材料成型理论基础焊接理论基础教学PPT.ppt

赵兴科 焊接理论基础 1 1焊接热源 1 2焊接温度场 第一章焊接热过程 1 3焊接熔池 1 4焊接热循环 1 4焊接热循环 焊接过程中 热源沿焊件移动时 焊件上某点的温度随时间由低而高 达到最大值后 又由高而低的变化称为焊接热循环 焊接热循环主要描述焊接热源对母材近缝区的热作用 距焊缝越近 加热的最高温度越高 热作用影响越大 焊接热循环会造成近缝区的组织与性能异于母材 同时还会产生复杂的焊接内应力 严重时导致焊接变形 txyz f t 一 焊接热循环的主要参数 加热速度 h 加热最高温度 tm 高温停留时间 th 冷却速度 c 典型的焊接热循环曲线 1 加热速度 h 焊接热循环的加热速度比普通热处理条件下快得多 随加热速度提高 相变温度也将提高 2 加热最高温度 tm 熔合线处的加热最高温度接近母材的熔点 距离焊缝越远 最高加热温度越低 3 高温停留时间 th 高温范围的确定与母材的种类和焊前状态有关 钢铁材料为相变温度 对于无相变的材料 可根据具体情况 确定温度范围 如晶粒快速长大 第二相溶解 回复与再结晶等 4 冷却速度 c 冷却速度对与钢铁材料非常重要 冷却速度快会产生淬硬组织 诱发冷裂纹 有时用冷却时间表示 焊接热循环参数可以通过试件的实焊试验测定或计算 焊接热循环参数的实焊试验测定 二 焊接热循环参数的计算 1 最高加热温度计算 根据焊接传热理论 焊件上某点的温度经一定时间后达到最高温度 此时温度的变化速度为零 通过将连续移动热源传热公式对时间求导 可以求得tm 1 厚大焊件 当 代入 得 2 50 2 薄板对接 当 代入 得 如表面散热很小 b可忽略 考虑表面散热时 2高温停留时间的计算 高温停留时间可以用计算法 也可以用图解法 或者两者结合使用 实际上常引用无因次判据 再用图解法 令 tm 最高加热温度 t0 初始温度 t 预设的高温 温度无因次判据 点状热源 线状热源 点状热源 预热增大高温停留时间 焊接薄板比厚板易于过热 3瞬时冷却速度的计算 焊缝和熔合线附近的冷却速度相近 为计算方便 选取坐标原点进行计算 r0 0 y0 0 分别对应点状热源与线状热源 温度对时间求导可得某一温度下的瞬时冷却速度 点状热源 线状热源 t 所求冷却速度的瞬时温度 对于一般低合金钢 t常确定为540 对于某些淬硬倾向较大的钢种可考虑300 应用计算举例 在低碳钢厚大焊件上堆焊时 求熔合线上 1 900 以上的停留时间 2 600 时的瞬时冷却速度 3 如冷却速度低于20 s 最小的焊接线能量 焊接规范 i 300a u 30v v 7m h 0 2cm s 钢的热物理常数 tm 1500 cp 5 25j cm3 0 42j cm s 上述冷却速度的计算公式是从传热学理论推导而来 没有考虑实际焊接的各种因素 如板厚 接头形式等的影响 计算误差较大 配合大量试验结果 还建立起许多情况下的经验公式 测定和计算某温度下的瞬时冷却速度困难且误差较大 往往采用一定温度范围内的冷却时间来代替冷却速度 并以此作为研究焊接热影响区组织 性能和抗裂性的重要参数 冷却温度范围的确定通常有三种 800 500 t8 5800 300 t8 3峰值温度 100 t100 4 某温度区间的冷却时间 已建立了一些计算不同条件下的冷却时间的经验公式 同时还建立了一些更方便的线算图 三 多层焊接热循环 在焊接生产中 厚板多采用多层焊接 研究多层焊时的热循环特点具有普遍的意义 多层焊与单层焊相比 优点在于 更大范围内调整焊接线能量 后道次焊接对前道焊缝具有热处理作用 前道次焊接对后道次焊接有预热作用 根据具体施焊工艺 多层焊分为两种 长段多层焊和短段多层焊 长段多层焊是指每次焊缝的长度较长 1000m 焊接第二层时 第一层已基本冷却到较低的温度 200 淬硬倾向大的材料不宜采用 短段多层焊是指每次焊缝的长度较短 50 400m 未等前一层焊缝冷却完毕就开始焊下一层 焊缝和热影响区具有更好的改善作用 适于焊接晶粒易长大而有易于淬硬的材料焊接 确定一道次焊缝的长度很重要 如果焊缝过长 前一道焊缝已经冷至很低的温度 会形成淬硬组织 焊缝的长度过短 会使前道焊缝在高温停留时间过长 晶粒长大严重 需要根据焊接传热理论并结合试验结果 确定每道次焊缝的长