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。
  1. 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。

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