焊接热熔及熔池的形成.doc

文档介绍：第一章焊接热熔及熔池的形成
从焊接发展的趋势看,焊接逐渐转向高效率、高质量、降低劳动强度、降低耗能的方向发展。从这一点出发,作为热源则应当是:热量高度集中,可快速实现焊接过程,并能保证得到致密的强韧的焊缝和最小的HAZ。
本章重点讨论:焊接热源的种类、特点、焊接温度场及熔池
的形成过程。
这些问题将对焊接化学冶金、熔池结晶、HAZ的组织和性能、以及应力、变形、气孔、夹杂、裂缝等缺缺陷有重要的影响
§1-1焊接热源温度场
一、焊接热源的种类及特征
1、电弧热:利用气体放电过程所产生的热量作为热源,应用
最广泛SAW、SMAW、TIG、MIG、MAG、等离子弧切割及焊接。
2、化学反应热:利用化学反应所产生的热量作为热源
气焊C2H2+O2
铝热焊
铝热剂1kg →750kcal Fe3O4 Fe2O3 铁粉Fe、A1粉
3Fe3O4+8A1=4A12O3+9Fe+Q
Fe2O3+2A1=2A12O3+2Fe+Q
3、电阻热利用电流通过导体时产生的电阻热作为热源
电阻焊(点焊、缝焊)高频感应焊、电渣焊。
※高频热源:对于具有磁性的被焊金属,利用高频感应产生的二次电流作为热源在局部加热。
特点:热量集中,可实现高速焊接,但有集肤效应。
4、摩擦热:由机械摩擦而生产的热量。
如:摩擦焊
5、电子束:在真空中利用高压、高速运动的电子激烈轰击金属的局部表面,将动能转化为热能。深宽比可达40,HAZ很窄。
6、激光束:是通过受激辐射而使辐射增强的光——激光,经过聚焦而产生能量高度集中的激光束来作为热源。
表0—1各种热源的主要特性
HAZ的大小:氧乙炔焊、电渣焊(10-2cm2)>金属极电弧焊、埋弧焊、TIG>MIG、C02焊>电子束>激光束
那么热源输入工件的热量是否全部用于加热焊件呢?焊件上热能的分布又如何呢?
二、焊接过程的热效率和焊件上的热能分布
1、焊接过程的热效率
※焊接过程中由热源提供的热量并不是全部被利用,而是有一部分损失于周围介质和飞溅,即真正用于焊接的热量只是由热源提供热量的一部分。
条件一定时:
取决因素:
(1)焊接方法:能量密度↑↓
(2)焊接规范和焊接材料↑↑; ↑↓
(3)被焊金属的尺寸、形状及性能
1)电弧焊热效率:
图1-1电弧焊时的热量分配
应当指出的是:η只考虑了焊件所吸收的热量,这部分热量又分为两全部分:一部分熔化金属形成焊缝,另一部分由于热传导而流失于母材形成HAZ,而并未反映这两部分比,严格地讲熔化母材、焊丝形成焊缝的热能才是真正的热效率。
2>电渣焊热效率:>80%主要损失热量,冷却滑块带去的热量
图1-2电渣焊时的热能分布(δ=90mm)
但HAZ宽,晶粒粗大
3>电子束与激光束的热效率>90%
激光主要损失于焊件表面的反射(和材料的种类与表面状态有关)
※那么有效热功率传递到工件上之后,热能的分布又是如何呢?
2、焊件加热区上的热能分布(电弧焊)
<1>活性斑点区:带电质点(电子或离子)集中轰主的部位,将电能转为热能,斑点直径dA
<2>加热班点区:该区金属受热量通过电弧辐射和周围介质的对流进行的。斑点直径Dh,该区的热量分布是不均匀的,中心高、边缘低。
图0-4电弧作用加热区
焊件加热斑点区的热能用比热流来表示: