第一章熔化焊热源及接头形成

1、LOGO焊接成型原理焊接成型原理长春工业大学材料科学与工程学院长春工业大学材料科学与工程学院课件制作：徐世伟课件制作：徐世伟指导教师：刘耀东指导教师：刘耀东1.11.21.31.1 焊接热源及温度场焊接热源及温度场热源热源 最小加热面积最小加热面积/ 最大功率密度最大功率密度/(kW/cm2) 正常焊接条件下温正常焊接条件下温 度度/K乙炔火焰 金属极电弧钨极氩弧(TIG) 埋弧焊 电渣焊熔化极氩弧焊和CO2气体保护焊等离子弧电子束 激光束6107106107107108109101110121041025105105 . 151026510105106105 . 11081010108101

2、0347360008000640023002400018000 2)(KrmreqqmrKrmrFeqKrdreqdFqq220)(emqKq 图图1-3 温度场中的等温线和温度梯度温度场中的等温线和温度梯度 表1.12 焊接中常用金属材料的热物理常数平均值物理量名物理量名称称符号符号单位单位物理意义物理意义焊接条件下选取的平均值焊接条件下选取的平均值低碳钢、低碳钢、低合金低合金钢钢不锈钢不锈钢铝铝铜铜热导率热导率W /(cmK)沿法线方向，沿法线方向，在单位时间在单位时间内，单位距内，单位距离相差离相差1C时经过单位时经过单位面积所传输面积所传输的热量的热量0.3780.5040.1680.

3、3362.653.78比热容比热容cJ/(gK)一克物质每一克物质每升高升高1C时，时，所需热量所需热量0.6520.7560.420.501.01.22续表续表1.12容积比容积比热容热容cJ/(cm3K)单位体积的物质单位体积的物质升高升高1C时所需时所需的热量的热量4.834.563.364.22.633.99热扩散热扩散率率cm2/s传热过程中，温传热过程中，温度传播速度度传播速度0.070.100.050.071.000.95热焓热焓HJ/g在某一温度在某一温度1g物物质所含热量质所含热量（在（在01500C）1331.4_表面传表面传热系数热系数hJ/(cm2sK)传热体表面与周传

4、热体表面与周围介质每相差围介质每相差1C时，通过单时，通过单位面积在单位时位面积在单位时间内所散失的热间内所散失的热量量（在（在01500C）（0.6337.8)10-3_cal 焊接温度场的解析求解焊接温度场的解析求解)4exp()4(222/30atRatcQTT(1 - 7)l 作用于无限板的瞬时线热源作用于无限板的瞬时线热源)4exp()4(20btatratchQTTchbrc/)(2222yxrl 作用于无限长杆的瞬时面热源作用于无限长杆的瞬时面热源)4exp()4(22/10tbatxatcAQTTcAPbrc/)(Contents12 焊接热循环焊接热循环H表表1.21 单层电

5、弧焊和电渣焊低合金钢时近缝区热循环参数单层电弧焊和电渣焊低合金钢时近缝区热循环参数三、三、 焊接热循环参数的计算焊接热循环参数的计算（1）最高温度最高温度 Tm的计算的计算：u 厚板（点热源）为厚板（点热源）为 （1-10）u 薄板（线热源）为薄板（线热源）为 （1-11） 202recETTmycehETTm.2/0（2）瞬时冷却速度瞬时冷却速度c的计算的计算： 厚板为厚板为 （1-12） 薄板为薄板为 （1-13）（3）相变温度以上停留时间相变温度以上停留时间tH的计算的计算： 厚板为厚板为 （1-14） 薄板为薄板为 （1-15） ETTcc)(20220)/()(2hETTccc)(2

6、0TTEtHH202)(4)/(TTchEtHH 800150012005/8TTEt)800(1)500(14)/(202025/8TTchEt)(0TTcEhcc)80015001(200TTcEhc（2）短段多层焊热循环）短段多层焊热循环短段多层焊热循环曲线短段多层焊热循环曲线五、焊接热循环的影响因素五、焊接热循环的影响因素Contents 1.3 熔化焊接头的形成熔化焊接头的形成 vLtmaxwpcFvGt.(4)熔池的温度分布熔池的温度分布 图图1-9 熔池的温度分布熔池的温度分布 1-熔池中部；熔池中部； 2-前部；前部；3-后部后部二、焊接接头的形成二、焊接接头的形成图图1-12

7、 熔焊坡口形式示意图熔焊坡口形式示意图 (a)I型坡口型坡口 (b)V型坡口型坡口 (c)U型坡口型坡口 (d)X型坡口型坡口dppFFF本章小结本章小结电弧热电弧热等离子弧热等离子弧热 化学热 电阻热电阻热传导传热定律l 传导传热定律传导传热定律:热总是从物体的高温部位流向低温部位。在热总是从物体的高温部位流向低温部位。在导热现象中，单位时间内通过给定截面的热量正比于该面法导热现象中，单位时间内通过给定截面的热量正比于该面法线方向的温度变化率和截面面积。线方向的温度变化率和截面面积。Fourier定律是传导传热定律是传导传热的基本定律，数学形式表示为：的基本定律，数学形式表示为： （1-6）

8、 式中，式中，Q表示热量；表示热量；F表示面积；表示面积；为热导率，为热导率， 为温度梯度。为温度梯度。nTFQ)/(KsmmJnT； cq)/(2KsmmJc)(0TTqccl 辐射传热定律：根据蒂芬辐射传热定律：根据蒂芬-玻尔兹曼定律，受热物体单位面积，单玻尔兹曼定律，受热物体单位面积，单位时间辐射的热量位时间辐射的热量qr ，通过辐射系数，通过辐射系数 与与其表面温度其表面温度T（K）的）的4次方成比例：次方成比例： （1-7） 式中，式中，为黑度系数，对于为黑度系数，对于“绝对黑体绝对黑体”，=1；对于；对于“灰体灰体”，1；对于抛光的金属表面，；对于抛光的金属表面，=0.20.4;对于粗糙、被氧化的对于粗糙、被氧化的钢材表面钢材表面=0.60.9。黑度系数值随温度升高而增大，在熔化。黑度系数值随温度升高而增大，在熔化温度范围，温度