焊接线能量

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焊接基本原理

焊接基本原理焊接：被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺。

比热流：单位时间内通过单位面积传入焊件的热能。

焊接温度场：焊件上包括内部某瞬时的温度分布称为温度场。

稳定温度场：焊接温度场各点的温度不随时间而变动时，称为稳定温度场；随时间而变动时，称为非稳定温度场。

准稳定温度场：经过一段时间后达到饱和状态，形成暂时稳定的温度场。

焊接线能量：电弧在单位焊缝长度上所释放的能量。

熔滴比表面积：熔滴的表面积与其质量之比 .R VA ρρ/ 3/S==短渣：随温度升高粘度急剧下降，随温度下降粘度急剧上升。

（适用所有焊）长渣：随温度升高粘度下降缓慢的熔渣。

联生结晶：焊接过程中，焊缝区在冷却过程中以熔合线上局部半融化的晶粒为核心向内生长，生长方向为散热最快方向，最终长成柱状晶粒。

晶粒前沿伸展到焊缝中心，呈柱状铸态组织，此种结晶方式为联生结晶。

竞争生长：晶粒长大具有一定结晶位向，当晶粒最大结晶位向与散热最快方向一致，最有利于晶粒长大，晶粒优先得到生长，当这两个方向不一致时，晶粒长大停止。

短段多层焊：多层焊时每道焊缝长度在50至400mm，在这种情况下，前层焊缝冷却到较低温度才开始焊接下一道焊缝。

长段多层焊：多层焊时每道焊缝长度在1m以上，在这种情况下，前层焊缝冷却到较低温度才开始焊接下一道焊缝。

焊接热循环：焊接过程中热源沿焊件移动时，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。

碳当量：把钢中合金元素按其对淬硬的影响程度折合成碳的相当含量。

焊接热影响区：在焊接热循环作用下，焊缝两侧处于固态的母材发生明显的组织和性能变化的区域，称为焊接热影响区。

焊接拘束度：R单位长度焊缝，在根部间隙产生单位长度的弹性位移所需要的力。

焊接拘束应力：热应力、组织应力、结构自身拘束条件所造成的应力，三种应力的综合作用统称为拘束应力。

焊接工程验收要求

焊接工程验收要求I主控项目1.对有冲击韧性要求的焊缝，施焊时应测量焊接线能量，并应作记录。

焊接线能量应符合设计文件和焊接工艺文件的规定。

检查数量：全部检查。

检查方法：采用计量仪表、秒表、钢尺测量和检查焊接记录。

2、对规定进行中间无损检测的焊缝，无损检测应在外观检查合格后进行,焊健质量应符合本规范第8章的有关规定。

检查数量：符合设计文件的规定。

检查方法：检查无损检测报告。

3、对道间温度有明确规定的焊缝，道间温度应符合焊接工艺文件的规定。

要求焊前预热的焊件,其道间温度应在规定的预热温度范围内。

检查数量：全部检查。

检查方法：采用测温仪器测量和检查焊接记录。

4、规定背面清根的焊缝，在清根后应进行外观检查，清根后的焊缝应露出金属光泽，坡口形状应规整,满足焊接工艺要求。

当设计文件规定进行磁粉检测或渗透检测时，磁粉检测或渗透检测的焊缝质量不应低于现行行业标准《承压设备无损检测》JB/T4730规定的I级。

检查数量：全部检查。

检查方法：观察检查，检查磁粉检测或渗透检测报告。

5、当规定进行后热时，其后热温度、后热时间应符合现行国家标准《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》GB50236的有关规定和焊接工艺文件的规定。

检查数量：全部检查。

检查方法：采用测温仪器测量和检查焊接记录。

11一般项目6、定位焊缝焊完后，应清除熔渣进行检查,定位焊缝的尺寸和质量应符合现行国家标准《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》GB50236的有关规定和焊接工艺文件的规定。

检查数量：全部检查。

检查方法：观察检查和钢尺、焊缝检测尺检查。

7、对规定进行酸洗、钝化处理后的焊缝及其附近表面的质量应符合设计文件和下列规定；1）酸洗后的焊缝及其附近表面不得有明显的腐蚀痕迹、颜色不均匀的斑纹和氧化色。

2）酸洗后的焊缝表面应用水冲洗干净，不得残留酸洗液。

3）钝化后的焊缝表面应用水冲洗，呈中性后擦干水迹。

检查数量：全部检查。

检查方法：观察检查和PH值检直，设计文件规定的其他检查方法及检查记录。

线能量

焊接电流——过小会使电弧不稳，造成未焊透、夹渣及焊缝成形不良等缺陷。焊接电流过大，易产生咬边、焊穿、增加焊件变形和金属飞溅量，也会使焊接接头的组织由于过热而发生变化。
电弧电压——焊条电弧焊的电弧电压主要由电弧长度来决定：电弧长度越长，电弧电压越高，降低保护效果，易产生电弧偏吹等。在焊接过程中，应尽量使用短弧焊接。焊接线能量——熔焊时，由焊接热源输入给单位长度焊缝的能量。
焊接线能量：E＝P/v
其中：v——焊接速度（cm/min）
焊条电弧焊的焊接线能量与焊接电流、电弧电压及焊接速度有关，在保证不焊穿和成形良好的条件下，应尽量采用较大的焊接电流，并适当提高焊接速度，以提高焊接生成率
焊接线能量的计算过程如下：
有效热功率：P＝η×Po＝ห้องสมุดไป่ตู้×U×I
其中：
Po——电弧功率（J/s）
U——电弧电压（V）
I——焊接电流（A）
η —— 功率有效系数，焊条电弧焊为0.74～0.87、埋弧焊为0.77～0.90、交流钨极氩弧焊为0.68～0.85、直流钨极氩弧焊为0.78～0.85。无特别说明时，取中间值。
熔焊时由焊接能源输入给单位长度焊道上的热量，称为焊接线能量。
线能量的计算公式：
q = IU/υ
式中：I—焊接电流 A
U—电弧电压 V
υ—焊接速度 cm/s
q—线能量 J/cm
焊接速度——过快，熔化温度不够，易造成未熔合、焊缝成形不良等缺陷；若焊接速度过慢，高温停留时间增长，热影响区宽度增加，焊接接头的晶粒变粗，力学性能降低，同时使焊件变形量增大。当焊接较薄焊件时，易形成烧穿。

焊接线能量名词解释

焊接线能量名词解释
焊接线能量是指在焊接过程中发挥作用的能量。

焊接线能量包括热能、电能和光能三种形式。

1.热能：焊接过程中产生的热能是焊接线能量的主要形式。

通
过点燃焊接材料（如气焊、电弧焊）或者使用激光束在焊接区域聚焦等方式，将电能或者光能转化为热能，在焊接接头上升高温度，实现金属材料的熔化和熔池的形成。

2.电能：电焊是较常见的焊接方式之一，焊接电流通过焊接电
极流经焊件，产生由电流通过焊件引起的电阻加热。

电能是通过电流提供的，焊接电流的大小决定了焊接热量的多少。

3.光能：激光焊接是利用激光束对焊接区域进行聚焦，产生高
能量密度的光能，在焊接材料表面引起局部熔化。

光能在激光焊接中起到熔化金属的作用，实现高精度和高能量密度的焊接。

焊接线能量会根据焊接工艺、材料和焊接目标的不同而有所变化。

合理控制焊接线能量的大小和分布，对于获得理想的焊缝质量和焊接强度至关重要。

大线能量焊接钢板热影响区性能劣化机理分析及对策研究

Ａｓｒｃ：ｈｅｔｆｃｅｏｅ（Ｚａｌｒｍｃａｉｉｋｐａａｎｙｅ，ｎｅｆｃｏｄｔｎｏｈｉｎｕ— ｂｔａｔＴｅａｆｔｚｎＨＡ）ｆｉｅｅｈｎｓｏｔｃｌｅｓ￣ｚｄａｄｔｆｔｆａｉｏｎｉｉｔｇａｓｈａｅｄｕｍｆｈｔｗａｈｅｅＭｇｄｉｎｂｉ
ＺＨＵＫａ，ＡＮＧＪａＷＡＮＧＲｕ－ｈ，ＨＥｉｎｇｏｉＹｉｎ，ｉｚｉＳＮＪａ．ｕ（ｅｅｒｈＩｓｔｔ，ａｓａｒｎａｄＳｅｌｏ，ｔ．Ｓａｇａ２１０ＣｉａＲｓａｔｕＢｏｈｎＩｎｔｅＣ．Ｌｄ，ｈｎｈｉ０９０，ｈ）ｃｎｉｅｏｎ
２１０２年９月
内蒙古科技大学学报
ＪｕａｆＩｎｒＭｏｇｌｎｖｒｉｆＳｉｎｅａｄＴｃｎｌｇｏｒｌｏｎｅｎｏｉＵｉｅｓｙｏｃｅｃｎｅｈｏｏｙｎａｔ
Ｓｐｅｅ，０１ｅｔｍｂｒ２２
ｔｎｔｒｉｒｗｔｆＴ — ｅｒｇｌｗｃｒｏｔｅｓｗｓｓｕｉｄＴｔｅｓｗｔｉｅｅｔＭｇｃｎｅｔｗｒｒｐｒｄｕｉｇａｌｂｒｔｒｅｉｇａｎｇｏｈｏｉｂａｉｏａｂｎｓｌａｔｄｅ．ｗｏｓｅｌｉｄｆｒｎｏｔｎｓｅｅｐｅａｅｓａｏａｏｙｅｎｅｈｆｎｖｃｕＴｅｐｒｒｎｅｏａｕｍ．ｈｅｏｍａｃｆＨＡＺｕｄｒｗｌｈｒｌｓｌｔｎａｎｅｔｇｔｄＴｅＨＡＺｔｕｈｅｓｗｓｉｒｖｄｅｉｅｔ．ｔｗａｆｎｅｅｄｔｅｍａｉａｉｓｗｓｉｖｓｉａｅ．ｈｍｕｏｏｇｎｓａｍｐｏｅｖｄｎｌＩｙｓｏｎｈｏｇｎｓｔｏｓｒａｉｙａｃｎｏａｃｎｉｇｌｓｒｍｉｒｓｏｅｔａｈｕｔｎｔｇａｎｉｈｆｕｄｔｒｕｈｉ — ｉｂｅｖｔｎｂｏｆｃｌｓａｎｎａｅｃｏｃｐｈｔｔｅａｓｅｉｒｉｎｔｅＨＡＺｏｔｅｔｄｉｏｕｏｅｆｓｅｌｈＭｇａｄｔｎｗｉｉｓｉｒｓｎｓｆｅｇａｎｄｓｕｔｒｆｒｕｄｒｏｎ０ ℃ ｈａｉｇｆｒ０．ｈｓｉｈｂｔｎｏｕｔｎｔｒｉｒｗｔｓｍａｎｙａ — ｔｌｅｅｔｉ —ｒｉｅｔｃｕｅａｔｎｅｇｉｇ１４０ｌｐｎｒｅｅｔｏ０ＳＴｉｎｉｉｏｆｓｉｇａｎｇｏｈｗａｉｌｔｎ３ｉａｅｅｔｉｕｅｏｔｅｆｒｔｏｆｉｎｎａｔｌｓａｅｅａｄｔｎｏ．ｈｂａｎｄｒｓｌｒｐｓｏｅｔｌｔｏｒｉｒｖｎｒｔｄｔｏｍａｉｎｏｎｉｇｐｒｉｅｆｒｔｄｉｏｆＭｇＴｅｏｔｉｅｅｕｔｐｏｏｅａｐｔｎｉｈｄｆｂｈｐｃｔｈｉｓａｍｅｏｍｐｏｉｇＨＡＺｔｕｈｅｓｏｉｋｐａｅｓｅｌ．ｏｇｎｓｆｔｃｌｔｔｅｓｈ

焊接线能量

在焊接过程中热源沿焊件的某一方向移动，焊件上任一点的温度都经历由低到高的升温阶段，当温度达到最大值后又经历由高到低的降温阶段。

在焊缝两侧不同距离的各点，所经历的这种热循环是不同的，如图3－12所示。

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。

与金属材料一般热处理相比，或与塑性成形或凝固成形相比，焊接时的加热速度特别快，冷却速度也相当快，这是造成焊接接头组织不均匀性和性能不均匀性的重要原因。

焊接热循环的主要参数是加热速度，峰值温度T max，高温停留时间t H，冷却速度（或冷却时间t8/5或t8/3）如图3－13所示（1）加热速度采用不同的焊接方法和不同的线能量，焊接不同厚度的低碳钢或低合金结构钢，根据实测结果加热速度如表3－4所示通常随着加热速度的提高，钢的固态相变温度Ac1和Ac3也相应的提高，而且Ac1和Ac3之间的温差也变大，如表3－5所示。

随着钢中碳化元素的增多（例如18Cr2Wv钢），这一效果更为显著。

（2）峰值温度T max属的板厚h及离热源中心距离有关。

（3）高温停留时间t H所谓高温停留时间是指在相变温度Ac1以上停留时间。

如图3－13所示，它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"。

在相变温度以上停留时间，对于相的溶解、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t H越长，越有利于奥氏体的均匀化，但温度太高，例如在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。

tH与焊接能量E，被焊金属的工件板厚h以及焊件的初始温度T0以及加热最高温度T max等因素有关。

（4）冷却速度冷却速度，特别是在固态相变温度范围内冷却速度，即800～500℃及800～300℃时的冷却速度是焊接热循环中极其重要的参数，它将决定焊接接头的组织、性能及接头质量。

冷却速度对过冷奥氏体的转变影响很大，图3－14 为冷却速度对Fe－C合金平衡状态图上各临界线及临界点的影响。

焊接冶金学基本原理要点归纳总计

焊接冶金学基本原理绪论1)焊接：焊接是指被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程。

2)焊接、钎焊和粘焊本质上的区别:焊接：母材与焊接材料均熔化，且二者之间形成共同的晶粒；钎焊：只有钎料熔化，而母材不熔化，在连接处一般不易形成共同晶粒，只有在母材和钎料之间形成有相互原子渗透的机械结合；粘焊：既没有原子的相互渗透而形成共同的晶粒也没有原子间的扩散，只是靠粘接剂与母材的粘接作用。

3)熔化焊热源：电弧热、等离子弧热、电子束、激光束、化学热。

压力焊和钎焊热源：电阻热、摩擦热、高频感应热。

4)焊接加热区：可分为活性斑点区和加热斑点区5)焊接温度场：焊接时焊件上的某瞬时的温度分布称为焊接温度场。

表示方法：等温线或者等温面。

特点：焊接时焊件上各点的温度在每一瞬时都在有规律的变化。

影响因素：（1）热源的性质；（2）焊接线能量；（3）被焊金属的热物理性质；<热导率，比热容容积比热容，热扩散率，热焓，表面散热系数>;（4）焊件的板厚和形状。

6)稳定温度场：当焊件上温度场各点温度不随时间变化时，称之7)准稳定温度场：恒定功率的热源作用在焊件上做匀速直线运动时，经过一段时间后，焊。

，件传热达到饱和状态，温度场会达到暂时稳定状态，并可随着热源以同样速度移动。

8)焊接热循环：在焊接热源的作用下，焊件上某点的温度随时间的变化过程。

9）焊接热传递的三种形式：传导、对流和辐射。

由热源传热给焊件的热量以辐射和对流为主，而母材和焊丝获得热能后热的传播以传导为主。

10）焊接线能量：热源功率q与焊接速度v的比值。

热输入：在单位时间内，在单位长度上输入的热能。

第一章焊接化学冶金1）平均熔化速度：单位时间内熔化焊芯质量或长度。

平均熔敷速度：单位时间内熔敷在焊件上的金属质量称为平均熔敷速度。

(真正反应焊接质量的指标)损失系数：在焊接过程中，由于飞溅、氧化、蒸发损失的一部分焊条金属(或焊丝)质量与熔化的焊芯质量之比称焊条损失系数。

大线能量焊接用钢的现状与发展讲解

大线能量焊接用钢板的应用领域
船舶
桥梁
高层建筑
海洋结构
石油储罐
球罐
国外大线能量焊接用钢的研究现状
造船
日本JFE公司的EH40船板钢的焊接热输入量已经达到680kJ/cm，40 至100mm厚度的钢板可实现一道次焊接成形，其焊接效率比传统方法提高数十倍。
日本新日铁公司开发的EH40造船钢板，其焊接热输入量能够达到 390 kJ/cm；
• 钢中第二相，包括传统意义上的夹杂物微细化及其形状和分布状态的有效控制是未来钢铁材料科学与技术发展的重要方向。
晶内针状铁素体含量与韧脆转变温度的关系
只有当HAZ组织中的针状铁素体含量达到50％以上时，焊接热影响区才会显现出良好的低温韧性
HAZ部位奥氏体晶粒尺寸对韧性的影响 HAZ部位奥氏体晶粒细小有利于提高韧性
50mm
21mm
50mm
1水冷滑块 2金属熔池 3渣池 4焊接电源 5焊丝 6送丝轮 7导电杆 8引出板 9出水管 10金属熔滴 11进水管 12 焊缝 13起焊槽
普通热输入焊接：多道次、生产效率低
大热输入焊接：单道次、生产效率高，成本低
电渣焊焊缝
手工焊焊缝
1 大线能量焊接用钢的研究现状
近年，随着构件的大型化和大跨度化，使用低合金高强钢的下游企业为提高施工效率和降低成本，逐步开始采用更为高效的大线能量焊接方法。目前国内常见的大线能量焊接方法如下：
日本大线能量焊接用钢生产技术简介
日本大热输入焊接用钢的生产技术——氧化物冶金技术
新日铁的“HTUFF”技术：
使钢中形成纳米级Ca、Mg的氧化物和硫化物粒子，细化奥氏体晶粒的同时利用这些氧化物作为晶内针状铁素体的形核点，提高大热输入焊接CGHAZ的韧性。

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焊接线能量
在焊接过程中热源沿焊件的某一方向移动，焊件上任一点的温度都经历由低到高的升温阶段，当温度达到最大值后又经历由高到低的降温阶段。

在焊缝两侧不同距离的各点，所经历的这种热循环是不同的，如图3,12所示。

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。

焊接热循环的主要参数是加热速度，峰值温度 max，高温停留时间，冷却速度 (或冷 TtH却时间或)如图3,13所示 tt8/58/3
(1)加热速度
采用不同的焊接方法和不同的线能量，焊接不同厚度的低碳钢或低合金结构钢，根据实测结果加热速度如表3,4所示
通常随着加热速度的提高，钢的固态相变温度Ac1和Ac3也相应的提高，而且Ac1和Ac3之间的温差也变大，如表3,5所示。

随着钢中碳化元素的增多(例如
18Cr2Wv钢)，这一效果更为显著。

(2)峰值温度Tmax
峰值温度Tmax将直接影响到焊接热影响区
焊接或切割过程中母材因受热的影响(未熔化)，而发生金相组织变化和力学性能变化的区域。

的组织和性能。

峰值温度过高，将使晶粒严重长大，甚至产生过热的魏氏体组织不易淬火钢焊接热影响区中的过热区，由于奥氏体晶粒长得非常粗大，这种粗大的奥氏体在较快的冷却速度下会形成一种特殊的过热组织，其组织特征为在一个粗大的奥氏体晶粒内会形成许多平行的铁素体针片，在铁素体针片之间的剩余奥氏体最后转变为珠光体，这种过热组织称
为魏氏组织。

，造成晶粒脆化;同时还影响到焊接接头的应力应变，
应力为焊接过程中焊件内产生的应力。

(按作用时间可分为焊接瞬时应力和焊接残余应力)。

应变为焊接过程中在焊件中所产生的变形。

形成较大的焊接残余应力或变形。

峰值温度Tmax与焊件的初始温度T，焊接线能量E，被焊金0
属的板厚h及离热源中心距离有关。

(3)高温停留时间t H
所谓高温停留时间是指在相变温度Ac1以上停留时间。

如图3,13所示，它包含加热过程高温停留时间'和冷却过程高温停留时间t"。

t
在相变温度以上停留时间，对于相的溶解、奥氏体的扩散均匀化以及晶粒度都有很大影响。

对于钢来说越长，越有利于奥氏体的均匀化，但温度太高，例如在1100?以上的停留时间过长，tH
将会使奥氏体晶粒严重长大，造成晶粒脆化。

，被焊金属的工件板厚以及焊件的初始温度max等因素t与焊接能量EhT以及加热最高温度TH0
有关。

(4)冷却速度
冷却速度，特别是在固态相变温度范围内冷却速度，即800,500?及800,300?时的冷却速度是焊接热循环中极其重要的参数，它将决定焊接接头的组织、性能及接头质量。

冷却速度对过冷奥氏体的转变影响很大，图3,14 为冷却速度对Fe,C 合金平衡状态图上各临界线及临界点的影响。

从图中可以看出，随冷却速度ω地提高，A、A、A均移向更低地温度，c13cm同时共析点成分不再是一个点(w=0.83%),而是一个成分范围，当冷却速度ω,30?/s时，共cc析成分范围w=0.4%,0.8%。

这就意味着w,0.4%的钢在快速冷却时有可能得到全部为珠光体的c
组织(伪共析组织)。

(5)冷却时间t(t或t及t) c8/58/3100
在试验研究中，准确地测量瞬时冷却速度有一定地困难，因此目前多采用一定温度范内地冷却时间来代替冷却速度，并以此作为研究焊接接头的组织、性能及抗裂性的重要参数。

对于一般碳钢及低合金钢常采用固态相变温度范围的800,500?冷却时间t;而对于淬硬8/5倾向比较大的钢种有时采用800,300?冷却时间t或由峰值温度冷至100?的冷却时间t。

8/3100
为了方便，在理论计算的基础上建立了不同条件下从线算图上直接获取t或t 的图解法。

8/58/3手工电弧焊、CO气体保护焊和埋弧焊时的t或t线算法如图3,15所示。

28/58/3
在研究高强钢焊接冷裂纹时发现，从峰值温度冷却到100?时的冷却时间对冷裂有重要影响，为此常采用t作为冷裂倾向的参数之一。

由于影响因素比较复杂，目前t主要依靠以实100100验为基础所获得的图3,16中查出。

根据不同的焊接线能量，板厚和预热温度可直接从图中找出t的值。

100
根据t、t及t配合不同的钢种在焊接条件下的连续冷却组织转变图(SHCCT图)可以8/58/3100
比较准确的判断焊接热影响区的组织、性能和抗裂性，因此能预先求得t、t 及t具有十分8/58/3100
重要的意义。