材料科学原理 第二章的PPT整理优秀PPT.ppt
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1、材料科学原理第二章的PPT整理你现在浏览的是第一页,共41页第1章 材料成型热过程 焊接热过程焊接热过程 2012.02.152012.02.15焊接过程的热效率和焊件上加热区的热能分布焊接过程的热效率和焊件上加热区的热能分布焊接温度场焊接温度场焊接热循环焊接热循环 2012.02.222012.02.22焊接热影响区的组织与性能变化焊接热影响区的组织与性能变化液态成形过程中的传热液态成形过程中的传热 2012.02.292012.02.29你现在浏览的是第二页,共41页教学要求、重点与难点教学要求:教学要求:了解焊接的物理本质、熔焊加热特点及接头形成了解焊接的物理本质、熔焊加热特点及接头形成
2、;理解焊接温度场的解析解;理解焊接温度场的解析解;掌握焊接热循环、焊接过程的组织转变特点;掌握焊接热循环、焊接过程的组织转变特点;掌握焊接热影响区的组织和性能;掌握焊接热影响区的组织和性能;了解液态成形过程中的传热。了解液态成形过程中的传热。教学的重点教学的重点 焊接热循环、焊接过程的组织转变特点;接热影响区的组织和性能;焊接热循环、焊接过程的组织转变特点;接热影响区的组织和性能;你现在浏览的是第三页,共41页焊接温度场不稳定温度场:温度场不仅在空间上变化,并且也随时间变化的温度场稳定温度场:不随时间而变的温度场(即温度只是坐标的函数)等温面:空间具有相同温度点的组合面。等温线:某个特殊平面与
3、等温面相截的交线。温度梯度(gradT):对于一定温度场,沿等温面或等温线某法线方向的温度变化率 。温度梯度越大,图形上反映为等温面(或等温线)越密集。你现在浏览的是第四页,共41页焊接温度场你现在浏览的是第五页,共41页焊接温度场-热传导过程的偏微分方程热传导过程的偏微分方程三维热傅里叶热传导微分方程为:式中a 导温系数,拉普拉斯运算符号。二维传热:一维传热:你现在浏览的是第六页,共41页1.1.初始条件初始条件 初始条件是指物体开始导热时(即初始条件是指物体开始导热时(即t t=0=0 时)的瞬时温度分布。时)的瞬时温度分布。2.2.边界条件边界条件 边界条件是指导热体表面与周围介质间的热
4、交换情况。常见的边界条边界条件是指导热体表面与周围介质间的热交换情况。常见的边界条件有以下三类:件有以下三类:(1 1)第一类边界条件)第一类边界条件 给定物体表面温度给定物体表面温度Tw Tw 随时间随时间t t 的变化关系,的变化关系,表达式为:表达式为:Tw Tw=f f(t t)(2 2)第二类边界条件)第二类边界条件 给出通过物体表面的比热流随时间给出通过物体表面的比热流随时间t t 的变化关系,的变化关系,表达式为:表达式为:焊接温度场上述三类边界条件中,以第三类边界条件最为常见。上述三类边界条件中,以第三类边界条件最为常见。(3 3)第三类边界条件)第三类边界条件 给出物体周围介
5、质温度给出物体周围介质温度TfTf以及物体表面与周围介质的换热系数以及物体表面与周围介质的换热系数,表达式为:表达式为:你现在浏览的是第七页,共41页焊接温度场解析解法解析解法焊件形状尺寸:半无限大物体,无限大薄板,无限长细杆焊件形状尺寸:半无限大物体,无限大薄板,无限长细杆焊接热源:点状,线状,面状焊接热源:点状,线状,面状边界条件:边界条件:相变潜热:假设无相变潜热相变潜热:假设无相变潜热热源能量:热源能量:热源作用效果:热源作用效果:材料的热物理性能:假设在焊接过程中不随温度变化材料的热物理性能:假设在焊接过程中不随温度变化数值解数值解实验测定实验测定 O O x x y y z z P
6、 P你现在浏览的是第八页,共41页焊接温度场瞬时点热源瞬时点热源你现在浏览的是第九页,共41页厚大焊件点状连续移动热源的准稳定温度场厚大焊件点状连续移动热源的准稳定温度场以热源作用点为动坐标原点建立三维移动坐标系,在达到极限以热源作用点为动坐标原点建立三维移动坐标系,在达到极限饱和状态后。饱和状态后。你现在浏览的是第十页,共41页焊接温度场-数值解你现在浏览的是第十一页,共41页影响焊接温度场的因素热源的性质热源的性质焊接工艺参数焊接工艺参数被焊金属的热物理性质被焊金属的热物理性质焊件的板厚和形状焊件的板厚和形状你现在浏览的是第十二页,共41页焊接热循环概念概念概念:在焊接热源作用下,焊件上某
7、点的温度随时间变化概念:在焊接热源作用下,焊件上某点的温度随时间变化 经历升温阶段、峰值、降温阶段的过程。经历升温阶段、峰值、降温阶段的过程。焊接工艺中的一个重要因素,影响焊接组织、焊接应力和焊接变形。焊接工艺中的一个重要因素,影响焊接组织、焊接应力和焊接变形。你现在浏览的是第十三页,共41页焊接热循环主要参数主要参数加热速度峰值温度高温停留时间冷却速度冷却时间点热源 线热源你现在浏览的是第十四页,共41页你现在浏览的是第十五页,共41页焊接热循环冷却时间冷却时间你现在浏览的是第十六页,共41页影响焊接热循环的因素焊接热输入的影响焊接热输入的影响预热温度的影响预热温度的影响材料的热物理性能材料
8、的热物理性能焊件形状尺寸的影响焊件形状尺寸的影响接头形式的影响接头形式的影响焊道长度的影响焊道长度的影响冷却条件的影响冷却条件的影响你现在浏览的是第十七页,共41页多层焊接的热循环你现在浏览的是第十八页,共41页多层焊接的热循环你现在浏览的是第十九页,共41页思考题1 1、何谓焊接热循环?、何谓焊接热循环?2 2、焊接热循环有何特点?、焊接热循环有何特点?3 3、焊接热循环的主要参数有哪些?它们对焊接有何影响?、焊接热循环的主要参数有哪些?它们对焊接有何影响?4 4、焊接热循环中冷却时间、焊接热循环中冷却时间t t8/58/5、t t8/38/3、t t100100的含义是什么?的含义是什么?
9、5 5、影响焊接热循环的因素有哪些?试分别予以说明。、影响焊接热循环的因素有哪些?试分别予以说明。6 6、对对于于低低碳碳钢钢薄薄板板,采采用用钨钨极极氩氩弧弧焊焊较较容容易易实实现现单单面面焊焊双双面面成成形形(背背面面均均匀匀焊焊透透)。采采用用同同样样焊焊接接规规范范去去焊焊同同样样厚厚度度的的不不锈锈钢钢板板或或铝铝板板会会出出现现什什么么后果?为什么后果?为什么?7 7、对对于于板板状状对对接接单单面面焊焊焊焊缝缝,当当焊焊接接规规范范一一定定时时,经经常常在在起起弧弧部部位位附附近近存在一定长度的未焊透,分析其产生原因并提出相应工艺解决方案。存在一定长度的未焊透,分析其产生原因并提
10、出相应工艺解决方案。你现在浏览的是第二十页,共41页焊接热影响区的组织与性能变化你现在浏览的是第二十一页,共41页焊接与热处理组织转变的区别(1 1)一一般般热热处处理理时时加加热热温温度度最最高高在在A AC3C3以以上上l00l00200200,而而焊焊接接时加热温度远超过时加热温度远超过A AC3C3,在熔合线附近可达,在熔合线附近可达l350l350l400l400。(2 2)焊焊接接时时由由于于采采用用的的热热源源强强烈烈集集中中,故故加加热热速速度度比比热热处处理理时时要快得多,往往超过几十倍甚至几百倍。要快得多,往往超过几十倍甚至几百倍。(3 3)焊焊接接时时由由于于热热循循环环
11、的的特特点点,在在A AC3C3以以上上保保温温的的时时间间很很短短(一一般般手手工工电电弧弧焊焊约约为为4 420s20s,埋埋弧弧焊焊时时3030l00s)l00s),而而在在热热处处理理时时可以根据需要任意控制保温时间。可以根据需要任意控制保温时间。(4 4)在在热热处处理理时时可可以以根根据据需需要要来来控控制制冷冷却却速速度度或或在在冷冷却却过过程程中中不不同同阶阶段段进进行行保保温温。然然而而在在焊焊接接时时,一一般般都都是是在在自自然然条条件件下下连连续冷却,个别情况下才进行焊后保温或焊后热处理。续冷却,个别情况下才进行焊后保温或焊后热处理。(5 5)焊焊接接加加热热的的局局部部
12、性性和和移移动动性性将将产产生生不不均均匀匀相相变变及及应应变变;而而热处理过程一般不会出现。热处理过程一般不会出现。(6 6)焊焊接接过过程程中中,在在应应力力状状态态下下进进行行组组织织转转变变;而而热热处处理理过过程程不是很明显不是很明显。所以,焊接条件下热影响区的组织转变必然有它本身的特殊所以,焊接条件下热影响区的组织转变必然有它本身的特殊性。性。你现在浏览的是第二十二页,共41页焊接与热处理组织转变的区别 焊接过程快速加热,影响冷却过程的组织转变焊接过程快速加热,影响冷却过程的组织转变首先将使各种金属的相变温度比起等温转变时大有提高。首先将使各种金属的相变温度比起等温转变时大有提高。
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