1焊接热过程
焊接热过程
焊接热过程1、焊接热过程复杂性表现：①焊接热过程的局部性和不均匀性；②焊接热过程的瞬时性；③焊接热源的相对运动。
2、热量来源：电弧热、电阻热、相变潜热、变形热。
电弧热：利用气体介质的放电过程来产生热量，并熔化焊丝和加热工件，焊接的主要热源。
电阻热：焊接电流流过焊丝和工件时，有焊丝和工件本身电阻将电能转化为热能产生的热。
3、散热机构：①环境散热、②飞溅散热4、热传递方式：热传导、辐射、对流、焓迁移。
5、分析焊接热过程需处理的问题：①热源；②热量传输方式；③传质问题；④相变；⑤位移、⑥力学问题。
6、焊接热源：①按形式：电能、机械能、光辐射能、化学能。
②按种类：电弧焊热源、气焊热源、电阻焊热源、摩擦焊热源、电子束焊热源、激光焊热源、铝热剂焊热源。
7、构件几何尺寸简化：①半无限扩展的立方体、②无限扩展的板、③长度无限扩展的板。
8、焊接热源模型：点热源、线热源、面热源、高斯热源、双椭球热源、广义双椭球热源。
9、焊接温度场：焊接过程中，某一时刻所有空间各点温度的总计或分布。
用等温面（线）表示。
等温面：工件上具有相同温度的所有点的轨迹。
10、焊接热循环：指焊接过程中，工件上的温度随着瞬时热源或移动热源的作用而发生变化，温度随时间由低而高，达到最大值后，又由高而低的变化。
简单说就是工件上某点的温度随时间的变化，它描述了该点在焊接过程中热源对其热作用的过程。
主要参数：①加热速度；②加热最高温度；③在相变以上温度停留时间；④冷却速度。
11、多层焊：长段多层焊（1m以上）、短段多层焊（50~400mm）（适合硬化倾向大和晶粒粗化倾向大的钢材焊接）12、热效率：熔化极焊接热效率>非熔化极，埋弧焊热效率>明弧焊，潜弧焊接热效率>明弧13、电极的熔化：是焊接电弧的重要功能之一，对焊接工艺过程、冶金过程、焊接缺欠的产生和焊接生产效率有很大影响。
14、电弧焊时加热和熔化电极的能量：电流流过焊丝的电阻热、电弧传给焊丝端部的热、化学反应热。
焊接热过程和冶金过程
２０ ２ ４ 铝 合 金 的 熔 化 热 对 熔 池 形 状 和 尺 寸 的 影 ０ ７０ ５
响 ［ ３ Ｋ ｐ ａ ．Ａ．…／ Ａ Ｔｍ Ｔ Ｂｐａ－０ ４ 俄 ／ ａｘ Ｈ Ｂ ／ ＢＯ ．ｃａＫ．２ ０ ，
该 校 正 方 法 的 准 确 性 。利 用 数 值 模 拟 方 法 模 拟 整 体 温 度 场 。 试 验结 果 表 明 ， 温 校 正 可 准 确 校 正 试件 表 实 面 状 态 一 致 区 域 的温 度 场 ， 表 面校 正 可 消 除 试 件 表 而 面 状 态 改 变 而 引起 的对 温 度 场 分 布 的 影 响 ， 合 实 温 结 与表 面校 正 方 法 能 准 确地 校 正 镁 合 金 激 光 一 Ｇ 复 合 ＴＩ
维普资讯
形 貌 的 被 动 光视 觉 技 术 ， 取 了 清 晰 的 基 值 电 流期 间 获
效 的 参考 依 据 。图 ９表 ２参 ３
熔 池 图 像 。熔 池 的 三 维 信 息 ， 其 是 熔 池 高 度 ， 仅 尤 不
是 需 要 直 接 控 制 的 对 象 ， 且 是 反 映 熔 透 的 重 要 信 而 ２ ０ ２ ４ 镀 锌 板 激 光 钎 焊 温 度 场 的 数 值 模 拟／ ０ ７０ ３ 封 小松 …／ 金 属 学 报 ．２ ０ ， ２ ８ ．８ ２ ８ ／ － ０ ６ ４ （ ） － ８ ～８ ６
好 。图 ３表 １ １ 参 ２
２ ０ ２ ４ 热 模 拟 ２ ０ Ｄｓ ０ ７０ ４ ２ ５ ｓ焊 接 ＨＡＺ 的 点 蚀 实 验
研 究／ 建 勋 …／ 材料 工 程 ．２０ ，８ ．２ ￣３ 张 ／ －０ ６ （ ）一８ ２ 采用热模拟法 模拟焊 接热 过程 ， 究 了 ２０ 研 ２ ５双
焊接热过程与熔池形态
焊接热过程与熔池形态
本文将探讨焊接热过程与熔池形态的关系。
焊接热过程是指焊接过程中金属的加热和冷却过程，它对熔池的形态和性质有着重要的影响。
在焊接过程中，焊枪或电极产生的热量使工件加热到熔点以上，金属开始熔化形成熔池。
熔池的形态和性质直接影响焊缝的质量和强度。
熔池形态可以分为三种：球形熔池、扁平熔池和凸形熔池。
球形熔池是指熔池表面呈现出球形的形态，这种熔池容易使焊接出现气孔和夹杂物。
扁平熔池则是熔池表面呈现出扁平的形态，这种熔池容易使焊接出现焊缝凹陷和烧穿。
而凸形熔池则是熔池表面呈现出凸起的形态，这种熔池可以使焊缝填充更加充分，但也容易使焊接出现焊缝凸起和夹渣。
焊接热过程决定了熔池的形态和性质，因此焊接人员必须掌握正确的焊接参数，如焊接电流、电压、焊接速度等，以控制焊接热过程，从而获得理想的熔池形态和性质。
同时，焊接人员还需要掌握正确的焊接技巧，如焊接位置、角度、移动速度等，以确保焊接质量和焊接效率。
总之，焊接热过程和熔池形态是焊接质量的关键因素，必须得到高度重视和有效控制。
- 1 -。
焊接技术的基本原理
焊接技术的基本原理焊接是一种常见的金属连接方法，广泛应用于制造业、建筑业以及航空航天等领域。
它通过将两个或多个金属材料加热至熔点，使其相互融合，形成一个坚固的连接。
焊接技术的基本原理涉及到热传导、金属熔化和凝固等过程。
1. 热传导焊接过程中，热传导起着至关重要的作用。
焊接电弧或火焰产生的高温会使接头区域的金属材料加热，然后通过热传导向周围的材料传递热量。
这种热传导过程会导致接头区域的金属材料温度升高，最终达到熔点。
2. 金属熔化当金属材料的温度达到熔点时，其固态结构发生变化，从而形成液态金属。
在焊接过程中，焊接材料（焊丝或焊条）通常会被加热至熔点，然后通过熔化的焊接材料填充接头区域，形成焊缝。
焊接材料的选择取决于所需的焊接强度、耐腐蚀性和其他特性。
3. 凝固一旦焊接材料被加热至熔点并填充接头区域，它会开始冷却并凝固。
凝固过程是焊接中非常关键的一步，它决定了焊接接头的质量和强度。
凝固过程中，焊接材料中的金属原子重新排列，形成结晶体，并与周围的金属材料相互连接。
这种结晶体的形成使焊缝具有良好的力学性能和耐腐蚀性。
除了上述基本原理，焊接技术还涉及到其他一些重要的概念和过程。
4. 焊接电弧焊接电弧是一种高温等离子体，由焊接电流在电极和工件之间产生。
通过控制电弧的位置和强度，可以实现对焊接过程的精确控制。
焊接电弧的稳定性对焊接质量和效率至关重要。
5. 焊接材料选择在实际焊接中，选择合适的焊接材料对焊接接头的质量和性能至关重要。
焊接材料的选择取决于所需的焊接强度、耐蚀性、耐高温性以及与被焊接材料的相容性。
常见的焊接材料包括焊丝、焊条和焊粉等。
6. 焊接技术的分类焊接技术可以根据焊接方式的不同进行分类。
常见的焊接技术包括电弧焊、气体焊、激光焊、摩擦焊等。
每种焊接技术都有其特定的应用领域和适用范围。
总之，焊接技术的基本原理涉及到热传导、金属熔化和凝固等过程。
理解这些原理对于掌握焊接技术并实现高质量的焊接非常重要。
焊接热过程和冶金过程
介绍非线 性参 量近似熵的理论及算法 ， 提出由近
置涂层 内的温度场 、 力 场 ， 应 分析 电弧 喷涂方法 制造 模具 时的沉积过 程。在 建立传热模 型过 程中 ， 用在 采
似熵的角度 去分析短路过渡弧焊稳定性 的思想 ， 对指
导实际焊接 过程 时的规 范选择有 参考作 用。在焊 接 厚 度方 向以微小层逐 层叠加来模拟涂层 的增 厚 ， 并应 参数均满 足匹配条件下 ， 采集短路过渡 的弧焊 电流信 用 生死单元法逐层激 活层单元参与计算 过程 ， 以模拟 号， 对该电流信 号的近 似熵进行 计算 ， 结合传 统的最 佳电弧的理论认识 ， 通过 比较不同规范下近似熵的大
的塑性材料沿 带左旋螺纹 的探针 表面 从焊缝上表面
螺旋迁移至 焊缝底 部 ， 四周向焊 缝表 面迁移， 从 在厚 度方向上形 成一个 连续 迁移的循 环路径 。塑性变形
瞬态变化 ， 考虑了材料 热物理性能参数与温度的非线
的区域关于焊缝 中心不对称 ， 塑性材料在焊缝 中心形 性关系， 并以７Ｃ３ 的堆焊为例进行了实例计算， ０ｒ Ｍｏ 成类似于倾 斜 ” 花瓶” 状的形貌 。从 焊缝表面至底面 ， 计算结果与实测结果相 吻合 。图 ５表 ２参 ２ 塑性变形区宽 度逐 渐减小 ， 前进边塑性材料 向焊缝表 面迁移的距离 小于返回边 ， 前进边 塑性 变形区小于返 回边 。图 ７ ７ 参
２ ０ ３ ２ 紧 急 水 冷 及 焊 后 芷 火 对 超 细 晶 粒 钢 接 头 ０８０５ 热 影 响 区组织 与 硬 度 的 影 响 ／ 贵锋 … ／焊 接 学 报 ． 张 ／ 一
２ ０ ， ８ １ ）：７ ５ ０ ７ ２ （２ ４ ～ Ｏ
规律。结果表 明最佳 的焊接规范具有近似熵较大 ， 标
焊接热循环概述
焊接热循环概述一、焊接热循环的特点热能传递方式主要有传导、对流、辐射三种。
在利用电弧热进行焊接时，电弧热传递给焊件的方式是传导和辐射。
由于在焊接过程热源在不断的移动，不同的距离、不同的时刻焊件各点的温度都是不同的。
焊接温度场，是焊接过程中的某一瞬间在焊件上各点的温度分布焊接温度场能反映出焊件温度在某一瞬间在空间的分布情况，但不能说明焊件上各点温度随时间变化的情况。
这种反映焊件上的某一点，在焊接热源的作用下，其温度随着时间的变化由高到低的过程为焊接热循环。
焊接热循环的主要参数是加热速度、加热最高温度、禁止变温度以上的停留时间和冷却速度。
特征：1）虽然焊接过程加热温度高，加热速度和冷却速度都大，但是，加热速度比冷却速度更大。
2）焊件各点的热循环不同，越靠近焊缝中心位置，，峰值温度越高，加热温度和冷却温度也越大，反之亦然。
二、影响焊接热循环的温度的因素（1）焊接热输入：是综合焊接电流、电弧电压、焊接速度的参数，当焊接电流或电弧电压越大，而焊接速度不变或减小，则焊接热输入越大；当焊接速度越大，而焊接电流或电弧电压不变或减小，则焊接热输入越小。
由此，焊接热输入越大，在高温停留的时间就越长，焊后冷却速度也就变慢。
焊接热输入变小，在高温停留时间也变短，焊后的冷却速度将变快。
（2）焊接方法：焊接方法不同，加热速度、高温停留时间、焊后冷却速度及焊接热输入都有所不同。
不同焊接方法的热输入焊接方法焊接电流电弧电压焊接速度焊接热输入180 24 0.25 17280 焊条电弧焊(3)焊前预热在焊接热输入相同的情况下,焊前预热可以降低焊后冷却速度。
但是，不会增加在高温停留的时间。
所以焊前预热不会使焊弧组织晶粒粗化加剧，力学性能变差。
相反却可以避免焊缝组织淬硬。
（4）层间温度：层次温度与焊前预热的作用相同。
（5）其他因素：1）焊件厚度增加时，焊件在高温停留的时间减小，冷却速度加快。
2）接头形式的影响：由于接头的散热面的不同，冷却速度各不相同。
第三章：焊接基础知识
三、焊接热循环
• 焊接热循环的概念
T
焊接过程中热源沿焊件秱 动时，焊件上某点温度由 低而高，达到最高值后， 又由高而低随时间的变化 称为焊接热循环
t
焊接热循环是用来描述焊接过程中热源对母 材金属的热作用。
• 在焊缝双侧丌同距离的各点所经历的热循环是 丌同的（见下图）
焊接热循环的主要参数
（一）加热速度（v H） v H= d T / d t
2）置换氧化 ①熔渣中癿SiO2、MnO等发生以下反应： （SiO2）+2[Fe][Si]+2FeO （MnO）+[Fe][Mn]+2FeO 焊缝增Si,Mn，使Fe氧化温度升高， K,故置换氧化主要发生在高温区，随着温 度降低，熔池后部癿低温区Si、Mn被氧化， 生成夹杂
②药皮中含Al、Ti、Cr等强脱氧元素时，置换脱氧效 果更明显，高碳高强钢应采用无SiO2药皮
一、对焊接区癿保护
1.光焊丝焊接时 [N] ＝0.105﹪~0.218﹪,增加20~45倍， [O] ＝0.14﹪~0.72﹪,增加7~35倍， [Mn]、[C]蒸发、氧化损失易产生气孔，导 致塑性韧性下降,光焊丝无保护癿焊接丌实用 2.保护方法 药皮、熔渣、药芯、保护气体、自保护等 3.保护效率 不保护方法有关，一般惰性气体保护效果较好
1.药皮反应区
二、焊接冶金学反应区及其反应条件（以 焊条电弧焊为例）（P.45、46，图2-3）
（1）产生癿气体
①100~1200°C：水分蒸发、分解、氧化 a. ＜100°C 吸附水分蒸发 b.>200~400°C 排除结晶水 c. >400°C 排除化合水 ②有机物癿分解和燃烧：产生CO2、CO、 H2 ③碳酸盐癿分解（大理石CaCO3、菱苦土 MgCO3):产生CO2 ④高价氧化物分解（赤铁矿Fe2O3、锰矿 MnO2):产生O2
焊接热循环
2.3.1.焊接热循环及其主要参数
在焊缝两侧距焊 接远近不同的点所经 历的热循环是不同的 （见右图），距焊缝 越近的各点加热最高 温度越高，越远的点， 加热最高温度越低。
temperature/℃
600 500 400 300 200 100
0 0
1 2 3
4 5
1-x=6mm 2-x=10mm 3-x=15mm 4-x=20mm 5-x=30mm 6-x=40mm 6 7-x=60mm 7 8-x=80mm
双丝 三丝 板极 双丝
2.3.2 焊接热循环—参数计算
焊接热循环参数可以用理论计算方法确定，也可以 用近似算法和经验公式确定。有时为了精确，常将几 种方法联合使用。并且这种计算往往要配合某些实验， 才能得到准确的结果。 1、最高温度的计算
根据传热理论，焊件上某点 的温度经过tm秒后达到最高温 度，此时其温度变化速度应 为零，即：
2.3.1 焊接热循环—主要参数
4、冷却速度(或冷却时间)(c)
冷却速度是决定热影响区组织和性能的最 重要参数之一，是研究热过程的重要内容。通 常我们说冷却速度，可以是指一定温度范围内 的平均冷却速度（或冷却时间）也可以是指某 一瞬时的冷却速度。
对于低碳钢和低合复钢来说，我们比较关 心的熔合线附近在冷却过程中经过540℃时的 瞬时速度，或者是从800℃降温到500℃的冷却 时间t8-5,因为这个温度范围是相变最激烈的温 度范围。
T 0 t
因此，可利用相应的热源传 热公式求得Tmax值。
2.3.2 焊接热循环—参数计算
快速移动点热源作用下的最高温度
半无限体上离点热源移动轴的距离rx不远处，其
热传播过程可以近似表达为:
T (rx ,t)
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常用的有： 焊条电弧焊 埋弧焊 气焊 气体保护焊
常用的熔焊方法
焊条电弧焊
CO2气体保护焊
常用的熔焊方法
钨ห้องสมุดไป่ตู้气体保护焊
埋弧焊
压焊：就是在焊接过程中无论加热与否， 必须对焊件施加一定压力以完成焊接的焊接
方法。
加热的有：电阻焊 不加热的有：冷压焊
摩擦焊
爆炸焊
金属熔焊原理
主要内容
焊接热过程 焊缝金属的构成
焊接热过程
一、焊接基本概念及分类
焊接：是通过加热或加压或两者并用， 用或不用填充材料，使焊件间达到原子间结 合的加工工艺方法。
按焊接过程中金属所处的状态不同，焊 接方法分为熔焊、压焊和钎焊等三大类。
熔焊：是指在焊接过程中，将待焊处的 母材金属熔化，但不加压力形成焊缝的焊接 方法。
２、熔滴的尺寸大小和长大情况决定了熔滴 反应的作用时间从而决定了熔滴反应速度 和完全程度；
３、熔滴过渡的形式与频率直接影响焊接生 产率；
４、熔滴过渡的特性对焊接热输入有一定的 影响，改变熔滴过渡的特性可以在一定程 度上调节焊接热输入，从而改变焊缝的结 晶过程和热影响区的尺寸及性能。
◆熔滴过渡的形式
熔滴过渡示意图
四、母材的熔化与熔池的形成
◆ 熔焊时，在热源的作用下，与焊条金属熔化 的同时，被焊金属－母材也发生局部熔化。在 母材上由熔化的焊条金属和母材组成的具有一 定几何形状的液体金属叫熔池。
■不加填充材料焊接时，熔池由熔化的母材组成； ■在加填充材料焊接时，熔池则由熔化的母材和
填充材料共同组成。
3）焊接是不均匀加热和冷却的过程 。 4）焊接热过程对焊接生产率发生影响。
焊缝金属的构成
一、焊条（焊丝）的加热与熔化
电弧焊时，加热和熔化焊条（或焊丝）的 能量有： ◆焊接电流通过焊芯时所产生的电阻热， ◆焊接电弧传给焊条端部的热能 ， ◆焊条药皮组分之间的化学反应热，
占总热量的1%~3% 。
1、电阻热—QR=I2Rt
2、焊接热过程的特点
1）焊接热量集中作用在焊件连接部位， 而不是均匀加热整个焊件。
2）热作用的瞬时性，焊接时，热源以 一定速度移动，焊件上任一点受热的作用 都具瞬时性，即随时间而变。
三、焊接热过程对焊接质量的影响
1）焊接热过程决定了焊接熔池的温度和 存在时间。
2）在焊接热过程中，由于热传导的作用， 近缝区可能产生淬硬、脆化或软化现象 。
★电阻加热的特点：是从导电接触点至电弧 之间的焊芯上热量均匀分布。
★电阻热过大时，引起不良后果： 1）焊芯熔化过快产生飞溅； 2）药皮开裂并过早脱落，电弧燃烧不稳； 3）焊缝成形变坏，甚至产生气孔等缺陷； 4）药皮组成物之间过早地发生反应，丧失
其冶金性能； 5）焊条发红变软，操作困难。
式。 ▲ 特点：滴状过渡会影响电弧的稳定性，
焊缝成形不好。 3、渣壁过渡 ▲ 只出现在焊条电弧焊和埋弧焊中
4、喷射过渡 ▲ 熔滴呈细小颗粒，并以喷射状态快速通
过电弧空间向熔池过渡的形式。常用于惰 性气体焊接时。 ▲ 特点：喷射过渡具有熔滴细、过渡频率 高、电弧稳定、焊缝成形美观及生产效率 高等优点。
化和自动化。
二、焊接的一般过程
熔焊是应用最广泛的一类金属焊接方法， 一般焊接部位须经历加热—熔化—冶金反 应—凝固结晶—固相相变—形成接头等过 程。
1、焊接热过程
在焊接热源作用下金属局部被加热与熔 化，同时出现热量的传播和分布的现象， 而且这种现象贯穿整个焊接过程的始终， 这就是焊接热过程。
1、短路过渡
金属熔滴在表面张力和其他力的作用下， 开始沿着熔池表面流散，并在熔滴和熔池 之间迅速形成缩颈。此时，电流将急剧升 高，熔滴被发生爆炸脱离焊丝到熔池内， 然后电弧又重新点燃。
特点：在CO2焊接的小电流，低电压区 焊接时尤为显著，电弧稳定，飞溅小，常 被应用于熔深较浅的薄板焊接。
2、颗粒状过渡 ▲ 熔滴呈粗大颗粒状向熔池自由过渡的形
1、电弧加热
◆ 焊接电弧产生的热量，大部分用于熔化 母材，一小部分用于熔化焊条。焊条端部 得到这部分能量后，一部分消耗于熔化端 部的药皮和焊芯，另一部分传导到焊芯的 上部，使焊芯和药皮的温度升高。
◆电弧对焊条加热的特点：
热量非常集中，位于距焊条端部10mm 以内，沿焊条长度和径向的温度很快下降， 药皮表面的温度就比焊芯要低得多。
二、焊条的熔化速度
◆ 焊条的熔化速度是标志焊接生产率的主 要参数。
★焊条的熔化速度：可用单位时间内焊芯熔 化的长度或质量来表示。 试验证明，在正常焊接参数条件下，焊条 的平均熔化速度与焊接电流成正比。
三、熔滴过渡
◆熔滴过渡特性对焊接过程的影响 ：
１、熔滴过渡的速度和熔滴的尺寸影响焊接 过程的稳定性、飞溅程度以及焊缝成形的 好坏；
锻焊
钎焊：是采用比母材熔点低的金属做钎 料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，但 低于母材熔点的温度，利用液态钎料湿润母 材，填充接头间隙，并与母材相互扩散而实 现连接焊件的方法。 使用钎料的不同可分为： 硬钎焊 软钎焊
焊接结构的特点：
1）焊接结构重量轻，节约材料； 2）焊接结构劳动量少，生产率高； 3）焊接结构强度高，密封性好； 4）焊接结构加工方便，有利于实现机械
母材的熔化与焊缝的形成
母材的熔化与焊缝的形成
课后作业
1、焊接的概念及分类？ 2、熔焊的概念和常用的焊接方法有哪些？ 3、焊接结构的特点？ 4、焊接热过程的概念及特点？ 5、焊接热过程对焊接质量的影响有哪些？ 6、熔池的概念？ 7、熔滴过渡的形式有哪几种？