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| 內容簡介： |
《焊接物理基础》以焊接过程中的物理现象为讨论对象，结合物理学基本知识来阐述焊接物理领域所涉及的基本知识与现象。
全书分焊接电弧、熔滴过渡、焊接熔池3大部分共10章。其中第2、3、4章以较大篇幅介绍了焊接物理所涉及的基本物理知识及逻辑推导体系，包括气体基本规律、气体放电电离理论、电极电子发射理论；第5、6章主要从焊接电弧的基本现象与特性来详细讨论焊接电弧的物理本质。第7、8章主要讨论了熔化及焊接过程中熔滴受力、熔滴过渡及特性。第9、10章主要介绍了焊接过程中的热过程与熔池流动行为。
《焊接物理基础》可作为高等学校焊接技术与工程专业、材料成型及控制工程专业的教学用书，也可供相关焊接专业的研究人员、工程技术人员学习参考。
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| 目錄：
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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MIGMAG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MIGMAG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
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| 內容試閱：
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随着工业技术的发展，焊接技术欣欣向荣，传统的焊条电弧焊向智能、绿色等方向蓬勃发展，并反馈支撑了国家大型工业项目，如高铁、西气东输等，使得焊接成为国民经济中不可或缺的技术手段之一。
焊接物理以焊接过程中所涉及的各种物理现象为研究对象，聚焦于焊接过程中的电、磁、力、热、光与声等现象的观测及描述，从物理力学、传热、传质等方面来获得相关的物理规律，并以此为基础来革新原有的焊接手段，开发出新的焊接方法，并提高焊接质量。随着计算机技术的发展，科学研究构成了以试验、理论、数值模拟为三大有效手段来探究整个自然奥秘的机制。焊接科学也是如此，从以前的试验研究为主开始慢慢向试验、理论、数值模拟等全方面的科学探索。焊接物理方向更是如此，大量的数值研究把以前很难观测到的试验现象清晰地展示在每个读者的眼前；同时，在新兴技术的支撑下，焊接技术从定性走向定量分析,从经验走向科学，焊接技术与工程的学科道路也越来越宽，同时也和其他学科夹杂与一起，因此深厚的焊接学科理论是焊接技术与工程蓬勃发展的基石。
焊接物理是焊接技术与工程专业的基础课程，因此兰州理工大学焊接技术与工程教研室为本科、硕士研究生、博士研究生等不同层次都开设了焊接物理课程，而且延续了几十年，目的是让学生对焊接基础领域有一个较好的认识，更是让学生能接受较好的理论培养。因此本书偏重于理论，但基本上还属于经典物理学范畴。本书从基本理论出发，结合试验，融合计算机模拟技术，全面系统地给读者介绍了焊接物理所涉及的研究领域及应用。笔者从事教学工作，一直秉承知行结合的教学理念，希望学生不仅仅记住知识，明白理论之间的内在逻辑关系，更需要去运用所学来分析问题、解决问题，本书的内容选择也遵循这一原则。
本书分为三部分，共十章。本书主要从电弧物理、焊丝熔化及熔滴过渡、焊接熔池行为这几方面来对焊接物理进行介绍，主要参考了杨春利与林三宝于2003年编的《电弧焊基础》、日本的安藤弘平与长谷川光雄所著的《焊接电弧》、J. F. Lancaster于1983年编著的《The Physics of Welding》、武传松编著的《焊接热过程与熔池形态》等焊接类书籍，也参考了管井秀郎所编著的《等离子电子工程学》、朱建国等所编著的《固体物理学》等非焊接类的书籍；当然还有众多其他作者的学术论文。笔者对于所参考的书的著者和所参考的论文的作者表示衷心的感谢，并在文中及参考文献中进行引用标注。
10多年来，笔者一直从事焊接物理的科研与教学工作，主持完成了国家自然基金等焊接物理相关的科研项目，也连续多年教授焊接物理课程，从讲义到参考书，深知学生学习该课程的不易；同时，在教学过程中，笔者也对所讲授的知识有了更深入的认识，并反馈于科研中，特别是在焊接过程数值研究领域中，从TIG焊电弧数值模拟开始，历荆棘而前行，努力在焊接数值模拟领域探索并阐述相关物理机制。教学与科研成为本书出版的动力。
本书成稿后，得到了焊接界前辈的关心和帮助，笔者深表感谢。值本书出版之际，还要感谢所有给予笔者关心、爱护和帮助的亲人、朋友和同事；也要感谢笔者所指导的众多研究生，正是他们在资料整理等方面所做的辛勤工作以及出色的科研工作，才使得本书更有深度。
本书可作为焊接技术与工程、材料成形及控制工程专业的教材，也可以作为工程技术人员、科技工作者的参考书。
由于理论水平所限，且本书所涉及的学科宽广、交叉，不妥之处在所难免，恳请批评指正。
黄健康
2020年1月
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