1焊接热源及熔池形成课稿.ppt

颗粒过渡 射流过渡 旋转射流过渡 4）熔滴的比表面积和相互作用时间 比表面：熔滴的表面积Fg与其体积Vg或质量之比。 假如熔滴是半径为R的球体，则比表面积为 平均作用时间： 平均作用时间变化范围0.01～1.0s 5）熔滴温度 对低碳钢熔滴平均温度2100～2700K。 电流 I↑，熔滴温度T↑ 焊条直径Φ↑，T↓ 1.2.2 熔池的形成 熔池的形状、尺寸、温度、存在时间、流动状态对熔池中的冶金反应、结晶方向、晶体结构、夹杂物数量分布、焊接缺陷的产生均有重要影响。 1）熔池的形状、尺寸 准稳定期熔池的形状类似于不标准的半椭球 I↑ Bmax↓ ，H↑； U↑ B↑ ，H↓。 L=P2UI P2—比例系数，与方法、电流有关 熔池表面积：1～4cm2 比表面：(0.3～13)10-3m2/kg 2）熔池的质量和存在时间 质量 0.6～16g，多数5g，不超过100g 存在时间 tmax=L/v, 几秒～几十秒 平均作用时间 3）熔池的温度 熔池温度不均匀，平均温度1770±100℃。 4）熔池中流体的运动状态 熔池金属运动的原因： 温度不均匀造成的对流 表面张力差引起的对流 热源机械力产生的搅拌作用 熔池金属运动作用： 使焊缝金属成分均匀 有利于气体、非金属夹杂外逸 加速冶金反应，消除焊接缺陷 熔合边界运动受到限制，出现化学成分的不 均匀性。 焊接冶金学（基本原理） 主讲：叶延洪 2014年09月 1 焊接热源及熔池形成 熔焊百年来的发展过程一定意义上就是焊接热源发展过程。 1885 碳弧电焊 1891 金属电极电弧焊 20世纪初 气焊、薄皮焊条 20-30年代 厚皮焊条、氢原子焊、氦气保护焊 40年代 电阻焊、埋弧焊 50年代 电渣焊、CO2焊 60年代 电子束焊、等离子焊接和切割 70年代 激光焊 从发展趋势看，焊接逐步向高效率、高质量，降低劳动强度，降低能源消耗的方向发展。 焊接能源应当：热量高度集中，可快速实现焊接过程，并保证得到致密而强韧的焊缝和最小的焊接热影响区。 1.1 焊接热源及温度场 1.1.1 焊接热源的种类及特征 热源种类 电弧热、化学热、电阻热、高频热源、摩擦热、等离子焰、电子束、激光束等等。 特性 每种热源都有自身的特点，不同热源的最小加热面积、最大功率密度和正常规范条件下的加热温度特性，如表所示。 1.1.2 焊接过程热效率和焊件上的热能分布 1）焊接过程的热效率 热源提供的热量为Q0，有效地用于加热焊件的热量为Q，那 一定条件下η是常数，决定于热源性质、焊接工艺方法、焊接材料种类、焊接金属的性质及尺寸形状等。 电弧焊的热效率 有效用于加热焊件的功率为 手工电弧焊热量分配 （I=150～250A，U=36V） 埋弧焊热量分配 (I=1000A U=36V v=36m/h) 电渣焊的热效率 效率与板厚有关， 板厚↑，效率↑ 电子束与激光焊接的热效率 电子束焊在真空下进行，能量损失很少，热效率可达90%以上，电子动能绝大部分转换成热能。 激光照射焊件，一部分被吸收，另一部分被反射。只要被吸收就能被充分利用。 两种热源能量极为集中，可在瞬时之间实现焊接。 2）焊件上加热区的热能分布 活性斑点区 指带电质点（电子和离子）集中轰击的部位，把电能转换为热能。 加热斑点区 电弧辐射和电弧周围介质对流加热的区域。 在加热斑点上的比热流（即单位时间内通过单位面积传入焊件的热能）分布，可近似地用高斯数学模型来描述。 立体高斯曲面下的总热量为 K值说明热源的集中程度，决定于焊接方法、规范和材料导热性能等。 影响热能分布因素 1.1.3 焊接温度场 1）焊接传热的基本形式 电弧焊条件下，由热源传给焊件主要以辐射和对流为主；母材和焊条获取热量后，以热传导为主。 焊接传热研究内容主要是焊件上的温度变化及其分布。 2）焊接温度场的一般特征 焊接温度场：某瞬时焊件上各点温度的分布。 焊接温度场的分布情况可用等温线或等温面来研究。 等温线（或等温面）即焊件上瞬时温度相同的各点连接起来形成的线或面。 温度梯度：构件上某点温度最大方向导数。 稳定温度场：焊件上各点的温度不随时间的改变而