西安工大焊接冶金學基本原理-第1章 焊接熱過程

1、西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程焊接冶金學焊接冶金學-基本原理基本原理主講主講: : 張文興張文興西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程內容：內容： 1.1焊接熱源及加熱焊接熱源及加熱 1.1.11.1.1焊接熱源的種類及特點焊接熱源的種類及特點 1.1.21.1.2熔焊加熱的特點熔焊加熱的特點 1.1.

2、31.1.3焊接接頭形成焊接接頭形成 1.2 焊接溫度場焊接溫度場 1.3焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán)第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程 西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程1.11.1焊接熱源及加熱焊接熱源及加熱1.1.1 1.1.1 焊接熱源的種類及特點焊接熱源的種類及特點十九世紀十九世紀8080年代發(fā)現碳弧焊；年代發(fā)現碳弧焊；18911891年金屬極電弧焊；年金屬極電弧焊；二十世紀初薄皮焊條電弧焊和氧乙炔氣焊；二十世紀初薄皮焊條電弧焊和氧乙炔氣焊；3030年代，厚皮焊條

3、電弧焊、氫原子焊、氦氣保護焊；年代，厚皮焊條電弧焊、氫原子焊、氦氣保護焊；4040年代，埋弧焊和電阻焊；年代，埋弧焊和電阻焊；5050年代，年代，COCO2 2氣體保護焊和電渣焊；氣體保護焊和電渣焊；6060年代，電子束焊和等離子弧焊與切割；年代，電子束焊和等離子弧焊與切割；7070年代，激光焊焊接與切割；年代，激光焊焊接與切割；8080年代，逐步完善電子束焊接和激光焊接工程；年代，逐步完善電子束焊接和激光焊接工程；9090年代，尋找新能源，如太陽能、微波等。年代，尋找新能源，如太陽能、微波等。西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemica

4、l Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程焊接熱源的種類：焊接熱源的種類：電弧熱：電弧熱：利用氣體介質中的電弧放電過程所產生的熱能作為熱源利用氣體介質中的電弧放電過程所產生的熱能作為熱源（電弧焊、氬弧焊、埋弧焊等）（電弧焊、氬弧焊、埋弧焊等）化學熱：化學熱：利用可燃氣體（液化氣、乙炔）或鋁、鎂熱劑與氧或氧利用可燃氣體（液化氣、乙炔）或鋁、鎂熱劑與氧或氧化物發(fā)生強烈反應時所產生的熱能作為熱源（氣焊、熱劑焊）化物發(fā)生強烈反應時所產生的熱能作為熱源（氣焊、熱劑焊）電阻熱：電阻熱：利用電流通過源（手工導體及其界面時所產生的電阻熱利用電流通過源（手工導體及其界面時所產生的電阻熱作為焊

5、接熱源（電阻焊和電渣焊）作為焊接熱源（電阻焊和電渣焊）摩擦熱摩擦熱：由機械高速摩擦所產生的熱能作為熱源（摩擦焊、攪拌：由機械高速摩擦所產生的熱能作為熱源（摩擦焊、攪拌摩擦焊）摩擦焊）電子束：電子束：在真空中利用高壓下高速運動的電子猛烈轟擊金數局部在真空中利用高壓下高速運動的電子猛烈轟擊金數局部表面，使動能轉換為熱能（電子束焊）表面，使動能轉換為熱能（電子束焊）激光束激光束：利用受激輻射而增強的光，經聚焦產生能量高度集中的：利用受激輻射而增強的光，經聚焦產生能量高度集中的激光束作為熱源（激光焊接與切割）激光束作為熱源（激光焊接與切割）西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of M

6、aterial and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程各種各種( (熔化焊熔化焊) )熱源的特性熱源的特性熱 源最小加熱面積cm2最大功率密度W.cm-2溫度乙炔火焰10-22 1033200 電渣焊10-21042000金屬極電弧10-31046000K鎢極氬弧焊（TIG）10-31.5 1048000K埋弧焊10-32 1046400K熔化極氬弧焊(MIG)10-4104 105CO2氣體保護焊10-4104 105等離子焰10-51.5 10518000K 24000K電子束10-7107 109激光束10-8107 109西安工業(yè)大學材化學

7、院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程焊接熱源及焊接方法示例一焊接熱源及焊接方法示例一(熔化極氣體保護焊)西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程焊接熱源及焊接方法示例二焊接熱源及焊接方法示例二 雙絲焊（熔化極氣體保護焊）雙絲焊（熔化極氣體保護焊）西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineerin

8、g第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程焊接熱源及焊接方法實例三焊接熱源及焊接方法實例三攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊 Friction Stir WeldingFriction Stir Welding（FSWFSW）焊縫焊縫攪拌肩攪拌肩攪拌頭攪拌頭攪拌針攪拌針工件工件西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程攪拌摩擦焊原理攪拌摩擦焊原理 The Principle of Friction Stir Welding西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Materi

9、al and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程焊接過程縱剖面示意攪拌摩擦焊原理攪拌摩擦焊原理 The Principle of Friction Stir Welding焊接方向焊接方向旋轉方向旋轉方向西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程焊接過程頂示圖(Plan view of FSW ) 攪拌摩擦焊原理 The Principle of Friction Stir Welding西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院Sch

10、ool of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程焊縫頂視圖焊縫頂視圖攪拌摩擦焊原理攪拌摩擦焊原理 The Principle of Friction Stir Welding焊接焊接方向方向5083 5083 鋁合金鋁合金西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程電弧+激光焊 熱源發(fā)展趨勢熱源發(fā)展趨勢 焊接技術逐步向焊接技術逐步向高效率、高質量、高效率、高質量、低成本、自動化、低消耗方低成本、自動化、低消耗方

11、向發(fā)展。向發(fā)展。 焊接熱源要焊接熱源要能量高度集中能量高度集中，快速實，快速實現焊接過程，并保證得到致密而強現焊接過程，并保證得到致密而強韌的焊縫和熱影響區(qū)。韌的焊縫和熱影響區(qū)。西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程 面熱源假設面熱源假設 （1 1） 活性斑點活性斑點 dA A （2 2） 加熱斑點加熱斑點 dH H1. 1. 焊件上加熱區(qū)的熱量分布（以電弧為例）焊件上加熱區(qū)的熱量分布（以電弧為例）電電源源U IU I1.1.2 熔焊加熱的特點（解決什么問題？）熔焊加熱的

12、特點（解決什么問題？）西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程)exp()(2Krqrqmq(r)-A點的比熱流（點的比熱流（w/m2）;qm加熱斑點中心的最大比熱流（加熱斑點中心的最大比熱流（ w/m2 ）;K熱能集中系數熱能集中系數(m-2);rA點距加熱斑點的距離（點距加熱斑點的距離（m）。）。 比熱流比熱流服從服從Gaussian Gaussian 分布分布(1-1)(1-1)比熱流（熱流密度）：單位時間比熱流（熱流密度）：單位時間內通過內通過單位面積單位面積提供給

13、焊件的提供給焊件的熱能熱能。西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程2KrmmF0Pq(r) dFq e2 rdrqK mqP(1-2)高斯曲線下面所覆蓋的全部高斯曲線下面所覆蓋的全部熱功率（熱功率（P P）為：為：K K值說明熱流集中的程度。焊條電弧焊：值說明熱流集中的程度。焊條電弧焊：1.2-1.41.2-1.4；埋弧焊：；埋弧焊：6.06.0；TIGTIG焊：焊：3.0-7.03.0-7.0電電源源U IU I西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of

14、 Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程直流TIG焊時的熱能集中系數與焊接電流的關系直流TIG焊弧長對熱能集中系數西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程2 2 焊接熱效率焊接熱效率 在電弧焊接過程中，在電弧焊接過程中，電弧功率電弧功率，即：電弧在單位時間內放出的熱量，即：電弧在單位時間內放出的熱量為：為：P P0 0=UI (W)=UI (W)，U-U-電弧電壓（電弧電壓（V V），），I-I-焊接電流焊接電

15、流(A)(A) 電弧電弧有效熱功率有效熱功率P=P=P P0 0= =UIUI， -熱效率熱效率（加熱功率的有效系數）（加熱功率的有效系數）P=P=UI=UI=P P0 0西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程焊接熱效率焊接熱效率焊接方法焊條電弧焊埋弧焊電渣焊電子束 激光焊鎢極氬弧焊熔化極氣體保護焊0.77-0.870.77-0.900.830.900.900.68-0.85 鋼：0.66-0.69(鋁：0.70-0.85)西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院Scho

16、ol of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程以熔化焊為例，焊接過以熔化焊為例，焊接過程經過了程經過了加熱加熱熔化熔化冶金反應冶金反應結晶結晶固態(tài)固態(tài)相變相變接頭接頭。 焊接熱過程：焊接熱過程： 在焊接過程中，在焊接過程中，被焊金屬由于熱的輸入被焊金屬由于熱的輸入和傳播，而經歷加熱、和傳播，而經歷加熱、熔化（或達到熱塑性狀熔化（或達到熱塑性狀態(tài)）、冷卻，稱之為焊態(tài)）、冷卻，稱之為焊接熱過程。接熱過程。1.1.3、焊接接頭形成、焊接接頭形成西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Ch

17、emical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程焊接熱過程的特點焊接熱過程的特點 焊接熱過程的焊接熱過程的局部集中性局部集中性局部加熱到熔化狀態(tài)；局部加熱到熔化狀態(tài)； 焊接熱過程的焊接熱過程的瞬時性瞬時性加加熱速度極快、冷卻速度極熱速度極快、冷卻速度極快；快； 焊接焊接熱源的運動性熱源的運動性邊焊邊焊接邊加熱邊冷卻，準穩(wěn)態(tài)接邊加熱邊冷卻，準穩(wěn)態(tài)過程。過程。西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程Fe-Fe3C 相圖相圖西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學

18、材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程焊接熱過程的作用焊接熱過程的作用熱量大小和分布狀態(tài)決定了熔池的形狀和尺寸熱量大小和分布狀態(tài)決定了熔池的形狀和尺寸(圓？橢圓？圓？橢圓？)決定了焊接熔池進行決定了焊接熔池進行冶金反應的程度冶金反應的程度影響影響熔池金屬凝固、相變過程熔池金屬凝固、相變過程不均勻的加熱和冷卻，造成不均勻的應力狀態(tài)不均勻的加熱和冷卻，造成不均勻的應力狀態(tài)冶金、應力和被焊金屬組織的共同影響，可能產生各種冶金、應力和被焊金屬組織的共同影響，可能產生各種焊接焊接裂紋和其他缺陷裂紋和其他缺陷影響影

19、響熱影響區(qū)金屬的組織的轉變和性能的變熱影響區(qū)金屬的組織的轉變和性能的變化化決定母材和焊材的熔化速度，因而影響焊接生產率決定母材和焊材的熔化速度，因而影響焊接生產率西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程2 2、焊接化學冶金過程、焊接化學冶金過程 熔化金屬、熔渣、氣相進行系列的化學冶金反應。熔化金屬、熔渣、氣相進行系列的化學冶金反應。3 3、焊接時金屬凝固結晶和相變（包括焊縫及、焊接時金屬凝固結晶和相變（包括焊縫及HAZ)HAZ)過程過程4 4、焊接接頭的特征、焊接接頭的特征

20、接頭的質量包括焊縫、熱影響區(qū)與熔合區(qū)。接頭的質量包括焊縫、熱影響區(qū)與熔合區(qū)。西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程內容：內容： 1.1焊接熱源及加熱焊接熱源及加熱1.2 焊接溫度場焊接溫度場 1.2.1 1.2.1 焊接傳熱基本方式焊接傳熱基本方式1.2.21.2.2、焊接溫度場的一般特征、焊接溫度場的一般特征1

21、.2.31.2.3、影響溫度場的因素、影響溫度場的因素1.3焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán)第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程 西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程1.2.1 1.2.1 焊接傳熱基本方式焊接傳熱基本方式（1 1） 對流對流 與輻射與輻射（2 2） 熱傳導熱傳導 （主要研究對象）（主要研究對象）1.2 1.2 焊接溫度場焊接溫度場熱源熱源西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第

22、第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程1.2.21.2.2、焊接溫度場的一般特征、焊接溫度場的一般特征定義：焊件上某一瞬時各點溫度的分布稱溫度場定義：焊件上某一瞬時各點溫度的分布稱溫度場Tf (x, y, z, t)T T某點溫度；某點溫度；x x、y y、z z 某點空間坐標；某點空間坐標；t t 時間時間西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程 等溫線或等溫面等溫線或等溫面：就是把焊件上瞬時溫度相同的各點連：就是把焊件上瞬時溫度相同的各點連在一起成為一條線或一個面。在一起成

23、為一條線或一個面。 焊接溫度場可用等溫線焊接溫度場可用等溫線或等溫面表示，各個等溫線或等溫面彼此不相交，其間或等溫面表示，各個等溫線或等溫面彼此不相交，其間存在溫度差，用存在溫度差，用溫度梯度溫度梯度表示。表示。焊縫西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程STSTTLimS021 溫度梯度：溫度梯度： 方向垂直于等溫面或等溫線，方向垂直于等溫面或等溫線，即法線方向即法線方向西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical

24、 Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程穩(wěn)定溫度場：穩(wěn)定溫度場：當焊件上溫度場各點的溫度不隨時間而變化。當焊件上溫度場各點的溫度不隨時間而變化。不穩(wěn)定溫度場：不穩(wěn)定溫度場：當焊件上溫度場各點的溫度隨時間而變化。當焊件上溫度場各點的溫度隨時間而變化。準穩(wěn)定溫度場：準穩(wěn)定溫度場：當一個具有恒定功率的焊接熱源固定作用在焊當一個具有恒定功率的焊接熱源固定作用在焊件上，開始一段時間內，溫度場是不穩(wěn)定的，但經過相當一件上，開始一段時間內，溫度場是不穩(wěn)定的，但經過相當一段時間后，便達到了飽和狀態(tài)，形成暫時穩(wěn)定的溫度場。段時間后，便達到了飽和狀態(tài)，形成暫時穩(wěn)定的溫度場。典型溫度場：典型溫度

25、場：西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程根據焊件厚度和尺寸形狀，溫度場方式分為：根據焊件厚度和尺寸形狀，溫度場方式分為： 三維溫度場，三維傳熱厚大焊件、三維溫度場，三維傳熱厚大焊件、點熱源點熱源（x,y,zx,y,z） 二維溫度場，二維傳熱薄板焊件、二維溫度場，二維傳熱薄板焊件、線熱源線熱源（x,yx,y） 一維溫度場，一維傳熱細棒對接、一維溫度場，一維傳熱細棒對接、面熱源面熱源（x x）西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material an

26、d Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程X-Y方向溫度場分布/全圖西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程三維溫度場分布西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程1.2.31.2.3、影響溫度場的因素、影響溫度場的因素主要因素有：主要因素有：熱源種類、焊接規(guī)范（熱源種類、焊接規(guī)范（線能量線能量）、材質熱物理性質、）、

27、材質熱物理性質、焊件形態(tài)。焊件形態(tài)。1 1 熱源的種類熱源的種類熱源種類不同，焊接時溫度場分布就不同。熱源種類不同，焊接時溫度場分布就不同。 例如：例如： 電子束焊接時，熱能極其集中，溫度場范圍小。電子束焊接時，熱能極其集中，溫度場范圍小。 氣焊時，加熱面積大，溫度場范圍很大。氣焊時，加熱面積大，溫度場范圍很大。西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程2 2、焊接規(guī)范（焊接線能量）、焊接規(guī)范（焊接線能量）熱輸入量熱輸入量q q= =常數，常數，熱源移動速度熱源移動速度v v

28、對溫度場的影響對溫度場的影響熱源移動速度熱源移動速度v v增加增加熱源功率熱源功率q q保持為常數時保持為常數時隨焊接速度隨焊接速度v v的增加的增加等溫線等溫線的寬度和長度均變小的寬度和長度均變小溫度場范圍減小溫度場范圍減小西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程熱源移動速度熱源移動速度v=常數，常數，熱輸入量熱輸入量q對溫度場的影響對溫度場的影響熱源功率熱源功率q增加增加熱源移動速度熱源移動速度v保持為常數時保持為常數時隨熱源功率隨熱源功率q的增加的增加等溫線在焊縫橫向

29、變寬等溫線在焊縫橫向變寬等溫線在焊縫方向伸長等溫線在焊縫方向伸長溫度場范圍變大溫度場范圍變大西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程熱源移動速度熱源移動速度v熱源功率熱源功率q增加增加q/v=常數，熱輸入量及熱源移動速度常數，熱輸入量及熱源移動速度等比例變化時對溫度場的影響等比例變化時對溫度場的影響q/v保持為常數時保持為常數時同比例改變同比例改變q和和v等溫線拉長，變寬等溫線拉長，變寬溫度場范圍拉長溫度場范圍拉長 焊接線能量焊接線能量西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學

30、院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程3 3、被焊材質熱物理性質、被焊材質熱物理性質1 1） 熱導率（熱導率（ ） 是在單位時間內，單位距離沿法線方向相差是在單位時間內，單位距離沿法線方向相差11時，時，經過單位面積所傳播的熱能，數學表達式：經過單位面積所傳播的熱能，數學表達式：dQdAdt(TS) 西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程熱導率熱導率隨金屬的成分、隨金屬的成分、組織和溫度

31、的不同而改變。組織和溫度的不同而改變。西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程2 2）比熱容（）比熱容（c c ） 一克物質每升高一克物質每升高11所需的熱能稱為比熱容。所需的熱能稱為比熱容。3 3）容積比熱容（）容積比熱容（c c） 單位體積的物質每升高單位體積的物質每升高11所需的熱能稱為容積比熱容。所需的熱能稱為容積比熱容。4 4）熱擴散率（）熱擴散率（a a ） 表示溫度傳播的速度，與導熱系數表示溫度傳播的速度，與導熱系數成正比，與容積比熱容成正比，與容積比熱容c

32、c 成反比，即成反比，即a = a = / c/ c 。5 5）比熱焓（）比熱焓（s s ） 一克物質從一克物質從 0 0 加熱到加熱到T T 時所吸收的熱能。時所吸收的熱能。6 6）表面散熱系數（）表面散熱系數（a a） 散熱體表面與周圍介質每相差散熱體表面與周圍介質每相差 11時，通過單位面積在單時，通過單位面積在單位時間內所散失的熱能。位時間內所散失的熱能。這些物理性質這些物理性質 往往隨溫度變化而變化，對焊接溫度場研究帶往往隨溫度變化而變化，對焊接溫度場研究帶來困難。來困難。T=fT=f（x,y,z,t)x,y,z,t)西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Mat

33、erial and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程表表 某些金屬熱物理常數的平均值某些金屬熱物理常數的平均值熱物理常數單位焊接條件下選取的平均值低碳鋼不銹鋼鋁紫銅W/(cm)0.3780.5040.1680.3362.653.78cJ/(g )0.6520.7560.420.501.031.22cJ/(cm3 )4.835.463.364.22.633.99a= / ccm2/s0.070.100.050.071.00.95sJ/g1331.4aJ/(cm2s )(0.6337.8.) 10-3西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School

34、of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程在相同熱功率、熱源移動速度和相同板厚條件下在相同熱功率、熱源移動速度和相同板厚條件下不同材料板上移動線熱源周圍的溫度場不同材料板上移動線熱源周圍的溫度場西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程內容：內容： 1.1 焊接熱源及加熱焊接熱源及加熱 1.2 焊接溫度場焊接溫度場 1.3 焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán) 1.3.1 1.3.1 焊接熱循環(huán)（焊接熱循環(huán)（4 4個）主要參數

35、個）主要參數 1.3.2 1.3.2 研究焊接熱循環(huán)的意義研究焊接熱循環(huán)的意義 1.3.3 1.3.3 焊接熱循環(huán)特點焊接熱循環(huán)特點 1.3.4 1.3.4 多層焊焊接熱循環(huán)多層焊焊接熱循環(huán)第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程 西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程1.3 1.3 焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán)定義：定義：在焊接過程在焊接過程中熱源沿焊件移中熱源沿焊件移動時動時 ，焊件上某，焊件上某點的溫度是點的溫度是隨時隨時間間由低而高達到由低而高達到最大值后，又由最大值后，又由

36、高而低的變化，高而低的變化，稱焊接熱循環(huán)。稱焊接熱循環(huán)。（特殊的熱處理）（特殊的熱處理）圖：距焊縫不同距離各點熱循環(huán)西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程焊接是一個焊接是一個不均勻不均勻加熱和冷卻過程，加熱和冷卻過程，這種過程必然會為這種過程必然會為焊件造成焊件造成不均勻的不均勻的組織和不均勻的性組織和不均勻的性能能，同時還能產生，同時還能產生復雜的復雜的應力和應變應力和應變，增加了研究焊接過增加了研究焊接過程的復雜性。程的復雜性。西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院

37、School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程焊接方法不同，焊接熱循環(huán)曲線也發(fā)生較大變化焊接方法不同，焊接熱循環(huán)曲線也發(fā)生較大變化西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程1.3.2 1.3.2 焊接熱循環(huán)特點焊接熱循環(huán)特點1 1、加熱的溫度高、加熱的溫度高 熱處理：熱處理：ACAC3 3以上以上100-200100-200，例如，例如4545號鋼號鋼ACAC3 3：770 770 焊接近縫區(qū)：接近熔

38、點，鋼的熔點焊接近縫區(qū)：接近熔點，鋼的熔點( (固相線）固相線）1350 1350 2 2、加熱的速度快、加熱的速度快比熱處理快幾十倍甚至上百倍。比熱處理快幾十倍甚至上百倍。3 3、高溫停留時間短、高溫停留時間短手工電弧焊：手工電弧焊：4-20S4-20S，埋弧焊：，埋弧焊：20-100S20-100S。4 4、自然條件下連續(xù)冷卻、自然條件下連續(xù)冷卻5 5、局部加熱、局部加熱，順序加熱，組織轉變在應力下進行，順序加熱，組織轉變在應力下進行西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱

39、過程1.3.21.3.2焊接熱循環(huán)（焊接熱循環(huán)（4 4個）主要參數個）主要參數加熱速度加熱速度 ( (H H) ) 焊接加熱速度比熱處焊接加熱速度比熱處理加熱速度要理加熱速度要快的多快的多，因，因此，隨加熱速度的提高，此，隨加熱速度的提高，相變溫度也隨之提高，奧相變溫度也隨之提高，奧氏體均質化和碳化物的溶氏體均質化和碳化物的溶解過程也隨加熱速度的提解過程也隨加熱速度的提高而不充分，必然響在冷高而不充分，必然響在冷卻過程中熱影響區(qū)的組織卻過程中熱影響區(qū)的組織轉變及其性能。轉變及其性能。影響因素：焊接方法、材質、影響因素：焊接方法、材質、厚度以及不同焊接線能量厚度以及不同焊接線能量西安工業(yè)大學材化

40、學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程2.2.加熱的最高溫度加熱的最高溫度 (T(Tm m) ) 距焊縫遠近不同的各點，距焊縫遠近不同的各點，加熱的最高溫度不同。加熱的最高溫度不同。影響組織和性能影響組織和性能。如：。如：焊接低碳鋼時，焊縫附焊接低碳鋼時，焊縫附近處于近處于11001100以上的各以上的各點點( (熔合線和過熱區(qū)熔合線和過熱區(qū)) )，由于高溫而使金屬晶粒由于高溫而使金屬晶粒發(fā)生嚴重長大，促使塑發(fā)生嚴重長大，促使塑性降低。性降低。西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院Sc

41、hool of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程3.3.在相變溫度以上的停在相變溫度以上的停留時間留時間 (t(tH H) ) 在相變溫度以上的停在相變溫度以上的停留時間越長越有利于奧氏留時間越長越有利于奧氏體的均質化過程，增加奧體的均質化過程，增加奧氏體的穩(wěn)定性。然而，當氏體的穩(wěn)定性。然而，當溫度過高時，即使停留時溫度過高時，即使停留時間不長，也會產生嚴重的間不長，也會產生嚴重的晶粒長大。晶粒長大。 為便于研究，可把為便于研究，可把t tH H分為加熱階段的停留時間分為加熱階段的停留時間t t和冷卻階段的停留時間和冷卻階段

42、的停留時間t t”， 所以所以 t tH H=t=t+t+t”。西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程4. 4. 冷卻速度冷卻速度c c ( ( 或冷卻時間或冷卻時間t t 8/58/5、 t t 8/38/3、 t t100100) ) 是決定熱是決定熱HAZHAZ組織性能最組織性能最重要的參數之一，對于低合重要的參數之一，對于低合金鋼來講，主要是熔合線金鋼來講，主要是熔合線(1350)(1350)冷卻過程中約在冷卻過程中約在540540左右的冷卻速度。左右的冷卻速度。

43、 便于比較便于比較, ,現采用某一溫現采用某一溫度范圍內的冷卻時間來表征，度范圍內的冷卻時間來表征，如如800800500500的冷卻時間的冷卻時間t t 8/58/5來代替瞬時冷卻速度。來代替瞬時冷卻速度。及及t t8/38/3、t t100100等等西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程單層電弧焊低合金鋼時近縫區(qū)熱循環(huán)參數板厚/mm焊接方法焊接熱輸入/J.cm-1900時的加熱速度/ .s-1加熱時900 以上停留時間，/s冷卻時900 以上停留時間，/s900 冷卻

44、速度/ .s-1540 冷卻速度/ .s-11TIG84017000.41.2240602TIG168012000.61.8120303SAW37807002.05.554125SAW71404002.5740910SAW 2004.01322515SAW420001009.0229225SAW1050006025.07551西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程1.3.31.3.3研究焊接熱循環(huán)的研究焊接熱循環(huán)的意義意義(1)(1)找出最佳的焊接熱循環(huán)找出最佳的焊接熱循

45、環(huán) 不同的金屬材料對焊接熱循環(huán)不同的金屬材料對焊接熱循環(huán)的敏感性不同，而焊接熱循環(huán)的敏感性不同，而焊接熱循環(huán)的影響因素又可作適當的調整，的影響因素又可作適當的調整，就可找出適合某種金屬的最佳就可找出適合某種金屬的最佳熱循環(huán)，從而保證最佳的焊接熱循環(huán)，從而保證最佳的焊接質量。質量。(2)(2)用工藝手段改善焊接熱循環(huán)用工藝手段改善焊接熱循環(huán) 預熱、后熱、小線能量。預熱、后熱、小線能量。(3)(3)預測焊接應力分布及改善熱影預測焊接應力分布及改善熱影響區(qū)組織響區(qū)組織西安工業(yè)大學材化學院西安工業(yè)大學材化學院School of Material and Chemical Engineering第第1 1章章 焊接熱過程焊接熱過程1.3.41.3.4多層焊多層焊 焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán) 焊接生產中焊接生產中, ,常采用多層焊接，因此，研究多層焊接熱循常采用多層焊接，因此，研究多層焊接熱循環(huán)的傳熱特點具有更為普遍意義。環(huán)的傳熱特點具有更為普遍意義。 多層焊比起單層焊具有更大的調節(jié)范圍，它是許多單層多層焊