焊接物理基础

第1章绪论/001

第1篇焊接电弧/003
第2章气体基本理论/004
2.1理想气态方程004
2.1.1宏观与微观004
2.1.2温度的概念005
2.1.3理想气体状态方程006
2.1.4分子的碰撞007
2.2麦克斯韦分布008
2.2.1理想气体的压强008
2.2.2能量均分定理011
2.2.3气体分子速率分布的测定012
2.2.4麦克斯韦速率分布函数013
2.2.5麦克斯韦分布数学推导014
2.3玻尔兹曼关系016
2.3.1重力场中分子数纵向分布016
2.3.2玻尔兹曼分布函数017

第3章等离子体基本理论/021
3.1等离子体概述021
3.1.1等离子体介绍021
3.1.2等离子体性质022
3.1.3等离子体应用023
3.2等离子体中的微观运动023
3.2.1单个粒子的运动023
3.2.2粒子间的碰撞028
3.2.3原子激发与电离031
3.3等离子体的宏观性质033
3.3.1等离子体基本方程033
3.3.2等离子体的电中性034
3.3.3粒子流动与密度分布037
3.3.4能量平衡与粒子数平衡042
3.4气体放电与等离子体的形成043
3.4.1气体绝缘击穿043
3.4.2气体放电起始电压045
3.4.3气体放电中的等离子体状态046
3.5放电现象049
3.5.1辉光放电049
3.5.2电弧放电051
3.5.3电晕放电053
3.5.4火花放电053

第4章电弧物理基础/057
4.1气体电离057
4.1.1电离的种类058
4.1.2多原子分子分解体059
4.1.3Saha公式060
4.2金属中的电子063
4.2.1特鲁德模型063
4.2.2量子化模型066
4.2.3自由电子的比热069
4.2.4金属的电导率和热导率071
4.3电子发射072
4.3.1热电子发射073
4.3.2自发射/场致发射075
4.3.3光电子发射076
4.3.4粒子碰撞发射077
4.4逸出功和接触势差077
4.4.1逸出功077
4.4.2接触势差080

第5章焊接电弧现象/082
5.1焊接电弧082
5.1.1电弧基础082
5.1.2电弧基本结构083
5.2弧柱现象086
5.2.1弧柱中的电子流和离子流086
5.2.2弧柱的电导率和热导率087
5.2.3弧柱热量输入与耗散093
5.2.4弧柱温度及温度分布097
5.2.5最小电压原理099
5.2.6电弧双极性扩散101
5.3阴极现象104
5.3.1电弧阴极的物理特征104
5.3.2阴极斑点105
5.3.3阴极前电子流与正离子流的比率108
5.3.4阴极热平衡109
5.3.5阴极前的收缩区——正离子流理论111
5.4阳极现象111
5.4.1阳极区与阳极压降111
5.4.2阳极输入功率113
5.4.3阳极温度——阳极的熔化和蒸发114
5.4.4阳极斑点115
5.5电弧相关物理量测量方法120
5.5.1电弧温度分布和电子密度120
5.5.2电流密度分布126
5.5.3熔池表面温度分布132
5.5.4电弧压力分布133

第6章焊接电弧特性/136
6.1电弧静特性136
6.1.1不同类型电弧的静特性136
6.1.2影响电弧静特性的因素143
6.2电弧动特性145
6.2.1直流电弧动特性145
6.2.2交流电弧动特性147
6.2.3电弧动特性的影响因素149
6.2.4交流电弧温度变化150
6.2.5交流电弧稳定性151
6.3GTAW电弧稳定性156
6.3.1钨电极特性156
6.3.2电弧磁偏吹158
6.3.3电弧其他现象160
6.4特殊电弧的特性162
6.4.1压缩电弧特性162
6.4.2钨极氦弧焊电弧特性166

第2篇熔滴过渡/171
第7章焊接过程熔化现象/172
7.1焊条熔化分析172
7.1.1焊条的热源及熔化速度172
7.1.2影响焊条熔化的因素174
7.2熔化极气保焊丝熔化分析175
7.2.1熔化极气保焊丝的熔化热源175
7.2.2焊丝的熔化速度和比熔化量177
7.2.3影响焊丝熔化的因素178
7.3电弧稳定性分析及自调节180
7.3.1电弧自调节180
7.3.2电弧反应速度185
7.3.3含焊机的焊接过程稳定性分析187
7.4焊接飞溅及烟尘188
7.4.1焊接飞溅188
7.4.2预防焊接飞溅的措施190
7.4.3焊接烟尘191

第8章熔滴过渡/195
8.1熔滴过渡概论195
8.1.1熔滴上的作用力195
8.1.2作用力效果分析197
8.1.3熔滴过渡的主要形式200
8.2熔滴过渡模型206
8.2.1静态力学平衡模型206
8.2.2收缩不平衡模型207
8.2.3动态熔滴分离模型的分析210
8.3熔滴过渡控制219
8.3.1一脉一滴219
8.3.2STT（表面张力过渡技术）223
8.3.3CMT（冷金属过渡技术）225
8.4高效焊接技术227
8.4.1双丝MIG/MAG焊227
8.4.2双丝（或多丝）埋弧焊230
8.4.3三丝GMAW技术231
8.4.4TIG-MIG复合焊233
8.4.5激光-TIG复合焊235
8.4.6激光MIG/MAG复合焊236
8.4.7多元气体保护焊——TIME焊接238
8.5熔滴过渡的观察与测量239
8.5.1熔滴过渡的观察239
8.5.2熔滴过渡的测量239

第3篇焊接熔池/242
第9章焊接热过程/243
9.1焊接热过程概论243
9.1.1焊接热过程的基本特点243
9.1.2焊接热过程的热效率243
9.2焊接热源模型245
9.2.1点、线、面三种热源模型245
9.2.2高斯热源模型246
9.2.3双椭球热源模型248
9.2.4广义双椭球热源模型249
9.2.5其他热源模式250
9.3焊接温度场的分布规律252
9.3.1运动热源的温度场252
9.3.2焊接温度场的影响因素258
9.3.3焊接热循环260
9.3.4焊接温度场的测试269
9.4母材熔化特征和焊缝形状尺寸272
9.4.1母材熔化断面形态272
9.4.2焊缝形状尺寸274
9.5焊缝成形及缺陷控制275
9.5.1焊接参数与工艺的影响275
9.5.2焊缝成形缺陷及形成原因276
9.5.3焊缝缺陷控制279

第10章熔池行为/281
10.1熔池受力分析281
10.1.1熔池表面受力281
10.1.2熔池内部受力285
10.1.3量纲分析286
10.2熔池表面形貌及行为288
10.2.1熔池表面形貌288
10.2.2熔池表面振荡293
10.2.3熔池表面行为演化303
10.3熔池流动行为311
10.3.1熔池表面流动行为311
10.3.2熔池内部流动315
10.3.3熔池流动对焊接质量的影响317
10.3.4咬边及驼峰焊道319
10.4深熔焊的熔池流动特征322
10.4.1激光深熔焊的熔池流动特征322
10.4.2深熔焊工艺对熔池流动的影响323

参考文献/324