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(中职)熔焊基础与金属材料焊接第二章电子教案.ppt

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(中职)熔焊基础与金属材料焊接第二章电子教案.ppt

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(中职)熔焊基础与金属材料焊接第二章电子教案
第2章焊接冶金基础




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实现焊接过程必须由外界提供相应的能量,也就是说,能源是实现焊接的基本条件。从实现焊接所用能源的本质来看,主要是热能。对于熔化焊接来讲,所用的能源主要是热能源。
熔焊时,要对焊件进行局部加热。由于金属具有良好的导热性,加热时热量必然会向金属内部流动。为保证焊接区金属能够迅速达到熔化状态,并防止加热区过宽,要求焊接热源具备温度高且热量集中的特点,即热源温度应明显高于被焊金属的熔点且加热范围小。

焊接热源的种类很多,生产中常用的焊接热源及其适用的焊接方法如表2-1所示。
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上述热源中,用于熔焊的焊接热源有电弧、化学反应热、等离子弧、激光束、电子束等。其中以电弧应用最为广泛。

热源的性能不仅影响焊接质量,而且对焊接生产率有着决定性的作用。先进的焊接技术要求热源能够进行高速焊接,并能获得致密的焊缝和最小的加热范围。通常从以下三个方面对焊接热源进行对比。
①最小加热面积。即在保证热源稳定的条件下加热的最小面积。
②最大功率密度。热源在单位面积上的最大功率。在功率相同时,热源加热面积越小,则功率密度越高,表明热源的集中性越好。
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③在正常焊接参数下能达到的温度。温度越高,则加热速度越高,因而可用来焊接高熔点金属,具有更宽的应用范围。
不同热源的上述三个特性是不同的(如表2-2所示),理想的热源应该具有加热面积小、功率密度高、加热温度高等特点。

焊接时,热源所产生的热量并不能全部得到利用,其中有一部分损失于周围介质和飞溅中。也就是说,真正用于焊接的热量只是由热源提供热量的一部分。假设由热源提供的热量为Q0,而有效地用于加热焊件的热量为η,那么热效率刀的定义:
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在一定条件下,热效率是个常数,它主要取决于焊接方法、焊接规范和焊接材料的种类(焊条、焊剂、保护气体等),同时,电流种类、极性、焊接速度以及焊接位置等对热效率也有影响。热效率一般根据实验测定,不同焊接方法的热效率值见表2-3。
应该说明的是,热效率值虽然代表了热源能量的利用率,但并不意味着其包含的热量全部得到了“有效”的应用,因为母材所吸收的热量并不全用于金属熔化,其中传导于母材内部的那一部分使得近缝区母材的温度升高,以致组织发生变化而形成热影响区。
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焊接时,焊件上各点的温度不同,并随时间而变化。焊接过程中某一瞬间焊接接头上各点的温度分布状态称为焊接温度场。焊接温度场可用列表法、公式法或图像法表示,其中最常用最直观的方法是图像法,即用等温线或等温面来表示。所谓等温线或等温面,就是温度场中温度相等各点的连线或连面。因为在给定温度场中,任何一点不可能同时有两个温度,因此不同温度的等温线(面)绝对不会相交,这是等温线(面)的重要性质。
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绘制等温线(面)时,通常以热源所处位置作为坐标原点O,以热源移动方向为X轴,焊件宽度方向为Y轴,焊件厚度方向为Z轴,如图2-1(a)所示。如工件上等温线(面)确定,即温度场确定,则可以知道工件上各点的温度分布。例如,已知焊接过程中某瞬时XOY面等温线表示的温度场「图2-1(b)」,则可知道该瞬时XOY面任一点的温度情况。同样也可画出X轴上和Y轴上各点的温度分布曲线,如图2-1(c)、图2-1(d)所示。
由图2-1可知,沿热源移动方向温度场分布不对称。热源前面温度场等温线密集,温度下降快;热源后面等温线稀疏,温度下降较慢,如图2-1(b)、图2-1(c)所示。
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这是因为热源前面是未经加热的冷金属,温差大,故等温线密集;而热源后面的是刚焊完的焊缝,尚处于高温,温差小,故等温线稀疏。热源运动对两侧温度分布的影响相同,如图2-1(a)所示。因此,整个温度场对Y轴分布不对称,而对X轴的分布保持对称。

(1)热源的性质及焊接工艺参数
热源的性质不同,温度场的分布也不同。热源的能量越集中,则加热面积越小,温度场中等温线(面)的分布越密集。同样的焊接热源,焊接工艺参数不同,温度场的分布也不同。在焊接工艺参数中,热源功率和焊接速度的影响最大。
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当热源功率一定时,焊接速度增加,等温线的范围变小,即温度场的宽度和长度都变小,但宽度减小得更大些,所以温度场的形状变得细长。当焊接速度一定时,随热源功率的增加,温度场的范围随之增大。另外,当P/v一定时,等比例改变P和v,等温线有所拉长,温度场范围也随之拉长。
(2)焊件的热物理性质
焊件(被焊金属)的热导率、比热容、传热系数等对焊接温度场的影响较大。例如,在线能量与工件尺寸一定时,热导率小的不锈钢600℃以上高温区比低碳钢大,而热导率高的铝、纯铜的高温区要小得多。这是因为热导率大时,热量很快向金属内部流失,热作用的范围大,但高温区域却缩小了。
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