焊接热循环的测定课件.ppt

1、辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学LNPU焊接热循环的测定蒋应田蒋应田LNPU一、实验目的（1）、了解焊接热循环曲线的特征和主要参数；（2）、了解焊接规范对热循环曲线的影响；（3）、掌握测定焊接热循环曲线的方法；（4）、熟悉计算机技术在焊接热循环中的应用。LNPU二、二、实验装置及实验材料实验装置及实验材料 1、钨极氩化焊、钨极氩化焊1台台 2、单片机数据采集及处理系统、单片机数据采集及处理系统1台台 3、氩气、氩气1瓶瓶 4、钻床、钻床1台台 5、镍铬、镍铬镍硅或铂铑镍硅或铂铑铂热电偶丝（铂热电偶丝（0.5mm）3对对 6、试件、试件30020020低碳钢板低碳钢板2块块 7、钻头、秒表、深度

2、尺等、钻头、秒表、深度尺等LNPU三、实验原理三、实验原理1 1、焊接热循环：指焊件上某点经历焊接过程时的温度变化，温度与、焊接热循环：指焊件上某点经历焊接过程时的温度变化，温度与时间的关系曲线称为热循环曲线，可用时间的关系曲线称为热循环曲线，可用 来表示。如图所示来表示。如图所示 tfT LNPU1、焊接热循环的产生及变化曲线焊接热循环的产生及变化曲线在焊接过程中，焊件上直接被加热的部位将被熔化形成熔池。而在焊接过程中，焊件上直接被加热的部位将被熔化形成熔池。而在熔池以外的母材金属上，由电弧的热辐射以及母材本身的热传在熔池以外的母材金属上，由电弧的热辐射以及母材本身的热传导过程而形成一定的温

3、度场，随着热源沿焊件移动时，焊件上的导过程而形成一定的温度场，随着热源沿焊件移动时，焊件上的某点温度也规律性变化着。该点上的温度变化曲线与该点到热源某点温度也规律性变化着。该点上的温度变化曲线与该点到热源中心的距离以及焊接方法，焊接参数等有关。中心的距离以及焊接方法，焊接参数等有关。由实验及理论推导可知：离焊缝熔合线越近的点加热速度越大，由实验及理论推导可知：离焊缝熔合线越近的点加热速度越大，峰值温度越高，冷却速度也越大，并且所有各点的加热速度都必峰值温度越高，冷却速度也越大，并且所有各点的加热速度都必冷却速度要大的多。冷却速度要大的多。由此可见，焊接接头热影响区的金属是在经历了一个特殊的热处

4、由此可见，焊接接头热影响区的金属是在经历了一个特殊的热处理过程，产生了相反，晶粒长大以及应力和变形等，从而对焊件理过程，产生了相反，晶粒长大以及应力和变形等，从而对焊件金属的组织和性能产生强烈的影响。如：某些调质钢焊后热影响金属的组织和性能产生强烈的影响。如：某些调质钢焊后热影响区软化或过热区的脆化现象的产生等。因此，实际测量并正确控区软化或过热区的脆化现象的产生等。因此，实际测量并正确控制焊接热循环，对于控制焊接接头热影响区金属的组织和性能具制焊接热循环，对于控制焊接接头热影响区金属的组织和性能具有重要的意义。有重要的意义。LNPU焊接热循环曲线可采用理论公式推导和实验测定。焊接热循环曲线可

5、采用理论公式推导和实验测定。理论推导理论推导峰值温度的计算峰值温度的计算对于点热源，厚大件对于点热源，厚大件对于线热源，薄板件对于线热源，薄板件LNPU相变温度以上停留时间相变温度以上停留时间t tH H厚大件厚大件薄板薄板式中：式中：f f3 3，f f2 2为修正系数，可查阅有关资料为修正系数，可查阅有关资料1 1的的P P155155图图5-55-5 f f3 3，f f2 2与与有关有关 T T0 0预热温度预热温度 TT停留的温度停留的温度)(03TTEftmH2022)()(TTchEftmHTTTTm0 LNPUat4r20e2ET at4r2120etc2hET c式中：式中：

6、E焊接线能量；焊接线能量；导热系数；导热系数；C比热容；比热容；热扩散率热扩散率 hh板厚板厚r r0 0厚板件上某点距离热源运行轴线的垂直距离厚板件上某点距离热源运行轴线的垂直距离(cm)cm)y y0 0薄板上某点距热源运行轴线的垂直距离。薄板上某点距热源运行轴线的垂直距离。tt热源到达所求点所在截面后的传热时间。热源到达所求点所在截面后的传热时间。ca2200zyrLNPU0tT20234.0RCETm0242.0ychETm（点热源）（点热源）（薄板）（薄板）当当 时时LNPU相变温度以上停留时间相变温度以上停留时间t tH H厚大件厚大件薄板薄板式中：式中：f f3 3，f f2 2

7、为修正系数，可查阅有关资料为修正系数，可查阅有关资料1 1的的P P155155图图5-55-5 f f3 3，f f2 2与与有关有关 T T0 0预热温度预热温度 TT停留的温度停留的温度)(03TTEftmH2022)()(TTchEftmHTTTTm0LNPU冷却速度冷却速度C C厚大件厚大件薄板薄板ETTCC20)(2220)()(2hETTCCC式中式中TC所求冷却速度的瞬时温度所求冷却速度的瞬时温度T0焊件的初始温度焊件的初始温度适用范围：手弧焊，适用范围：手弧焊，2525为厚板；为厚板；2525为薄板；在为薄板；在8 82525间，则需要修正间，则需要修正 可由资料可由资料1

8、1的的P P156156图图5-85-8查得。查得。对于一般低合金钢，采用对于一般低合金钢，采用540540的瞬间冷却速度（为熔合线附的瞬间冷却速度（为熔合线附近）对于淬应倾向较大的钢种可用近）对于淬应倾向较大的钢种可用300300时的速度时的速度ETTKCC20)(2)(fK)(0TThcEC)(fK LNPU冷却时间的计算冷却时间的计算对于一般碳钢和低合金钢常采用相变温度范围的对于一般碳钢和低合金钢常采用相变温度范围的800800500500冷却冷却时间（时间（t t8/58/5）,t,t100100(后者为淬硬倾向较大的钢种后者为淬硬倾向较大的钢种)，其计算式为，其计算式为 式中：式中：

9、tttt8/58/5或或t t8/38/3的冷却时间的冷却时间 EE焊接线能量焊接线能量 （J/cmJ/cm）I UI U焊接电流电压；焊接电流电压；V V焊接速度焊接速度K K 焊接线能量系数（由实验确定）；焊接线能量系数（由实验确定）；n n 焊接线能量指数焊接线能量指数T T0 0 冷却区间的温度特征值（冷却区间的温度特征值（）h板厚，板厚，h0板厚补偿项板厚补偿项接头系数接头系数板厚修正系数板厚修正系数)(21)(0120hhtgTTKEtnVUIE60LNPU（2）、实验测定）、实验测定测定焊接热循环的方法，大体上可分为接触式和非接触式。测定焊接热循环的方法，大体上可分为接触式和非接

10、触式。非接触式测定法非接触式测定法这种测定方法具体有红外测温及热成像技术。其测温原理：这种测定方法具体有红外测温及热成像技术。其测温原理：从弧焊熔池的背面摄取温度场的热成象（红外辐射能量分布图），然后把热象分从弧焊熔池的背面摄取温度场的热成象（红外辐射能量分布图），然后把热象分解成许多像素，通过电子束扫描实现光电和电光转换，在显象管屏幕上获得灰度解成许多像素，通过电子束扫描实现光电和电光转换，在显象管屏幕上获得灰度等级不同的点构成的图像，该图像间接反映了焊接区的温度变化，经过计算图像等级不同的点构成的图像，该图像间接反映了焊接区的温度变化，经过计算图像处理和换算，便可得出某一瞬间或动态过程的真

11、实温度场。处理和换算，便可得出某一瞬间或动态过程的真实温度场。特点：测定装置不直接接触被测物体，不会搅动和破坏被测物体的温度和热平衡，特点：测定装置不直接接触被测物体，不会搅动和破坏被测物体的温度和热平衡，响应时间快，灵敏度高，并且可以连续测温和自动记录。响应时间快，灵敏度高，并且可以连续测温和自动记录。接触式测温（热点偶或热电阻）接触式测温（热点偶或热电阻）其测温原理：利用热电偶两端由于温度差而产生热电势进行测量的。其测温原理：利用热电偶两端由于温度差而产生热电势进行测量的。测温时把热电偶的热接点焊在被测点上，热电偶的另一端接在测温时把热电偶的热接点焊在被测点上，热电偶的另一端接在AD转换器

12、，进行数转换器，进行数字字采集和处理，通过数据储存或采集和处理，通过数据储存或DA转换将热循环曲线直接输出在计算机屏幕上或转换将热循环曲线直接输出在计算机屏幕上或经计算机打印。经计算机打印。特点：经过计算机或单片机处理，试验过程简单，直观，测出的温度有一定的特点：经过计算机或单片机处理，试验过程简单，直观，测出的温度有一定的精确性。精确性。由于热电偶的联接，会影响到被测物的温度及热平衡，有时会降低测温的精确由于热电偶的联接，会影响到被测物的温度及热平衡，有时会降低测温的精确度。度。由于有计算机或单片机的使用，实验装置相对复杂。由于有计算机或单片机的使用，实验装置相对复杂。LNPU一、实验方法及

13、步骤实验方法实验方法本实验采用接触式即热电偶测温方法来测热循环曲线。本实验采用接触式即热电偶测温方法来测热循环曲线。测定方法测定方法如右图所式如右图所式测定前，把热电偶丝的端头焊入试件背面的测温孔，当测定前，把热电偶丝的端头焊入试件背面的测温孔，当TIG电弧电弧在试件表面上移动时，在计算机或单片机的输出端即可绘出工件在试件表面上移动时，在计算机或单片机的输出端即可绘出工件上离熔合线不同距离的上离熔合线不同距离的A,B,C三点的三点的“热循环热循环”曲线。曲线。热电偶的安排：第一个测温小孔离起弧处的距离不小于热电偶的安排：第一个测温小孔离起弧处的距离不小于80mm，以便测定时该点已处于准稳定状态

14、的温度场。测温孔的深度越大，以便测定时该点已处于准稳定状态的温度场。测温孔的深度越大，表示该点离熔合线越近，则该点在焊接过程中所达到的最高温度表示该点离熔合线越近，则该点在焊接过程中所达到的最高温度也越高。也越高。下表列除了手工电弧焊时离熔合线不同距离的各点所到达的最高下表列除了手工电弧焊时离熔合线不同距离的各点所到达的最高温度温度Tm()LNPU实验步骤实验步骤1焊接热电偶焊接热电偶分别把每对镍铬分别把每对镍铬镍硅热电偶丝的端头以电容储能式热电偶焊机焊合，以形成镍硅热电偶丝的端头以电容储能式热电偶焊机焊合，以形成热接点。热接点。表表12测温用的焊接规范和规范参数测温用的焊接规范和规范参数在试

15、件待焊焊道的中心线背面钻三个在试件待焊焊道的中心线背面钻三个5的测温孔，孔深个为的测温孔，孔深个为16、17及及18mm，用用深度尺实测深度，并记录下来。深度尺实测深度，并记录下来。然后将三对热电偶的热结点分别焊到测温孔然后将三对热电偶的热结点分别焊到测温孔A,B,C的底部，要仔细检查焊接点的质量，的底部，要仔细检查焊接点的质量，务必保证焊牢。热电偶的正负极之间要隔开，以防止短路影响测量。务必保证焊牢。热电偶的正负极之间要隔开，以防止短路影响测量。2接计算机或单片机接计算机或单片机把热电偶的另一端分别接在把热电偶的另一端分别接在AD转换器的输入端。注意：镍铬丝接正极，镍硅丝接转换器的输入端。注

16、意：镍铬丝接正极，镍硅丝接负极。负极。鉴别方法：镍硅丝有磁性，镍铬丝无磁性。鉴别方法：镍硅丝有磁性，镍铬丝无磁性。3焊接规范的调节焊接规范的调节建议采用表建议采用表12所列的焊接方法及规范参数。施焊时当焊接电弧经过被测点的正所列的焊接方法及规范参数。施焊时当焊接电弧经过被测点的正上方时，即可先后得到某焊接电流下离熔合线不同距离的上方时，即可先后得到某焊接电流下离熔合线不同距离的A,B,C三点的三点的“热循环热循环”曲线。曲线。LNPU下表列除了手工电弧焊时离熔合线不同距离的各点所到下表列除了手工电弧焊时离熔合线不同距离的各点所到达的最高温度达的最高温度Tm()最高温度最高温度Tm熔点熔点120

17、01000800600测温点离熔合线测温点离熔合线的距离（的距离（mm）00.81.73.04.7焊接规范板厚焊接规范板厚20mm焊接电流焊接电流170A电压电压28V速度速度2.5mm/s,焊条直径焊条直径4.0mm试件编号试件编号焊接规范焊接规范焊接方法焊接方法焊接电流焊接电流电弧电压电弧电压焊接速度焊接速度1100（A）1214（V）2.85mm/s钨极自动氩弧焊钨极自动氩弧焊2170（A）1214（V）2.85mm/s钨极自动氩弧焊钨极自动氩弧焊LNPU一、一、实验结果的整理和分析实验结果的整理和分析根据计算机或单片机打印的结果，将有关数据天如下根据计算机或单片机打印的结果，将有关数据

18、天如下表表试板编号试板编号测测温温孔孔号号测温测温孔深孔深度度(mm)Tm()加热值加热值Tm所需所需时间时间900以上停以上停留时间留时间800500冷却时冷却时间间550瞬瞬时冷却速时冷却速度度焊接焊接线能线能量量1ABCABCABCLNPU一、思考题一、思考题1焊接规范的其它参数（如焊接时间、电弧电压、焊接速度、和焊接规范的其它参数（如焊接时间、电弧电压、焊接速度、和预热温度等）对焊接热循环曲线有何影响？预热温度等）对焊接热循环曲线有何影响？2从热循环曲线，可以得出什么判断，并用这些盘给予测试板上从热循环曲线，可以得出什么判断，并用这些盘给予测试板上的的A,B,C在热循环过程中所发生的组织变化。在热循环过程中所发生的组织变化。3试以理论公式计算熔合县最近的某一测温点上的最高加热温度试以理论公式计算熔合县最近的某一测温点上的最高加热温度Tm,900以上高温停留时间以及以上高温停留时间以及550550的瞬时冷却速度。江计算的瞬时冷却速度。江计算所得的数值与实验测的结果加以比较，并说明产生误差的原因。所得的数值与实验测的结果加以比较，并说明产生误差的原因。LNPU附录 实验主要设备介绍LNPU理论计算举例理论计算举例