焊接热源(2016.11.25)

一、焊接热源的分类和特点

• 电弧焊： 气体介质在两电极间强烈而持续放电过程产生的热能为焊接热源。电弧焊是目前运用最广泛的焊接热源，如手弧焊、埋弧焊、氩弧焊、CO2气保焊。
• 化学热： 利用助燃（氧气）和可燃气体（ 乙炔）或铝、镁热剂进行化学反应时所立生的焊接热源。
• 电阻热： 利用电流通过导体时产生的电阻热作为热源。
• 摩擦焊： 相对旋转的表面被摩擦加热，去除氧化层，最后在略低于焊接熔点的温度下，轴向加压而连接起来。
• 激光束： 经过聚焦产生能量高度集中的激光束作为焊接热源

二、焊接热过程特点

1. 焊接热过程的局部性或不均匀性
2. 焊接热源的相对运动
3. 焊接热过程的瞬时性性（ 非稳定性）

三、焊接热过程研究意义

准确知道工件任一位置在任一时刻的状态和温度 ，则对调整焊接质量和焊接工艺参数，清除焊接应力，减小焊接变形，预测接头性能等方面均有重要意义。

四、焊接熔池计算的 三维数学模型

1. 构件几何尺寸的简化
   根据构件的几何形状，引入三种基本的任何体，半无限扩展的立方体（半无限体），无限扩展的板（无限大板）和无限扩展的杆（无限长杆）。

• 半无限体：热源作用于立方体表面的中心，为三维传热，半无限体可以作为厚板的模型，板厚度越大越适合这种模型。
• 无限大板：认为在沿板厚度方向上没有温度梯度，即认为是二维传热，热流密度在板厚度方向上为常数，作用于板中心的热源功率在板厚度方向上也是常数，这一模型适用于薄板，板越薄，吻合的越好。
• 无限长杆：可将其看成一维传热，在杆的横截面上的热功率为常数，这种假设可用于求解焊丝上的热场。

2. 热源空间尺寸的简化

• 点热源: 作用于半无限体或立方体表面层，可模拟立方体或厚板的堆焊,热量向 X、Y、Z三个方向传播。
• 线热源：将热源看成沿厚度方向上的一条线，在厚度方向上，热能均匀分布，垂直作用于平面，可模拟对接焊，一次熔透的薄板，热量二维传播。
• 面热源：作用于杆的横截面上，可模拟电极端面或摩擦焊接时的加热，认为热量在杆横截面上均匀分布，此时只沿一个方向传热。