焊接工艺
焊接条件
母材·板厚
计算结果
—
t₈₅ 相対指標（簡易2D近似・絶対値は参考）
理论·主要公式
$$HI = \frac{\eta \cdot V \cdot I}{v} \quad \text{[kJ/mm]}$$
焊接热输入：$\eta$ 热效率（MAG：0.8、TIG：0.6）、$V$ 电压 [V]、$I$ 电流 [A]、$v$ 焊接速度 [mm/s]
$$T(r,t) = T_0 + \frac{Q}{4\pi\lambda t}\exp\left(-\frac{r^2}{4\alpha t}\right)$$
点热源温度分布（Rosenthal解）：$\lambda$ 热导率、$\alpha$ 热扩散率
$$HAZ \propto \sqrt{HI / (\rho c (T_{AC1} - T_0))}$$
热影响区（HAZ）宽度：与热输入的平方根成正比
焊接热输入·冷却速度（Rosenthal解）概述
🙋
这个模拟器计算的「t₈₅」是什么意思？我在焊接教科书里经常看到，但为什么这么重要呢？
🎓
简单来说，t₈₅就是焊接部位从800℃冷却到500℃需要的时间。这个温度范围正好是钢的组织发生变化的区间。比如，你试试在这个工具里减小「热输入」的滑块。你会看到t₈₅迅速缩短，冷却速度变快。如果冷却太快，就会生成硬且脆的马氏体，容易导致裂纹。这就是为什么在实际施工中要严格控制t₈₅。
🙋
我明白了！那在现场施工中，为了延长t₈₅，通常怎么做呢？我注意到调节「预热温度」这个滑块后，t₈₅会变长。
🎓
完全正确！最常见的做法就是「预热」——把钢板在焊接前加热到一定温度。如果你用这个模拟器把预热温度从25℃提高到150℃，就能看到t₈₅大约延长1.5到2倍。预热能有效防止冷裂纹，但也要权衡——过度预热会导致热影响区软化和变形增大。对于高强度钢（抗拉强度780MPa以上），标准做法是预热80～150℃。
🙋
我看到「热效率」的设置随着焊接工艺改变。MIG和TIG的热效率差这么大吗？切换工艺时温度分布图会完全不同！
🎓
你眼光真敏锐！热效率ηdirectly影响实际热输入。比如埋弧焊（SAW）的η=0.90～0.99是最高的——几乎所有的电能都转化成热。MIG/MAG的η=0.75～0.85，TIG的η=0.50～0.65，激光焊接只有0.25～0.65。这意味着，即使电流、电压、速度完全相同，不同工艺的热输入也能相差50%以上。在设计焊接规程时，一定要根据实际使用的工艺来调整，不能直接套用其他工艺的参数。
物理模型与主要公式
将焊接热源视为移动的点热源，在准稳态条件下求解温度分布，使用Rosenthal的厚板（三维）解。基于半无限体的假设。
$$T - T_0 = \frac{Q}{2\pi k r}\exp\left(-\frac{v(r+x)}{2\alpha}\right)$$
$T$ : 位置$(x,y)$处的温度 [°C]
$T_0$: 预热温度（初始温度） [°C]
$Q$ : 焊接热输入 [J/s] （$Q = \eta V I$，效率×电压×电流）
$k$: 热导率 [W/(m·K)]
$v$: 焊接速度 [m/s]
$\alpha$ : 温度传导率 [m²/s] （$\alpha = k / (\rho c_p)$）
$r$ : 热源距离 [m] （$r = \sqrt{x^2 + y^2}$）
指数项 $\exp(-v(r+x)/(2\alpha))$ 表示移动热源引起的温度分布不对称性（热源后方的高温区域拖尾较长）。
重要的评估指标——800℃到500℃的冷却时间 $t_{8/5}$ 由上述温度履历推导。冷却速度越快（$t_{8/5}$越短），越容易生成硬的马氏体组织。
$$ t_{8/5}\propto \frac{Q}{\rho c_p}\left( \frac{1}{500-T_0}- \frac{1}{800-T_0}\right) $$
从这个关系可以看出，增大焊接热输入$Q$ 或 提高预热温度$T_0$ 都会使冷却时间$t_{8/5}$增加（冷却速度变慢），组织趋向软化。这是焊接施工条件设计的基础。
常见问题
支持MIG、TIG、SAW（埋弧焊）等工艺。每种工艺都预设了标准的热效率η，只需输入电压、电流和焊接速度，热输入Q就会自动计算。
t8/5时间是焊接后从800℃冷却到500℃所需的时间。这个温度范围内钢的组织会发生相变。时间太短会导致硬化和脆化，时间太长会降低强度。本工具实时计算这个值，帮助判断焊接条件是否合适。
提高预热温度T₀会减缓冷却速度，使t8/5延长。从25℃提高到150℃通常能使t8/5延长1.5～2倍。这能有效防止冷裂纹，但过度预热会造成热影响区软化和变形增加，需要权衡。
Rosenthal解基于半无限体的假设，对于薄板或靠近边缘的区域会产生误差。当板厚足够厚时精度较好。建议将计算结果作为初步筛选，关键部位还应进行实测或更高精度的有限元（FEM）分析验证。
实际应用
钢结构件（桥梁、船舶、建筑）的焊接施工设计：使用高强度钢时，必须抑制热影响区（HAZ）的硬化以防脆性破坏。设计人员利用本工具等计算来确定所需的预热温度和允许的焊接热输入范围，并将其写入施工规程。
汽车车身薄板焊接（点焊、激光焊）：薄板应用「薄板模型」。冷却速度极快，微小的条件变化都会大幅改变焊接部位的硬度。机器人焊接参数设定时，以t₈₅为指标，平衡接头强度和变形。
管道现场焊接（气管等）：在寒冷地区或水下等恶劣环境，母材温度低冷却速度快。焊接前用加热火枪预热管道，通过模拟确保达到设计的t₈₅，防止氢致裂纹等缺陷。
焊接材料和工艺开发评估：开发新焊丝、焊剂或新工艺（如混合焊）时，用Rosenthal解预测其热循环（特别是峰值温度和冷却速度），从而推断所得组织和力学性能，可在制造前进行初步评估。
常见误解与注意事项
使用本工具时，初学者容易陷入几个陷阱。首先是「Rosenthal解不是万能的」。它基于「移动点热源」这样的简化假设，实际的电弧有一定宽度，材料热性能也会随温度变化。工具的结果只是「第一近似」，用来掌握趋势。对关键部位必须通过实验或更高级的有限元（FEM）模拟来验证。
第二是热效率η的设置。默认值（如MIG的0.8）只是代表值，实际会随屏蔽气种类、焊丝伸出长度、焊接工艺等变化。这个参数偏差0.1的话，计算出的t₈₅就会大幅改变。实务中的技巧是：从贵公司的标准焊接条件实测t₈₅，反推出符合实际的η值，然后用于条件优化。
第三是「薄板」与「厚板」的选择标准。板厚5mm就是薄板？12mm就是厚板？这样简单判断太危险。关键看「热是否能均匀传导到板厚方向」。若背面用水冷夹具强制冷却，即使厚板也接近薄板模型；反之，15mm的板同时焊两面，可能薄板模型更接近。建议对照历史数据逐步积累，选择最佳模型。