第二章 焊接成形热过程
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复习资料:第二章材料成形热过程1、与热处理相比,焊接热过程有哪些特点?答(1)焊接过程热源集中,局部加热温度高(2)焊接热过程的瞬时性,加热速度快,高温停留时间短(3)热源的运动性,加热I乂域不断变化,传热过程不稳定。
2、响焊接温度场的因素有哪些?试举例分别加以说明。
3、何谓焊接热循环?答: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,即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,又山高而低随时间的变化。
焊接热循环具有加热速度快、峰值温度高、冷却速度大和相变温度以上停留时间不易控制的特点4、焊接热循环的主要参数有哪些?它们对焊接有何影响?决定焊接热循环特征的主要参数有以下四个:(1)加热速度"H焊接热源的集中程度较高,引起焊接时的加热速度增加,较快的加热速度将使相变过程进行的程度不充分,从而影响接头的组织和力学性能°(2)最高加热温度T nvdX也称为峰值温度。
距焊缝远近不同的点,加热的最高温度不同。
焊接过程中的高温使焊缝附近的金属发生晶粒长大和重结晶,从而改变母材的组织与性能。
(3)相变温度以上的停留时间/H在相变温度T H以上停留时间越长,越有利于奥氏体的均匀化过程,增加奥氏体的稳定性,但同时易使晶粒长大,引起接头脆化现象,从而降低接头的质量。
(4)冷却速度此(或冷却时间们5)冷却速度是决定焊接热影响区组织和性能的重要参数之一。
对低合金钢来说,熔合线附近冷却到540C左右的瞬时冷却速度是最重要的参数。
也可采用某一温度范围内的冷却时间来表征冷却的快慢,如800-500°C的冷却时间加5, 800〜300C的冷却时间如,以及从峰值温度冷至100°C的冷却时间,心。
5、焊接热循环中冷却时间r8/s> r8/3> r I00的含义是什么?6、影响焊接热循环的因索有哪些?试分别予以说明。
7、对于低碳钢薄板,采用钙极氮弧焊较容易实现单面焊双血成形(背血均匀焊透)。
复习资料:第二章材料成形热过程1、与热处理相比,焊接热过程有哪些特点?答:(1)焊接过程热源集中,局部加热温度高(2)焊接热过程的瞬时性,加热速度快,高温停留时间短(3)热源的运动性,加热区域不断变化,传热过程不稳定。
2、响焊接温度场的因素有哪些?试举例分别加以说明。
3、何谓焊接热循环?答: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,即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。
焊接热循环具有加热速度快、峰值温度高、冷却速度大和相变温度以上停留时间不易控制的特点4、焊接热循环的主要参数有哪些?它们对焊接有何影响?决定焊接热循环特征的主要参数有以下四个:(1)加热速度ωH焊接热源的集中程度较高,引起焊接时的加热速度增加,较快的加热速度将使相变过程进行的程度不充分,从而影响接头的组织和力学性能。
(2)最高加热温度Tmax也称为峰值温度。
距焊缝远近不同的点,加热的最高温度不同。
焊接过程中的高温使焊缝附近的金属发生晶粒长大和重结晶,从而改变母材的组织与性能。
(3)相变温度以上的停留时间t H在相变温度T H以上停留时间越长,越有利于奥氏体的均匀化过程,增加奥氏体的稳定性,但同时易使晶粒长大,引起接头脆化现象,从而降低接头的质量。
(4)冷却速度ωC(或冷却时间t8 / 5) 冷却速度是决定焊接热影响区组织和性能的重要参数之一。
对低合金钢来说,熔合线附近冷却到540℃左右的瞬时冷却速度是最重要的参数。
也可采用某一温度范围内的冷却时间来表征冷却的快慢,如800~500℃的冷却时间t8 / 5,800~300℃的冷却时间t8/3,以及从峰值温度冷至100℃的冷却时间t100。
5、焊接热循环中冷却时间5/8t 、3/8t 、100t 的含义是什么?6、影响焊接热循环的因素有哪些?试分别予以说明。
7、对于低碳钢薄板,采用钨极氩弧焊较容易实现单面焊双面成形(背面均匀焊透)。
材料成形工程试验课实验四焊接成形过程中的热循环测定实验一、实验目的1.掌握热电偶法测量焊接接头热循环的方法。
2.认识焊接接头热循环的特征,弄清其与接头组织的对应关系3.深入理解热电偶法测量焊接接头热影响区的热循环,能够验证有限元模型的正确性,从而获得焊缝区的热循环。
4.深刻领会熔化焊焊接过程特点。
二、实验原理熔化焊是焊接技术中的主要焊接方法,广发应用于工业生产中。
在熔化焊焊接过程中,在热源的热作用下焊接接头的金属均经历常温状态升温到一定温度后,然后再逐渐冷却到常温的过程。
焊接接头经历的热过程决定接头的组织特征,控制接头的力学性能。
弄清接头的热循环特征有助于理解接头的形成过程和形成机理。
焊接接头包括焊缝、热影响区以及母材区。
图1表示了焊件横截面上各区域温度的变化情况。
在焊接时各部分和焊缝距离不同而受热不均匀,导致不同位置的点所经历的焊接热循环是不同的(即被加热的最高温度不同),而且焊接后的冷却速度也不同。
因此,各部分组织与性能变化也不同。
图1 焊接接头各区热循环特征本实验采用预埋热电偶方法测量焊接过程中的热循环。
实验材料为低碳钢,热电偶为K型热电偶。
热点偶测温原理为两种不同成分的材质导体组成回路,当两端存在温度梯度时,回路中产生电流,两端产生电动势。
实验中将K 型正负极打成节点,节点的其余部分不允许发生接触,否则导致测量失败。
K 型热电偶的正极为NiCr合金为绿色,负极为NiSi合金为灰色。
NiSi合金有磁性。
热电偶只能放在接头的未熔化的区域即热影响区。
热电偶不能放在焊缝区,否则热电偶被热源熔化而无法测温。
测量焊缝温度可用红外线测温。
红外线测温仅能测量熔池表面的温度。
而熔池有一定的高度,如图2所示。
因而,采用红外线的方法无法准确测温。
目前,均采用有限元法建立热源模型,划分网格、带入边界条件,即可获得接头的热循环。
利用有限元软件提取热影响区的热循环。
同时采用热电偶测量接头热影响区的热循环。
将热影响区热电偶测量结果和热影响区模拟结果对比。
第二节焊接热过程电弧焊时,焊件及填充金属被电弧加热熔化形成熔池,随着焊接热源移开后又冷却结晶形成焊缝,这样的加热与冷却过程称为焊接热过程。
焊接热过程的内容包括焊接热循环、焊接温度场、焊接传热的基本规律、焊接热源等。
一、焊接热过程的特点1)焊接热过程是在焊件的局部进行的。
通常焊条电弧焊时,熔池的质量仅为3~9g。
埋弧焊时,即使焊接电流很大,熔池质量也不超过100g。
因此对焊件整体来说,加热极不均匀。
2)焊接热过程是一个瞬时进行的过程。
主要体现在升温速度快,高温停留时间短,冷却速度快。
电弧焊时其加热速度可达1500℃/S以上,熔池存在的时间一般只有几秒至几十秒。
3)加热温度高。
电弧焊时,电弧的最高温度为5000~6000℃。
远高于金属的熔点。
对于低碳钢来讲,熔池的平均温度仅为(1770±100)℃,熔滴为(2300±200)℃,熔渣为(1550±100)℃。
表1-2-1列出了几种不同材质在不同焊接方法下熔池的平均温度。
表1-2-1熔池的平均温度(单位:℃)4)焊接过程中的热源是在不断地运动着的。
焊件受热区域的不断变化,使得这种传热过程具有不均匀性。
二、焊接温度场1.焊接温度场的概念热能传递的方式主要有传导、对流、辐射三种。
在电弧焊中,热能传给焊件主要是传导和辐射两种方式。
焊件受到电弧热源加热时,温度就会升高。
由于焊接热过程的特点,离开热源不同的距离,在不同的时刻,焊件上的各点温度都是不同的。
但这种变化有其内在的规律。
焊接温度场就是在焊接过程中的某一瞬时,焊件上各点的温度分布。
通常用等温线或等温面来表示(图1—2-1)。
为了便于分析、研究焊接温度场,对实际焊接条件下复杂的热过程进行简化处理,如假设热源的功率稳定不变,热源作恒速直线运动,在经过一段时间以后,以热源为中心的温度场达到饱和状态而趋于不变等等。
另外根据焊件的尺寸和热源的性质把温度场分为一维(单向线性传热)、二维(平面传热)、三维(空间传热)三种状况。
焊接热过程和冶金过程作者:李树聪来源:《装饰装修天地》2015年第12期摘要:在焊接过程中,被焊金属由于热的输入和传播,而经历加热、熔化(或达到热塑性状态)和随后的连续冷却过程,通常称之为焊接热过程。
本文就此做了简要的分析,希望能对实际的工作起到一定的指导作用。
关键词:焊接热过程;冶金过程;焊缝一、焊接热过程1.焊接热过程特点1.1局部集中性:焊件在焊接时不是整体被加热,而热源只是加热直接作用点附近的区域,加热和冷却极不均匀。
1.2焊接热源的运动性:焊接过程中热源相对于焊件是运动的,焊件受热的区域不断变化。
1.3瞬时性:在高度集中热源的作用下,加热速度极快,即在极短的时间内把大量的热能由热源传递给焊件,又由于加热的局部性和热源的移动而使冷却速度也很高。
1.4复合性:焊接热过程涉及到各种传热方式。
2.焊接热源(熔化焊)电弧热、化学热、电阻热、摩擦热、等离子弧、电子束、激光束。
3.焊接热循环在焊接过程中热源沿焊件移动时,焊件上某点的温度随时间由低到高,达到最大值后又由高到低的变化称为该点的焊接热循环。
在焊缝两侧不同距离的点,所经历的热循环是不同的,见图1-1。
<E:\123456\装饰装修天地201512\装饰装修天地2015-12源文件\装饰装修2015-12源文件\源文件\装饰装修15-12-17.tif>图1-1 距焊缝不同距离各点的热循环3.1焊接热循环的主要参数3.1.1 加热速度(vH)。
加热速度受许多因素的影响,如不同的焊接方法、不同的被焊金属、不同厚度及不同的焊接热输入等都会影响加热速度。
3.1.2 加热的最高温度(Tm)。
距焊缝远近不同的各点,加热的最高温度不同,见图1-1。
3.1.3 在相变温度以上的停留时间(tH)。
为便于分析研究,把相变温度以上的停留时间tH又分为加热过程的停留时间t’和冷却过程的停留时间t”,即tH = t’+ t”。
3.1.4 冷却速度(或冷却时间t8/5)。