焊接冶金原理 黄继华02焊接热过程1.pptx

材料焊接冶金原理与工艺;第2章 焊接热过程;焊接热过程的特点 焊接热源的集中性 局部加热，焊接热源需要能量高度的集中，确保被加热区域温度迅速升高使之熔化。 焊接热源的运动性 热源相对于工件是运动的，焊接区某点温度快速上升与下降。除了焊件的导热特性之外，焊接热源的运动性是决定焊件某点温度时变特性的主要因素。 焊接热过程的瞬时性 一般的电弧焊大约在十几至数十秒内完成焊接过程；而激光焊和电子束等焊接方法在几秒内即可完成焊接过程。 焊接热过程的复合性 热传导、热对流和热辐射是热传递的三种基本方式。在焊接过程中，这三种热传递方式往往同时存在。;2.1焊接传热学基础;在dt时间内，沿x方向进入微元体的热量为：;同理可得：;根据热力学第一定律有：;在不稳定导热过程中，各点温度受到了两个方面的制约： 1、热量的热传输过程，在一定的温度梯度条件下取决于导热系数 ，反应了材料的散热能力，其本质遵循傅立叶定律； 2、温度的变化过程，在吸收一定热量的条件下主要取决于体积热熔 ，反应了材料存储热量的能力，其本质是遵循热力学第一定律。 热扩散系数 正是把这两个因素，即材料的热散失与存储热量的能力，联系起来，使我们可以获得温度在空间与时间领域的变化。;2.1.3边值条件;2.1.3叠加原理;但是，叠加原里的应用是有限制的，在下列情况下将不再适用： 1）材料的热物性参数和以及传热系数 随温度的变化而改变； 2）要考虑联系到吸热或放热的物态变化（熔化、凝固和相变等等） 这是因为，此时的导热微分方程及边界条件都是非线性的。;2.2焊接温度场;2.2.1焊接热源;1、焊接热效率;2、焊接热源模型;2）平面分布热源 热源把热能传给焊件是通过焊件上一定的加热面积进行的。通常，电弧加热斑点上的比热流分布，可以近似地用高斯曲线来描述。距斑点中心为r的点A的热流密度可用下式计算：;一般可以认为高斯曲线下覆盖的全部热能为电弧有效功率P，且加热半径范围rH内大约占据热源总量的95%，焊接热源高斯分布公式可表示为：;（3）体积分布热源 对于熔化极气体保护电弧焊或高能束流焊，焊接???源的热流密度不仅作用在焊件表面上，也沿焊件厚度方向上作用。此时应该将焊接热源作为体积分布热源。为了考虑电弧热流沿焊件厚度方向上的分布，可以用椭球体模式来描述。;2.2.2焊接温度场的解析解法;准稳态温度场：当热源移动时，位于热源中心的观察者不会注意到在他周围的温度变化。从理论上来讲，当恒定功率热源作用时间无限长时，热传播趋于准稳态。运动点热源准稳态过程：;实例1：在低合金钢厚板进行MIG电弧堆焊，工艺条件为：I=240A，Ua=28V， =10mm/s，T0=20℃。对于低合金钢，物性参数为：α=5mm2/s， =0.005J/mm3?℃，Tm=1520℃。对于MIG焊， =0.7。画出准稳态焊接温度场。;2、无限大薄板线热源过程;实例2：2mm厚铝镁合金薄板的TIG焊接，工艺条件为：I=110A，Ua=15V， =4mm/s， =0.6，T0=20℃。对于铝镁合金， α=55mm2/s， =0.0027 J/mm3?℃，Tm=650℃。忽略表面散热时，画出准稳态焊接温度场。;3、面热源;2.2.3 焊接温度场的有限差分法;2、非稳态导热问题的有限差分法;方程的左边取时间t时的值，方程的右端用前向差分表示，它只包含在P点的 与T(t)。当在P点附近没有内热源时，其有限差分方程为：;2）边界节点差分方程的建立;3）有限差分方程的求解