焊接物理 课件 第五章 焊接温度场.ppt

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1、焊接物理之焊接传热学基础—热传导HeatTransfer黄健康Thursday,August05,20211传热学传热学是研究热量传递规律的一门科学。热传递：热传导、对流和热辐射热传导只能从高温到低温对流只能发生在可流动的物体上本质为因为加热造成密度的改变，在重力场的作用下产生。热辐射本质为电磁波，所有物体在任何情况下都能产生。21.1焊接过程分析许多学科都涉及到传热学的问题！焊接过程中所涉及到的传热学？焊接过程热源加热→熔化→冶金反应→结晶→固态相变→接头（冷却而形成）加热过程冷却过程3工件热传导焊接传热对焊接接头形成过程中冶金过程、固态相变、组织性能和应力变形等均有重要影响

2、！焊接传热的形式：热传导为主，考虑辐射和对流的作用。焊接传热过程研究内容：主要是焊件上的温度分布及其随时间的温度变化问题。1.1焊接过程分析41.1焊接过程分析焊接热过程的特点局部性——加热和冷却过程极不均匀瞬时性——1800K/s热源是运动的焊接传热过程的复合性51.2热传导基本规律61.2热传导基本规律热量t=t1热源的生成量t1≤t≤t2＋＝热量t=t2通过边界的流入量t1≤t≤t2－Q2Q3Q1数学推导：71.2热传导基本规律Fourier热传导定律热流向量与温度的梯度成正比在无穷小时段dt内沿法线方向n流过一无穷小面积dS的热量dQ与时间dt,面积dS,与曲面法线方向导数成

3、正比。负号表明热量是由高温向低温流动，K是导热系数，这里为常数。81.2热传导基本规律热量t=t1热源的生成量t1≤t≤t2＋＝热量t=t2通过边界的流入量t1≤t≤t2－Q2Q3Q191.2热传导基本规律热量t=t1热源的生成量t1≤t≤t2＋＝热量t=t2通过边界的流入量t1≤t≤t2－Q2Q3Q1？101.2热传导基本规律热传导方程式中ρ为材料的密度，C为材料的比热，T为温度，t为时间,K为材料的热传导率，F(x,y,z,t)为随时间和空间变化的热源.111.3焊接热源weldingheatsource实现金属焊接所需的能量热能机械能焊接热源的特点：能量密度高度集中；快速实现焊

4、接过程；保证得到高质量的焊缝和最小的焊接热影响区。熔焊121.3焊接热源weldingheatsource焊接热源的种类-电弧热气体介质中的电弧放电化学热可燃气体电阻热电阻焊、电渣焊高频感应热磁性的金属高频感应产生二次电流作为热源摩擦热机械高速摩擦电子束高速运动的电子轰击等离子焰电弧或高频放电—离子流激光束激光聚焦?新焊接能源？！！！！131.3焊接热源weldingheatsource热源形式（从热传导角度来考虑）：点热源（三维）pointheatsource厚大焊件焊接线热源（二维）linearheatsource薄板焊接面热源（一维）planeheatsource细棒摩擦焊14

5、1.3焊接热源weldingheatsource热源在焊件上的分布热流密度的分布q:电弧的有效功率qm:加热斑点中心的最大比热流dH:回执斑点直径加热斑点的比热流分布---立体高斯锥体151.3焊接热源weldingheatsource双椭球热源GMAW焊热源双椭球热源能比较准确的反映GMAW焊热传导过程161.3焊接热源weldingheatsource高斯面热源+体热源激光焊接热源对于激光焊接中准确的热源模型现需要进一步的研究171.3焊接热源weldingheatsource焊接热效率电弧功率电弧有效热功率热效率焊接方法η焊条电弧焊0.77～0.87埋弧焊0.77～0.90电渣

6、焊0.83电子束及激光束>0.9TIG焊0.68～0.85MIG焊钢0.66～0.69铝0.70～0.85181.4焊接温度场fieldofweldtemperature狭义定义：某瞬时工件上各点的温度分布某个热流密度的热源以恒定的速度沿x轴移动，热源周围的温度分布即“焊接温度场”vtO’Oy’yz’zx焊件上各点瞬时温度分布的温度场对分析焊接传热过程,焊接物理冶金过程和焊接化学冶金过程至关重要。191.4焊接温度场fieldofweldtemperature焊条电弧焊时，焊接电弧做为热源，对焊条和母材进行加热在焊接热源作用下，母材上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分称为熔池焊接

7、熔池形状示意图201.3焊接温度场fieldofweldtemperature焊接熔池表面积内部的流体流动模式表面张力温度系数为正表面张力温度系数为负211.4焊接温度场fieldofweldtemperature温度场的测量----红外热成像红外热像仪所测量的激光焊接温度场搅拌摩擦焊时温度场热成像设备221.4焊接温度场fieldofweldtemperature商业软件：ABAQUS,ANSYS,FLUENT,MARC,PHOENIX,ADINA,SY