[科普中国]-焊接传热

传热方式

自然界中，热量的传递主要有三种基本方式，即热传导、对流和辐射。热传导指物体内部或直接接触的物体间的传热。热传导一般发生于固体内部。热对流指物体内部各部分发生相对位移而产生的热量传递。热对流通常发生于流体内部。热辐射指物体表面直接向外界发射电磁波来传递能量。热辐射过程中能量的转化形式是：热能一辐射能热能。由于物体的辐射能力与其热力学温度的四次方成正比，因此，温度越高，辐射能力越强。

在焊接过程中，上述三种传热方式都存在，对于电弧焊来讲，热量从热源传递到焊件主要是通过热辐射和热对流，而在母材和焊丝内部，则以热传导方式传递。

焊接传热过程所研究的内容主要是焊件上温度分布及随时间的变化问题，因此，以热传导为主，适当考虑对流和辐射的作用。1

焊接过程焊接过程：热源加热→熔化→冶金反应（前三步为加热过程）→结晶→固态相变→接头（后三步为冷却过程）

焊接传热过程的特点：

（1）局部性——加热和冷却过程极不均匀；

（2）瞬时性——1800K/s；

（3）热源是运动的；

（4）焊接传热过程的复合性。

焊接热源可提供热能以实现基本的焊接过程的能源。熔焊时，为了实现优质连接，必须有一定能量的热源在待焊部位局部区域作用，通过加热、熔化和随后的冷却凝固而形成焊缝。

这样，焊接传热过程显然有两点特征：(1)热作用的集中性。焊接热源集中作用于焊件接口部位，必然使焊件存在温度梯度，势必引起不均匀的应力场或应变场、不均匀的组织和性能变化以及焊接变形等问题。(2)热作用的瞬时性。焊接热源始终处于以一定速度运动的状态之中，因而对焊件上受到热作用的任一点而言，瞬时所能得到的热能是有限的。

实际上，焊件上的传热过程是一种准稳态过程。在这种条件下所发生的各种冶金学变化，是不易达到平衡的。同整体均匀而缓慢加热的一般热处理过程相比，焊接过程显然要复杂得多。因此在金属焊接性的研究中不能忽视焊接热源的影响。

传热特征熔焊时，为了实现优质连接，必须有一定能量的热源在待焊部位局部区域作用；通过加热、熔化和随后的冷却凝固而形成焊缝。这样，焊接传热过程显然有两点特征：

（1）热作用的集中性焊接热源集中作用于焊件接口部位，必然使焊件存在温度梯度，从而不可避免地要产生热传导过程。焊件上各点在某一瞬时的温度分布，一般称为温度场。焊接过程中，焊件上形成的不均匀温度场，势必引起不均匀的应力场或应变场、不均匀的组织和性能变化以及焊接变形等问题。

（2）热作用的瞬时性焊接热源始终处于以一定速度运动的状态之中，因而对焊件上受到热作用的任一点而言，瞬时所能得到的热能是有限的。在这种情况下，当焊接热源接近焊件上某一点时，传导来的热量将使该点迅速加热升温；随着热源的逐渐远离，则又迅速地从该点导出热量而使其冷却降温。可见．焊件上受到热影响的任一点可能达到的峰值温度必然是有限度的。实际上，焊件上的传热过程是一种准稳态过程。在这种条件下所发生的各种冶金学变化，是不容易达到平衡状态的。2