材料成形热过程

2.3.1 焊接热循环的含义
离焊缝越近的点，其加 热速度越大，峰值温度越 高，冷却速度也较大，并 且加热速度和冷却速度都 很快。也就是说，焊接是 一个不均匀的加热和冷却 过程。也可以说是一种特 殊的热处理过程。
离焊缝不同距离的各点的焊接热循环
2.3.1 焊接热循环的含义
与一般热处理相比，焊 接时的加热速度特别快， 在相变点以上高温停留时 间非常短促，只有几秒到 几十秒；冷却速度也相当 快，这是焊接热循环的重 要特征，也是造成焊接接 头组织不均匀和性能不均 匀的重要原因。
材料成形原理
第2章 材料成形热过程
第2章 材料成形热过程
各种材料的成形，多数情况要通过加热进行。 加热 不同的材料成形方法、不同的加热方法，其热过 程的特点是不一样的。 凝固成形是将金属加热到 液态，然后浇注到预 凝固成形 液态 制的型腔中，经过冷却凝固形成各种形状尺寸的 冷却凝固 机器零件。
第2章 材料成形热过程
2.2.6 影响焊接温度场的因素
2. 焊接参数
同样的焊接热源，由于焊接参数不同，温度场的分 布也不同。
⑴ 焊接速度
当热源能量 q 一定时，随着焊速 v 的增加，同一温 度的等温线所包围的范围显著缩小，其宽度和长度都 变小，用等温线表示的温度场的形状变得 细长。 变小 细长
2.2.6 影响焊接温度场的因素
2.1 焊接过程特点及热效率 焊接分类
熔焊 固相焊 钎焊
固相焊：利用摩擦、 摩擦 扩散和 扩散 加压等 加压 物理作用克服两个 物理作用 连接表面的不平度，除去(或挤出)氧化膜及其他污染 物，使两个连接表面上的原子相互接近到晶格距离， 从而在固态条件下实现的连接方法。固相焊接时通常 固态条件下 必须加压，因此通常称为压力焊。 压力焊
2.2.6 影响焊接温度场的因素
3. 被焊金属的热物理性质
焊接铝和铜时，由于材 料的导热性能很好，因此 导热性能很好 应选用比焊接低碳钢时更 大的线能量才能保证质量 大的线能量
2.3 焊接热循环
2.3.1 焊接热循环的含义
焊接时焊件在加热和冷却过程中温度随时间的 变化称为焊接热循环。 变化 当热源不断靠近某点时，该点的温度随之不断 升高，直到达到最大值；随着热源的离开，该点 温度又逐渐降低。
3. 被焊金属的热物理性质
⑹ 表面散热系数 (α) 表示金属表面的散热能力。其物理意义是：散热体 表面与周围介质相差 1℃ 时，通过单位面积在单位时 间内所散失的热能。 由于传热而损失的能量，不但随温度升高而增大, 而且温度越高，表面散热系数越大。因此，当焊件的 传热面积较大时，如薄板焊接，就应考虑由于散热系 数对温度场带来的影响。
2.2.6 影响焊接温度场的因素
3. 被焊金属的热物理性质
⑷ 热扩散率( a ) 表示温度传播的速度，a = λ / c ρ ，单位为 cm／s， 这也是温度的函数。 ⑸ 比热焓( h ) 1g 物质从0℃加热到 T ℃时所吸收的热能，即在 某温度下 1g 物质所含有的热能。它也与温度有关。
2.2.6 影响焊接温度场的因素
① 焊接热源的局部集中性 ② 焊接热过程的瞬时性 ③ 焊接热源的运动性
2.1.1 焊接热过程特点
① 焊接热源的局部集中性
焊接热源集中作用于焊件的接口部位，相对于整个 接口部位 焊件来说非常小，其功率密度又非常大。因此，焊接 加热是局部集中并且极其不均匀，焊接区的温度梯度 很大，熔池温度高（平均 整体加热的情况完全不同。 焊件上各点在某一瞬时的温度分布，一般称为温度 场。焊接过程中，焊件上形成的不均匀的温度场，势 不均匀的温度场 必引起不均匀的应力场或应变场、 不均匀的应力场或应变场 不均匀的组织和性 能变化以及 焊接变形等问题。 能变化 焊接变形
塑性成形是将材料加热到 塑性状态，通过 外力 塑性成形 塑性状态 及模具改变材料的 形状，制造成各种机器零部件 ; 及模具 形状
焊接成形是将各种形状的零部件，通过局部加 热，甚至熔化凝固，连接成各种金属结构。
2.1 焊接过程特点及热效率 焊接分类
熔焊 固相焊 钎焊
熔焊：在焊接过程中利用集中热源对焊件接头 集中热源 加热至熔化状态，再经过 冷却凝固完成焊接的 加热至熔化状态 冷却凝固 方法。
2.2.6 影响焊接温度场的因素
3. 被焊金属的热物理性质
⑴ 热导率(导热系数，λ) 表示金属材料的导热能力。其物理意义是：单位时 导热能力 间内沿法线方向单位距离温度相差1℃时，经过单位面 积所传播的热能，单位为W / (cm·℃)。 热导率 λ 并不是一个不变的常数，它随着金属的化 学成分、组织和温度的不同而变化。 学成分、组织和温度的不同而变化
⑴ 稳定温度场
焊件上各点的温度不随时间而变化，即温度场只与 温度不随时间 焊件各点的位置有关。 例如： 将一个恒定功率的热源作用于工件上某一点 固定不 恒定功率的热源 移动，经过一段时间后，即形成了稳定温度场，在焊 移动 接中相当于定位点固焊或补焊情况。
2. 焊接温度场的类型
⑵ 非稳定温度场
焊件上各点的温度随时间而变化。大多数焊接温度 温度随时间而变化 场均属于非稳定温度场。 例如： 当一恒定功率的固定热源开始作用于焊件上一段时 间内，由于热传播尚未达到饱和状态，焊件上 各点温 饱和状态 度在不断升高，此时是非稳定温度场。 度在不断升高 另外，恒定功率的连续移动热源形成的温度场也是 连续移动热源 非稳定温度场。
2.1 焊接过程特点及热效率 焊接分类
熔焊 固相焊 钎焊
钎焊：在两工件连接处加入低熔点的 低熔点 钎料和 钎料 钎剂，加 钎剂 热至高于钎料和钎剂的熔点， 高于钎料和钎剂的熔点 低于母材熔点的温度， 低于母材熔点的温度 使钎料和钎剂熔化，利用钎料和钎剂在连接界面上的 扩散和 冷却结晶形成结合面的方法。 扩散 浸润作用，然后 浸润 冷却结晶
2.2.6 影响焊接温度场的因素
3. 被焊金属的热物理性质
铬镍奥氏体不锈钢600℃ 等温线要比低碳钢焊接时 要大，这是因为奥氏体不 锈钢的热扩散性能比低碳 钢差（奥氏体不锈钢λ = 0.252w/(cm℃)；低碳钢 的λ ＝ 0.42w/(cm℃)。因 此，焊接不锈钢时，所选 用的焊接热输入应比焊接 低碳钢时要小。
2.2.6 影响焊接温度场的因素
1、热源的性质 2、焊接参数 焊接速度 热源能量 热导率 体积比热容 热扩散率 比 焓 4、焊件的板厚及形状 表面传热系数
3、被焊金属的热物理性质
2.2.6 影响焊接温度场的因素
1. 热源的性质
热源能量越集中，温度场范围 越小，温度梯度 越大。 热源能量越集中 越小 越大 气焊时，热源作用面积大，热能较为分散，因此， 温度场的范围也较大， 温度场的范围也较大 温度梯度相对较小；电子束焊 温度梯度相对较小 时，热能极为集中，温度场范围很小，温度梯度很大. 用手工电弧焊焊接厚度 25mm 以上的钢板，可认为 是点状热源，焊件是 三维温度场；而大厚度（ 100mm 点状热源 三维 以上）焊件的电渣焊，只能认为是线状热源。焊件是 线状热源 平面传热，属于二维温度场。 二维
2.2.2 焊接温度场的一般特征及类型
焊接温度场是指在焊接集中热源的作用下，被 焊工件上（包括内部）的各点在某一瞬时的温度 分布。
数学表达式：
T = f ( x, y, z, t )
T —— 焊件上某点在某一瞬时的温度； x, y, z —— 焊件上某点的空间坐标； t —— 时间。
2.2.2 焊接温度场的一般特征及类型
2.3.2 焊接热循环的主要参数
3. 高温停留时间 tH
高温停留时间是指在 相变温度Ac1以上的停 留时间，包含加热过程 高温停留时间 t ′ 和冷却 过程高温停留时间 t ″。 过程
2.3.2 焊接热循环的主要参数
3. 高温停留时间 tH
在相变温度以上停留时间，对于相的溶解、 相的溶解 奥氏体 的扩散均匀化以及 晶粒度都有很大影响。对于钢来说 , 的扩散均匀化 晶粒度 tH 越长，越有利于奥氏体的均匀化，但温度太高，例 在1100℃以上的停留时间过长，将会使奥氏体晶粒严 重长大，造成晶粒脆化。
2. 焊接参数
⑵ 热源能量
当焊接速度 v 一定时，随着热源能量 q 的增加，同 一温度的等温线所包围的范围增大。
2.2.6 影响焊接温度场的因素
2. 焊接参数
当热输入 E = q / v 为常数时，同时增大 q 和 v，此 时等温线稍加拉长，等温线所包围的范围被拉长，而 等温线所包围的范围被拉长 宽度几乎不变。
2.1.1 焊接热过程特点 ③ 焊接热源的运动性
焊接热源（焊件）始终处于以一定速度运动的状 以一定速度运动 态之中，当焊接热源接近焊件上某一点时，该点迅 速加热升温，随着热源的逐渐远离，该点冷却降 温，各点的温度随时间而变化。热源与焊件是相对 各点的温度随时间而变化 运动的，被加热的区域在不断变化，焊接时的传热 过程实际上是一种准稳态过程。 准稳态过程
2.1 焊接过程特点及热效率
焊接热过程是被焊金属在热源作用下熔化成熔池， 待热源离开后熔池冷却凝固成焊缝的过程。它贯穿整 个焊接过程的始终，是影响焊接区的物理化学冶金反 应及焊接接头的固相相变和应力变形，决定焊接质量 和生产效率的重要因素。
2.1 焊接过程特点及热效率 2.1.1 焊接热过程特点
2. 焊接温度场的类型
⑶ 准稳定温度场
① 当热源功率不变，在焊接过程进行了一个阶段之 后，焊件传热达到了饱和状态，就形成了暂时稳定的 温度场。固定热源在补焊缺陷时就会出现这种情况。 ② 正常焊接条件下的移动热源，经过一定时间后， 焊件上会形成准稳定温度场。这时焊件上各点的温度 虽随时间而变化，但各点温度能跟随热源一起移动。 各点温度能跟随热源一起移动
离焊缝不同距离的各点的焊接热循环
2.3 焊接热循环
2.3.2 焊接热循环的主要参数 ⑴ 加热速度vh ⑵ 峰值温度Tmax ⑶ 高温停留时间tH ⑷ 冷却速度vC ⑸ 冷却时间tc (t8/5或t8/3及t100)