1108-Unit1焊接传热学基础市公开课一等奖省赛课微课金奖课件.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Unit1 焊接传热学基础Heat Transfer,北京工业大学材料科学与工程学院,Friday,October 24,2025,1,1/30,传热学,传热学是研究热量传递规律一门科学。,热传递：热传导、对流和热辐射,许多学科都包括到传热学问题！,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都有主要影响！,焊接传热形式：热传导为主，考虑辐射和对流作用。,焊接传热过程研究内容：主要是焊件上温度分布及其随时间温度改变问题。,2,2/30,1.1 焊接过程分析,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）,焊接热过程特点,局部性加热和冷却过程极不均匀,瞬时性1800K/s,热源是运动,焊接传热过程复合性,加热过程,冷却过程,3,3/30,1.2 焊接热源,welding heat source,实现金属焊接所需能量,热能,机械能,焊接热源特点：,能量密度高度集中；,快速实现焊接过程；,确保得到高质量焊缝和最小焊接热影响区。,熔焊,4,4/30,1.2 焊接热源,welding heat source,焊接热源种类,-电弧热,气体介质中电弧放电,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？！,5,5/30,1.2 焊接热源,welding heat source,点热源（三维）point heat source,厚大焊件焊接,线热源（二维）linear heat source,薄板焊接,面热源（一维）plane heat source,细棒磨擦焊,6,6/30,1.2 焊接热源,welding heat source,热源在焊件上分布,热流密度分布,q:电弧有效功率,q,m,:加热斑点中心最大比热流,d,H,:回执斑点直径,加热斑点比热流分布-立体高斯锥体,7,7/30,1.2 焊接热源,welding heat source,焊接热效率,电弧功率,电弧有效热功率,热效率,焊接方法,焊条电弧焊,0.770.87,埋弧焊,0.770.90,电渣焊,0.83,电子束及激光束,0.9,TIG焊,0.680.85,MIG焊,钢,0.660.69,铝,0.700.85,8,8/30,1.3 焊接温度场,field of weld temperature,狭义定义：某瞬时工件上各点温度分布,某个热流密度热源以恒定速度沿x轴移动，,热源周围温度分布,即“焊接温度场”,vt,O,O,y,y,z,z,x,焊件上各点瞬时温度分布温度场对分析,焊接传热过程,焊接物理冶金过程,和,焊接化学冶金过程,至关主要。,9,9/30,1.3 焊接温度场,field of weld temperature,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，母材上所形成含有一定几何形状液态金属部分称为,熔池,焊接熔池形状示意图,10,10/30,1.3 焊接温度场,field of weld temperature,焊接熔池表面积内部流体流动模式,11,11/30,商业软件：,ABAQUS,ANSYS,FLUENT,MARC,PHOENIX,ADINA,SYSWELD,.,12,12/30,1.3 焊接温度场,field of weld temperature,等温线,等温线不可能相交,等温线、等温面之间有温差,大小：温度梯度,方向：垂直于等温面,焊缝,13,13/30,1.3 焊接温度场,field of weld temperature,伴随热源移动，熔池沿焊接方向作同时移动,熔池前部,母材不停地熔化,熔池尾部,熔池金属不停凝固，温度逐步降低,熔池温度分布,1-熔池中部 2-熔池前部 3-熔池尾部,14,14/30,1.3 焊接温度场,field of weld temperature,坐标示意图,xoy面上沿x轴温度分布,xoy面上等温线,yoz面上沿y轴温度分布,yoz面上等温线,板厚25mm低碳钢焊件,厚大焊件上点状移动热源温度场,15,15/30,1.3 焊接温度场,field of weld temperature,经典焊接温度场,稳定温度场,不稳定温度场常态,一维温度场,二维温度场,三维温度场,焊接温度场影响原因,热源性质,焊接工艺参数,被焊金属热物理性质,焊件板厚及形状,16,16/30,1.3 焊接温度场,field of weld temperature,热输入量,q,=常数，,热源移动速度,v,对温度场影响,热源移动速度,v,增加,热源功率,q,保持为常数时,随焊接速度,v,增加,等温线范围变小,温度场宽度和长度均变小,宽度显著变小,所以，等温线形状变得细长,影响原因,17,17/30,1.3 焊接温度场,field of weld temperature,热源移动速度,v,=常数，,热输入量,q,对温度场影响,热源功率,q,增加,热源移动速度,v,保持为常数时,随热源功率,q,增加,等温线在焊缝横向变窄,等温线在焊缝方向伸长,影响原因,18,18/30,热源移动速度,v,热源功率,q,增加,1.3 焊接温度场,field of weld temperature,q,/,v,=常数，热输入量及热源移动速度,等百分比改变时对温度场影响,q,/,v,保持为常数时,同百分比改变,q,和,v,等温线拉长,温度场范围拉长,影响原因,19,19/30,1.3 焊接温度场,field of weld temperature,在相同热功率、热源移动速度和相同板厚条件下,不一样材料板上移动线热源周围温度场,影响原因,20,20/30,1.4 焊接热循环,weld thermal cycle,焊接热循环,在焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度随时间由低而高，到达最大值后又由高而低改变,描述焊接热源对被焊金属热作用过程,21,21/30,1.4 焊接热循环,weld thermal cycle,焊接热循环主要参数,加热速度,加热最高温度,在相变温度以上停留时间,冷却速度或冷却时间,焊接热循环参数,22,22/30,1.4 焊接热循环,weld thermal cycle,焊接热循环主要参数,加热速度,加热速度受许多原因影响：,不一样焊接方法,不一样被焊金属,不一样厚度,不一样焊接热输入等,加热速度方面研究还不够充分,尤其是新工艺、如真空电子束焊接等数据很缺乏,23,23/30,1.4 焊接热循环,weld thermal cycle,焊接热循环主要参数,加热最高温度,据焊缝远近不一样各点，加热最高温度不一样,24,24/30,1.4 焊接热循环,weld thermal cycle,焊接热循环主要参数,在相变温度以上停留时间,25,25/30,1.4 焊接热循环,weld thermal cycle,焊接热循环主要参数,冷却速度或冷却时间决定热影响区组织性能,指焊件上某点热循环冷却过程中某一瞬时温度冷却速度,为了便于测量和分析比较，采取800500,o,C冷却时间来代替瞬时冷却速度，因为这一温度区间是相变主要温度范围,26,26/30,1.4 焊接热循环,weld thermal cycle,焊接热循环主要参数,冷却时间,从,800,o,C,冷却到,500,o,C,时所用时间,碳钢、不易淬火低合金钢,从,800,o,C,冷却到,300,o,C,时所用时间,易淬火低合金钢(马氏体相变点300,o,C左右),从,高温,冷却到,100,o,C,时所用时间,扩散氢,27,27/30,1.4 焊接热循环,weld thermal cycle,焊接热循环影响原因,距离,焊接方法,多层焊,距焊缝距离变近,28,28/30,1.4 焊接热循环,weld thermal cycle,焊接热循环影响原因,距离,焊接方法,多层焊,不一样焊接方法焊接热循环,1-手弧焊 2-埋弧焊 3-电渣焊,29,29/30,1.4 焊接热循环,weld thermal cycle,焊接热循环影响原因,距离,焊接方法,多层焊,短道多层焊接热循环,30,30/30,