凝固温度场课程.ppt

（三）铸件凝固方式的影响因素 合金凝固温度区间的影响 温度梯度的影响 逐层凝固 中间凝固 体积凝固 窄 宽 陡 平 第三节 熔焊过程温度场 一、 焊接温度场的一般特征 二、 影响温度场的因素 一、 焊接温度场的一般特征 移动热源焊接过程中，焊件上各点温度随时间及空间而变化（不稳定温度场），但经过一段时间后，达到准稳定状态（移动热源周围的温度场不随时间改变）。 若建立与热源移动速度相同并取热源作用点为坐标原点的动坐标系，则动坐标系中各点的温度不随时间而变。 数学表达式： T = f ( x , y , z , t ) 无限大长杆，面状热源 半无限大物体，点状热源 无限大薄板，线状热源 三种焊件温度场 焊接温度场 半无限大物体表面受瞬时、固定热源作用时温度场的解析解为： O x y z P 厚大焊件点状连续移动热源的准稳定温度场的计算方程 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，焊件上的焊接温度场见图－15。 极限饱和状态下的焊接温度场 二、 影响焊接温度场的因素 焊件尺寸 焊件热物理性能 焊接规范 多层焊 3 t T 0 1 2 r = 0 x = 0 R = 0 1—厚大件 2—薄板 3—细杆 三种情况下热源直接作用部位的温度随时间的变化曲线 砂型 金属型 T20 S’ L T 非金属铸型 0 x 绝热型铸型时的凝固温度分布 S’ L T 金属铸型 0 x T20 以界面热阻为主的凝固温度分布 S’ L T 金属铸型 0 x T20 非金属铸件时的凝固温度分布 S’ L T 金属铸型 0 x T20 界面热阻很小时的凝固温度分布 不同碳钢的动态凝固曲线 温度梯度 G 对凝固方式的影响: G大 → 两相区窄 G小 → 两相区宽 铝合金的动态凝固曲线 实际铸件凝固中的温度梯度受很多因素影响, 包括铸型的导热性能、预热温度、合金的浇注温度等。 例1. 比较同样体积大小的球状、块状、板状及杆状铸件凝固时间的长短。 例2. 下图为一灰铸铁底座铸件的断面形状，其厚度为30mm，利用“模数法”分析砂型铸造时底座的最后凝固部位，并估计凝固终了时间。 A A A A B B C C C C D D D 常见材料的凝固系数 铸件材料 铸型 灰铸铁 砂型 0.72 金属型 2.2 可锻铸铁 砂型 1.1 金属型 2.0 铸钢 砂型 1.3 金属型 2.6 黄铜 砂型 1.8 金属型 3.0 铸铝 砂型 — 金属型 3.1 K / ( ) 凝固终了对合面部位的疏松 Al-10%Cu 合金凝固枝晶间的疏松 第一节 传热基本原理 第二节 铸件凝固温度场的解析解法 第三节 熔焊过程温度场 第二章 凝固温度场 第一节 传热基本原理 一、温度场基本概念 二、热传导过程的偏微分方程 三、凝固温度场的求解方法 一、温度场基本概念 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：某个特殊平面与等温面相截的交线。 温度梯度：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。 二、热传导过程的偏微分方程 三维傅里叶热传导微分方程为： 一维传热： 二维传热： 式中: —— 导温系数， ； —— 拉普拉斯运算符号。 对具体热场用上述微分方程进行求解时，需要根据具体问题给出导热体的初始条件与边界条件 初始条件： 初始条件是指物体开始导热时（即 t = 0 时）的瞬时温度分布 边界条件： 边界条件是指导热体表面与周围介质间的热交换情况 三类常见的边界条件 第一类边界条件： 给定物体表面温度随时间的变化关系 第二类边界条件： 给出通过物体表面的比热流随时间的变化关系 第三类边界条件： 给出物体周围介质温度、物体表面与周围介质的换热系数 三、凝固温度场的求解方法 （一） 解析法 （二） 数值方法 （一） 解析法 解析方法是直接应用现有的数学理论和定律去推导和演绎数学方程（或模型），得到用函数形式表示的解，也就是解析解。 优点：物理概念及逻辑推理清楚，清楚表达温度场的各