为什么焊接时要输入一定的能量

❶ 焊接时，如何正确选择线能量

不同的材料对焊接线能量控制的目的和要求： 不同的材料对焊接线能量回控制的目的和要答求不一样。如：（1）焊接低合金高强钢时，为防止冷裂纹倾向，应限定焊接线能量的最低值；为保证接头冲击性能，应规定焊接线能量的上限值。（2）焊接低温钢时，为防止因焊缝过热出现粗大的铁素体或粗大的马氏体组织，保证接头的低温冲击性能，焊接线能量应控制为较小值。（3）焊接奥氏体不锈钢时，为防止合金元素烧损，降低焊接应力，减少熔池在敏化温度区的停留时间，避免晶间腐蚀，应采用较小的焊接线能量。（4）焊接耐热耐蚀高合金钢时，为减少合金元素烧损，避免焊接熔池过热而形成粗晶组织降低高温塑性和疲劳强度，防止热裂纹，获得较好“等强度”的接头，应采用较小的焊接线能量。

❷ 焊接时,为什么需要具有高能量密度的热源进行加热

焊接是指使用高温熔化金属连接两个金属板的工艺，这种连接方式可以在较短的时间内获得较高的强度。焊接时，需要具有高能量密度的热源进行加热，因为：

• 高能量密度的热源能够产生较高的温度，从而使金属达到熔化的温度。

• 焊接过程中，金属需要被加热到较高的温度，然后快速冷却。这就需要具有高能量密度的热源，能够在较短的时间内将金属加热到熔化的温度，再快速冷却。

• 高能量密度的热源能够提供较大的热量，从而使焊缝在熔化后较快地冷却，避免焊缝受损。

❸ 为什么焊接时能量越集中越好

1

第
2
章

焊接热源模型

焊接热源的物理模型，涉及两个问题。一是热源的热能有多少作用在工件之上；二是已经作用
于工件上的热量，是如何在工件上分布的。因此，建立焊接热源的物理模型，是进行焊接热过程和
熔池行为分析或数值模拟的前提和条件。本章针对上述两个问题展开讨论。

2.1
焊接热效率和焊接熔化效率

电弧焊接时通过电弧将电能转换为热能，利用这种热能来加热和熔化焊丝（或焊条）与工件。
熔化极焊接时，焊接过程中焊丝
(
或焊条
)
熔化，熔滴把加热和熔化焊丝
(
或焊条
)
的部分热量带给
熔池。而对于钨极氩弧焊，电极不熔化．母材只利用一部分电弧的热量。弧焊时，电弧功率可由下
式表示

a
IU
Q

0

(2-1)

式中，
a
U
是电弧电压
(V),
I
是焊接电流
(A)
，
0
Q
是电弧功率
(
W
),
即电弧在单位时间内所析出的能
量。

由于能量
0
Q
不是全部用在加热焊件，故真正有效用于加热焊件的功率为

a
IU
Q
Q




0

(2-2)

式中，

为电弧功率有效利用系数或称为焊接热效率，它与焊接方法、焊接工艺参数和焊接材料的
种类
(
焊条、焊丝、保护气等
)
有关。各种弧焊方法在常用焊接工艺参数下的热效率

见表
2-1
。

表
2-1
各种弧焊方法的热效率

弧

焊

方

法



药皮焊条手工焊

埋弧自动焊

C02
气体保护焊

熔化板氩弧焊
(MIG)
钨极氩弧焊
(TIG)
0.65-0.85
0.80-0.90
0.75-0.90
0.70-0.80
0.65-0.70

2
在其他条件不变的情况下，

值随着弧长的增加、电弧电压的提高而下降，随着电弧电流的增
大或电弧潜入熔池而增加。应当指出，这里所说的热效率

，只是考虑焊件所能吸收到的热能。实
际上这部分热能一方面用于熔化金属而形成焊缝，另一方面则流失于焊件而造成热影响区。

值并
没有反映出这两部分热量的比例。

根据定义，电弧加热工件的热效率

是电弧在单位时间内输入到工件内部的热量
Q
与电弧总功
率
0
Q
的比值，即

0
Q
Q



（
2-3
）

0
2
1
Q
Q
Q




（
2-4
）

2
1
Q
Q
Q



（
2-5
）

式中，
1
Q
—单位时间内熔化焊缝金属（处于液态
m
T
T

时，
m
T
为熔点）所需的热量（包括熔化潜
热）
；
2
Q
—单位时间内使焊缝金属处于过热状态（
m
T
T

）的热量和向焊缝四周传导热量的总和。

式（
2-5
）说明，已进入焊件的热量
Q
也不是全部用来熔化焊缝金属。因此，定义焊缝金属熔化
的热有效利用率（简称为焊接熔化热效率）
m

为单位时间内被熔化的母材金属在
m
T
时（处于液态）
的热量与电弧有效热功率的比值

2
1
1
Q
Q
Q
m




（
2-6
）

根据以上定义，

m
w
H
A
v
Q

0
1


（
2-7
）

式中，
0
v
为焊接速度，
w
A
为焊缝横截面积，

为被焊材料密度，
m
H
为液态金属的重量热焓：

m
m
p
m
L
T
C
H



（
2-8
）

其中，
p
C
为比热，
m
T
为熔点，
m
L
为熔化潜热。

将（
2-7
）和（
2-8
）式代入（
2-6
）式，得

Q
L
T
C
A
v
m
m
p
w
m
)
(
0





（
2-9
）

3

值可由下式求出

a
m
m
w
IU
H
A
v
Q
Q
1
0
0







（
2-10
）

从焊接热过程计算的角度来看，
焊接热效率

的准确选取是提高计算精度的先决条件。
关于

值
的确定方法，国内外的许多研究者从不同的角度进行了研究
[109-112]
。概括来说，主要有测试法、
计算
—测试法和电弧物理分析法。
但不同的研究者给出的

值差别较大。