焊接热效率计算及其影响因素

在电弧焊接过程中，电弧在单位时间内放出的能量称为电弧功率q₀。电弧功率可以表示为施加在电弧两端的电压和通过电弧的电流大小的乘积：

q₀＝UI （2-1）

式中U——电弧电压（V）；

I——焊接电流（A）。

焊接中电弧热源所产生的热量并不是全部被用于工件的焊接，有一部分热量由于热传递、对流和辐射而损失于周围介质中，故焊件吸收的热量要少于热源所提供的热量。因此有效用于加热焊件的热源功率为

q＝ηq₀ （2-2）

式中q——电弧有效热功率（W）；

η——焊接电弧热源功率有效利用系数，即焊接热效率。

根据定义，电弧加热工件的热效率η是电弧在单位时间内输入到工件内部的有效热功率q与电弧总功率q₀的比值，即

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设q＝q₁＋q₂（2-4）

则

式中q₁——单位时间内使焊缝金属熔化（达到熔点）所需的热量（包括熔化潜热）（W）；

q₂——单位时间内使焊缝金属温度超过熔点的热量和向焊缝四周传导的热量的总和（W）。

由此可见，进入焊件的有效热功率q也不是全部被用于熔化焊缝金属，工件温度升高消耗了一部分有效热功率。因此，将使焊缝金属熔化的热有效利用率_ηm定义为单位时间内被熔化的母材金属在T_m（金属熔点）时的热量与电弧有效热功率的比值为

在焊接热过程的数值计算过程中，焊接热效率η是一个重要的参数。焊接热效率的准确选取是提高计算精度的先决条件。焊接热效率的大小主要取决于焊接方法、焊接参数、焊接材料和保护方式等。一般情况下焊接热效率η值取一个常数，通常不同焊接方法中焊接热效率η的值见表2-2。

表2-2不同焊接方法的焊接热效率η值