第二章焊接过程的理论分析

２．１焊接热过程的特点

同其他形式的传热相比，焊接传热过程十分复杂，主要表现在以下几个方面

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（１）焊接热过程为局部加热，而且加热非常集中。熔化焊接时，工件不是整体被加热，热源只是集中在焊接接头处，工件受热不均匀，所以分析时更加复杂。

（２）焊接热源为瞬时的。焊接过程中，热源高度集中在被焊接部位进行快速加热，在很短的时间内，大量的热由热源传给了焊件。

（３）焊接热源为动态移动的。在焊接过程中，绝大部分热源是移动的，工件受热区域不断变化，焊缝各点在不同时刻经历了不同的温度变化。因此给数值模拟分析增加了难度。

（４）焊接传热过程的复杂性。在焊接中，除了由焊接加热区向母材以热传导传热外，还包括在熔池内部的以对流传热，在熔池外部与空气的对流和辐射传热。因此，焊接传热是一个复杂的传热过程。

２．２传热问题的数学描述

焊接中的传热一般有单向传热（如细棒）、双向传热（如薄板）、三维传热（如大厚板），需要导出一般规律的传热公式。不论是一维导热还是多维导热，都是建立在傅立叶定理和能量守恒定律的基础之上“翘２埘砌瑚，指导采用常用的微元分析法。在焊接传热过程中，一般需要了解两个方面：

（１）构成温度场的分布，即在某一瞬间，不同点处的温度值；

（２）在不同时刻，同一点所经历的温度变化，也就是焊接热循环问题。

傅立叶定理认为：单位时间内通过单位截面积所传递的热量，与沿该截面法线方向温度变化率成正比，可表示为：

虿＝‘署万

微元体总的热量变化为：（２－１）毛为法向导热系数；单位为ｗｈｎ×℃，ｇＯ，ｙ，ｚ，力为热流量，单位为Ｗ，ｍ２，

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代入傅立叶公式有：

而在出ｄｔ时间内，由于导热作用在微元体中所积累的热量为：幻：一时疋罢）＋号（一墨割＋壹（噍剀蚴蛾＝印；出砌