文档介绍：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 Fe3O4Fe2O3 铁粉Fe、A1粉3Fe3O4+8A1=4A12O3+9Fe+QFe2O3+2A1=2A12O3+2Fe+Q3、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:比热流:单位时间内通过单位面积传入焊件的热能J/——加热斑点中心的最大比热流k——热能集中数cm-2r——A点距加热斑点中心的距离P5图0-5加热斑点的比热流的分布(K取决因素:焊接方法、焊接规范、被焊材料的性能。)<3>热能分布影响因素①焊接方法:P5图0—6焊接方法对热能分布的影响②焊接规范:P6图0—7电流、电压对热能分布的影响(碳弧试验)一些新焊接工艺影响热能分布影响因素会更多更复杂。例如:等离子弧焊、除I、V外、孔道长度、喷嘴直径、氩气流量、喷嘴与工件间的距离等。※由于各区的热能分布不同,造成了各区的温度分布不同。三、焊接温度场1、焊接传热的基本形式:传导、对流、辐射传导:发生于物体内部或相互接触的物体之间。由于温度不同,在物体内部引起自由电子移动和离子发生振动的结果。△T↑热传导↑对流:利用不同温度地区质点的比重不同来传热。受热的液体或气体上浮,而较冷的液体或气体下沉。辐射:利用电磁波而传递热量,一表面放射,另一表面吸收焊接传热的形式:(1)热源传给焊件:辐射、对流(2)母材和焊条获得热能之后:热传导。※焊接传热过程所研究的主要内容是焊件上温度的变化和分布问题,因此研究温度场以热传导主为,适当考虑辐射和对流的作用。2、焊接温度场焊接温度场研究是以等温面或者等温线来研究等温面和等温线之间温度差的大小,可用温度梯度来描述。(1)按稳定性分:稳定温度场、非稳定温度场※恒定热功率的热源固定作用于焊件上,开始温度场为非稳定的,经过一段时间后便达到了饱和状态,形成了暂时稳定温度场——准稳定温度场,如补焊。正常焊接时,经过一段时间也会形成准稳定温度场。(2)焊件尺寸、形状分:一维、二维、三维。