焊接参数
固定常数
环境温度 T₀ = 25 °C
热导率 k = 45 W/(m·K)（钢）
热扩散率 α = 1.25×10⁻⁵ m²/s
理论与主要公式
输入热量：$$Q = \eta \cdot V \cdot I$$
线能量：$$q = Q / v$$
冷却时间（厚板）：$$t_{8/5}=\frac{q}{2\pi k}\left(\frac{1}{T_5-T_0}-\frac{1}{T_8-T_0}\right)$$
热影响区宽度（简化）：$$w_{HAZ}\approx 0.5\sqrt{\alpha\,t_{8/5}}$$
$V$=电压 [V], $I$=电流 [A], $v$=焊接速度 [m/s], $\eta$=电弧效率, $k$=热导率, $\alpha$=热扩散率, $T_8=800^\circ$C, $T_5=500^\circ$C, $T_0$=环境温度。
什么是罗森塔尔解模拟器
🙋
"罗森塔尔解"是什么？是不是想快速估算焊接温度，可以不用直接上FEM？
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没错。罗森塔尔假设无限大板内的移动点热源会形成准稳态温度场（坐标随热源一起移动），从而得到闭式解析解。FEM算之前用它能在几秒内估出t8/5或HAZ宽度。在这个模拟器里，电压、电流、焊速、电弧效率四个滑条直接进入 Q=ηVI 和 q=Q/v，右侧统计卡实时刷新。
🙋
那"t8/5"到底是什么？为什么偏偏取800℃和500℃这两个温度？
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对于碳素钢与低合金钢，在800℃→500℃这一段经历的冷却时间，决定了HAZ组织（马氏体／贝氏体／铁素体的比例），进而影响硬度与韧性。所以800/500就成了行业标准的冷却窗口。本工具基于厚板罗森塔尔解给出 $t_{8/5} = q/(2\pi k)\,[1/(T_5-T_0)-1/(T_8-T_0)]$。
🙋
如果我把焊速调快，q就下降，t8/5也应该缩短。可以用"速度扫动"按钮看效果吗？
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完全正确。把速度v从50 mm/min扫到1000 mm/min，q=Q/v成反比下降，t8/5与HAZ宽度也按比例变小。实际中如果要拉长t8/5（低氢钢），就需要降低焊速或加预热提高T₀。这个工具让你对"q低于约700 J/mm时风险开始增加"这种感觉先有个直觉，再去考虑工艺方案。
物理模型与主要公式
电弧热源的输入热量为 $Q=\eta V I$，除以行进速度得到线能量 $q=Q/v$。罗森塔尔三维（厚板）解给出沿热源运动的坐标系中的准稳态温度场，通过某一温度区间的时间与q成线性比例。本工具用 $t_{8/5}=q/(2\pi k)\,[1/(T_5-T_0)-1/(T_8-T_0)]$ 评估冷却时间，并以 $w_{HAZ}\approx 0.5\sqrt{\alpha\,t_{8/5}}$ 估算HAZ宽度（钢的 α=k/(ρc) ≈ 1.25×10⁻⁵ m²/s, k=45 W/(m·K)）。
实际工程应用
低氢钢冷却控制：SM490Y、HT780等钢种对t8/5有明确允许范围。通过本工具组合电流、速度与电弧效率，可快速找到落入许可范围的输入热量。
焊接工艺规程WPS制定：结合预热与道间温度，把线能量q的上下限写入WPS。本工具适合初步评估输入热量的灵敏度。
HAZ宽度对疲劳影响：焊接接头的疲劳与脆断与HAZ宽度、硬度密切相关。可在侧视图上直观看到q变化引起的HAZ宽度变化。
激光与电子束焊接：这些高能量密度工艺更接近线热源（薄板）解，但用本工具研究Q/v与t8/5的趋势同样有参考价值。
常见误解与注意事项
第一，罗森塔尔解应当作为趋势工具，而非绝对值。由于忽略对流与潜热，熔池附近温度被高估；但t8/5、温度梯度等积分量精度相对较高。本工具的t8/5与HAZ宽度更适合定性比较参数变化。
第二，电弧效率η 随工艺差异很大：SMAW 0.75–0.85，SAW 约0.95，GTAW 0.5–0.7。如果在TIG细焊缝上沿用默认η=0.80，可能高估线能量20–30%。建议扫动滑块覆盖工艺合理区间。
第三，本工具假定厚板（三维）。薄板（二维）解的 t8/5 与 q² 成正比，因此在薄板范围内本工具的预测偏向非保守一侧。请先按板厚与输入热量判断厚板／薄板区间，再使用绝对值。
常见问题
是的。因为 q = Q/v，速度v增大时q下降，厚板罗森塔尔解中 t8/5 与 q 成正比，于是t8/5与HAZ宽度同步缩短。点击"速度扫动"按钮可直接看到两者一起下降。
公式里的括号 (1/(T5−T0)−1/(T8−T0)) 随T₀增加而变大，因此t8/5延长（冷却变慢）。这正是低氢钢通过预热控制硬度的物理依据。
采用扩散长度尺度公式 w_HAZ ≈ 0.5·√(α·t8/5)。钢的 α 取 1.25×10⁻⁵ m²/s。实际HAZ宽度还取决于局部相变临界温度，但该经验式可较好反映趋势。
铝、铜的 k 与 α 比钢大数倍，t8/5 会更短。本工具固定为钢（k=45 W/(m·K), α=1.25×10⁻⁵ m²/s）。其他材料可按物性比缩放结果作粗略评估。