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第一章 熔化焊 1.1熔化焊热源及温度场 1.2焊接热循环 1.3熔化焊接头的形成 1.4焊接气氛及其与金属的互相作用 1.5焊接材料与焊接熔渣 1.6焊接化学冶金反应 1.7熔化焊接头的组织与性能 1.8焊接冶金缺陷 1.1熔化焊热源及温度场 焊接热效率 电弧功率 电弧有效热功率 热效率 焊接热效率和热分配区别 电渣焊的热效率 其热效率高主要是由于焊件较厚，冷却滑块带走的热量较少，大量的热从焊缝向母材传导，易使热影响区过宽，晶粒粗大，焊接接头力学性能低下。 电子束和激光束热效率 能力极其集中，焊接能量损失小。 概念：某时刻焊件上各点的温度分布。 焊接温度场的数学表达式： T = f ( x , y , z , t ) 等温线与等温面 稳定温度场：焊件上温度场各点温度不随时间变化。 非稳定温度场：焊件上各点温度随时间变化。 准稳定温度场 1.1熔化焊热源及温度场 1.1.2焊接温度场 等温线 等温线不可能相交 等温线、等温面之间有温差 大小：温度梯度 方向：垂直于等温面 根据焊件尺寸和热源性质，焊接温度场分为： 三维温度场（空间传热，如厚大焊件表面堆焊，半无限大物体，热源为点热源） T= f (x,y,z,t) 二维温度场（平面传热，如一次焊透薄板，无限薄物体，热源为线热源） T=f(x,y,t) 一维温度场（线性传热，如焊条和焊丝的加热，细棒的电阻焊，无限长细杆，热源为面热源。） T=f(x,t) 焊接温度场数学处理方法：精确解法（数学解析法）和近似解法（数值计算法、图解法和模拟法） 求解过程中物理概念、逻辑推理严格，清晰，解的结果能清楚表示各因素（物性条件、边界条件、时间条件等）对T的影响。但只能求解非常简单的方程，对焊接温度场，只有在许多假设均能满足的情况下，才能得到精确解。 将偏微分方程离散化，得到代数方程组，该方程组的解即为偏微分方程的近似解，通常离散化程度越高，近似解的精确性越高。当然方程组也就越大，计算量亦越大。 随着计算机集成度、运算速度、可靠性及内存量的不断提高，数值解法愈来愈受到人们的重视，并被广泛应用于实际焊接结构中。所采用的离散化方法主要有：有限差分法和有限元素法。 边界条件： 半无限大物体上表面绝热，即热量全部向物体内部传导；无限大薄板上下表面及无限长细杆外表面与介质发生热交换（表面散热） 不考虑相变潜热 热源放出的能量是稳定的，并作直线等速运动 物性参数为常量 运动热源是由无数集中点热源连续作用的总和 瞬时热源作用下的温度场 影响温度场的因素： （1）热源的性质与焊接规范 （2）被焊金属的物理性质 （3）焊件的形态 （4）热源的作用时间和移动速度。 影响温度场的因素： （1）热源的性质与焊接规范 一般热源的能量越集中，热强度越高，则温度场的范围越小。如电子束焊，热能很集中，温度场范围就很小，而气焊则相反。 1.1熔化焊热源及温度场 1.1.2焊接温度场 1.1熔化焊热源及温度场 1.1.2焊接温度场 1.1熔化焊热源及温度场 1.1.2焊接温度场 概念：焊件上某一点在焊接热源的作用下所经历的热过程，即该点的温度随时间的变化过程。 1.2焊接热循环 焊接热循环的主要参数 加热速度 加热的最高温度 在相变温度以上的停留时间 冷却速度或冷却时间 1.2焊接热循环 焊接热循环的主要参数 加热速度 热源集中程度越高，加热速度增加，但较快的加热使相变不充分。 加热速度受许多因素影响： 不同的焊接方法（决定热源的强度、功率） 不同的被焊金属（导热性越好，加热速度越慢） 不同厚度（厚板三向导热，加热速度慢） 不同焊接热输入等 加热速度方面的研究还不够充分 特别是新工艺，如真空电子束焊接等数据很缺乏 1.2焊接热循环 焊接热循环的主要参数 加热的最高温度 据焊缝远近不同的各点，加热的最高温度不同，对研究热影响区有重大意义。Tm低于500℃，不产生热塑性变形，冷却后无内应力。一般低碳钢和低合金钢，熔合线附近Tm可达1300℃，晶粒发生严重长大，塑性降低。 1.2焊接热循环 焊接热循环的主要参数 在相变温度以上的停留时间 1.2焊接热循环 焊接热循环的主要参数 冷却速度或冷却时间—决定热影响区组织性能 指焊件上某点热循环的冷却过程中某一瞬时温度的冷却速度 为了便于测量和分析比较，采用800～500oC的冷却时间来代替瞬时冷却速度，因为这一温度区间是相变的主要温度范围 1.2焊接热循环 焊接热循环的主要参数 冷却时间 从800oC冷却到500oC时所用时间 碳钢、不易淬火的低合金钢 从800oC冷却到300oC时所用时间 易淬火的低合金钢(马氏体相变点300oC左右) 从高温冷却到100oC时所用时间 扩