫正常焊接條件下溫 度度/K乙炔火焰 金屬極電弧鎢極氬弧(TIG) 埋弧焊 電渣焊熔化極氬弧焊和CO2氣體保護(hù)焊等離子弧電子束 激光束6107106107107108109101110121041025105105 . 151026510105106105 . 11081010108101

2、0347360008000640023002400018000 2)(KrmreqqmrKrmrFeqKrdreqdFqq220)(emqKq 圖圖1-3 溫度場(chǎng)中的等溫線和溫度梯度溫度場(chǎng)中的等溫線和溫度梯度 表1.12 焊接中常用金屬材料的熱物理常數(shù)平均值物理量名物理量名稱稱符號(hào)符號(hào)單位單位物理意義物理意義焊接條件下選取的平均值焊接條件下選取的平均值低碳鋼、低碳鋼、低合金低合金鋼鋼不銹鋼不銹鋼鋁鋁銅銅熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率W /(cmK)沿法線方向，沿法線方向，在單位時(shí)間在單位時(shí)間內(nèi)，單位距內(nèi)，單位距離相差離相差1C時(shí)經(jīng)過(guò)單位時(shí)經(jīng)過(guò)單位面積所傳輸面積所傳輸?shù)臒崃康臒崃?.3780.5040.1680.

3、3362.653.78比熱容比熱容cJ/(gK)一克物質(zhì)每一克物質(zhì)每升高升高1C時(shí)，時(shí)，所需熱量所需熱量0.6520.7560.420.501.01.22續(xù)表續(xù)表1.12容積比容積比熱容熱容cJ/(cm3K)單位體積的物質(zhì)單位體積的物質(zhì)升高升高1C時(shí)所需時(shí)所需的熱量的熱量4.834.563.364.22.633.99熱擴(kuò)散熱擴(kuò)散率率cm2/s傳熱過(guò)程中，溫傳熱過(guò)程中，溫度傳播速度度傳播速度0.070.100.050.071.000.95熱焓熱焓HJ/g在某一溫度在某一溫度1g物物質(zhì)所含熱量質(zhì)所含熱量（在（在01500C）1331.4_表面?zhèn)鞅砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?shù)熱系數(shù)hJ/(cm2sK)傳熱體表面與周傳

4、熱體表面與周?chē)橘|(zhì)每相差圍介質(zhì)每相差1C時(shí)，通過(guò)單時(shí)，通過(guò)單位面積在單位時(shí)位面積在單位時(shí)間內(nèi)所散失的熱間內(nèi)所散失的熱量量（在（在01500C）（0.6337.8)10-3_cal 焊接溫度場(chǎng)的解析求解焊接溫度場(chǎng)的解析求解)4exp()4(222/30atRatcQTT(1 - 7)l 作用于無(wú)限板的瞬時(shí)線熱源作用于無(wú)限板的瞬時(shí)線熱源)4exp()4(20btatratchQTTchbrc/)(2222yxrl 作用于無(wú)限長(zhǎng)桿的瞬時(shí)面熱源作用于無(wú)限長(zhǎng)桿的瞬時(shí)面熱源)4exp()4(22/10tbatxatcAQTTcAPbrc/)(Contents12 焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán)H表表1.21 單層電

5、弧焊和電渣焊低合金鋼時(shí)近縫區(qū)熱循環(huán)參數(shù)單層電弧焊和電渣焊低合金鋼時(shí)近縫區(qū)熱循環(huán)參數(shù)三、三、 焊接熱循環(huán)參數(shù)的計(jì)算焊接熱循環(huán)參數(shù)的計(jì)算（1）最高溫度最高溫度 Tm的計(jì)算的計(jì)算：u 厚板（點(diǎn)熱源）為厚板（點(diǎn)熱源）為 （1-10）u 薄板（線熱源）為薄板（線熱源）為 （1-11） 202recETTmycehETTm.2/0（2）瞬時(shí)冷卻速度瞬時(shí)冷卻速度c的計(jì)算的計(jì)算： 厚板為厚板為 （1-12） 薄板為薄板為 （1-13）（3）相變溫度以上停留時(shí)間相變溫度以上停留時(shí)間tH的計(jì)算的計(jì)算： 厚板為厚板為 （1-14） 薄板為薄板為 （1-15） ETTcc)(20220)/()(2hETTccc)(2

6、0TTEtHH202)(4)/(TTchEtHH 800150012005/8TTEt)800(1)500(14)/(202025/8TTchEt)(0TTcEhcc)80015001(200TTcEhc（2）短段多層焊熱循環(huán)）短段多層焊熱循環(huán)短段多層焊熱循環(huán)曲線短段多層焊熱循環(huán)曲線五、焊接熱循環(huán)的影響因素五、焊接熱循環(huán)的影響因素Contents 1.3 熔化焊接頭的形成熔化焊接頭的形成 vLtmaxwpcFvGt.(4)熔池的溫度分布熔池的溫度分布 圖圖1-9 熔池的溫度分布熔池的溫度分布 1-熔池中部；熔池中部； 2-前部；前部；3-后部后部二、焊接接頭的形成二、焊接接頭的形成圖圖1-12

7、 熔焊坡口形式示意圖熔焊坡口形式示意圖 (a)I型坡口型坡口 (b)V型坡口型坡口 (c)U型坡口型坡口 (d)X型坡口型坡口dppFFF本章小結(jié)本章小結(jié)電弧熱電弧熱等離子弧熱等離子弧熱 化學(xué)熱 電阻熱電阻熱傳導(dǎo)傳熱定律l 傳導(dǎo)傳熱定律傳導(dǎo)傳熱定律:熱總是從物體的高溫部位流向低溫部位。在熱總是從物體的高溫部位流向低溫部位。在導(dǎo)熱現(xiàn)象中，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)給定截面的熱量正比于該面法導(dǎo)熱現(xiàn)象中，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)給定截面的熱量正比于該面法線方向的溫度變化率和截面面積。線方向的溫度變化率和截面面積。Fourier定律是傳導(dǎo)傳熱定律是傳導(dǎo)傳熱的基本定律，數(shù)學(xué)形式表示為：的基本定律，數(shù)學(xué)形式表示為： （1-6）

8、 式中，式中，Q表示熱量；表示熱量；F表示面積；表示面積；為熱導(dǎo)率，為熱導(dǎo)率， 為溫度梯度。為溫度梯度。nTFQ)/(KsmmJnT； cq)/(2KsmmJc)(0TTqccl 輻射傳熱定律：根據(jù)蒂芬輻射傳熱定律：根據(jù)蒂芬-玻爾茲曼定律，受熱物體單位面積，單玻爾茲曼定律，受熱物體單位面積，單位時(shí)間輻射的熱量位時(shí)間輻射的熱量qr ，通過(guò)輻射系數(shù)，通過(guò)輻射系數(shù) 與與其表面溫度其表面溫度T（K）的）的4次方成比例：次方成比例： （1-7） 式中，式中，為黑度系數(shù)，對(duì)于為黑度系數(shù)，對(duì)于“絕對(duì)黑體絕對(duì)黑體”，=1；對(duì)于；對(duì)于“灰體灰體”，1；對(duì)于拋光的金屬表面，；對(duì)于拋光的金屬表面，=0.20.4;對(duì)于粗糙、被氧化的對(duì)于粗糙、被氧化的鋼材表面鋼材表面=0.60.9。黑度系數(shù)值隨溫度升高而增大，在熔化。黑度系數(shù)值隨溫度升高而增大，在熔化溫度范圍，溫度