母材的熔化與焊縫成形

1、重點(diǎn) 熱輸入、線能量、熔深、熔寬、 成形系數(shù)、余高、熔合比等基本概念； 標(biāo)征熔池及焊縫形狀尺寸的參數(shù)； 焊接參數(shù)對(duì)焊縫形狀尺寸的影響。母材熔化和焊縫成形基本要求熟練掌握標(biāo)征熔池及焊縫形狀尺寸的幾個(gè)參數(shù)。熟練掌握熱輸入、線能量、熔深、熔寬、成形 系數(shù)、余高、熔合比等基本概念。 了解作用于熔池上的力。熟練掌握焊接參數(shù)對(duì)焊縫形狀尺寸的影響。了解各種焊縫缺陷形成的原因及預(yù)防措施。一、電弧的熱輸入（一）熱輸入： 輸入至工件的熱功率或單位時(shí)間內(nèi)輸入至工件的熱量。q = 0.24 Ua Ia 式中-電弧加熱工件的熱效率。3.1 電弧熱與熔池形狀尺寸的關(guān)系（二）電弧加熱工件的熱效率 電弧熱損失：1）幅射，對(duì)流

2、散熱2）加熱W極，焊條頭的熱量3）加熱焊劑，焊條頭4）飛濺熱損失 影響的因素：1）焊接方法： TIG、 CO2 、 MIGSAW的不同。2）焊接規(guī)范： 熔池的形狀尺寸（三）熔池的形狀及表征參數(shù) 1、熔池的基本概念由母材上熔化的金屬（焊絲、工件）組成的、具有一定幾何形狀的液態(tài)屬屬叫熔池。引弧后。經(jīng)過一過渡期后，熔池穩(wěn)定，形狀不再發(fā)生變化。熔池的形狀為一半橢球形。yzHl1l2x2、熔池的表征參數(shù)： 熔寬B； 熔深； 前部長(zhǎng)度L1； 尾部長(zhǎng)度L2 在做出一些假設(shè)的基礎(chǔ)上，可推導(dǎo)出上述幾個(gè)尺寸與焊速s，熱輸入q之間的關(guān)系： ； ； ； 。B = 2H式中：Tm材料的熔點(diǎn)； 導(dǎo)熱系數(shù)； a熱擴(kuò)散率；

3、c比熱； 密度。 （四）工件上的比熱流 1、基本概念 (1) 比熱流：通過單位面積輸入至工件的熱功率。式中：q(r)離中心距離為r的某點(diǎn)的比熱流；qm中心處的比熱流；k電弧集中系數(shù)。 由 可推導(dǎo)出： 式中 為加熱斑點(diǎn)的半徑:(2)加熱斑點(diǎn)： 熱源傳遞給工件的熱量是通過一定的面積進(jìn)行的，該面積叫加熱斑點(diǎn)。加熱斑點(diǎn)內(nèi)的每一點(diǎn)處的比熱流是不相同的。 q(r)在加熱斑點(diǎn)內(nèi)呈正態(tài)分布，即：qm0.005qm2、電弧參數(shù)對(duì)比熱流的影響 1) Ua： Ua增大，r k qm 2) Ia： Ia增大， r稍有增大，k下降，q增大，qm增大。 3) 鎢極尖角及直徑： dw增大或w增大，qm減小。 3、比熱流對(duì)熔

4、池尺寸的影響 K則HB K則HB（焊速大時(shí)） B（焊速小時(shí)） 一、使熔池凹陷的作用力 1、電弧靜壓力及動(dòng)壓力： Fp、Fc均指向熔池，使之洼凹陷，熱源下移，有利 于增大H。 MIG焊時(shí)的Fp易于導(dǎo)致指狀熔深。 2、細(xì)熔滴的沖擊力： 使熔凹陷，增大H，易于導(dǎo)致指狀熔深 3、熔池金屬的重力： 其大小正比于熔池體積，其作用與空間位置有關(guān)。 (1) 立、仰、橫焊時(shí)，重力使熔池不穩(wěn)，易于使熔池下墜。 (2) 平焊時(shí)，穩(wěn)定 3-2 作用于熔池上的力及力對(duì)熔池的影響電弧力細(xì)熔滴的沖擊力FP及FC二、影響熔池對(duì)流的力 1、TIG焊時(shí)的等離子流力 等離子流挺度較小，碰到熔池后，沿著熔池向外走。因此，表面：從中心

5、向四周流；中心：從下至上；熔池淺而寬。 2、浮力中心：從下至上；熔池淺而寬。 3、電磁力 熔池上形成斑點(diǎn)時(shí)，電流進(jìn)入熔池后發(fā)散，形成向下的推力，導(dǎo)致渦流換熱。增大熔深。4、表面張力 在F的作用下，液金從小的地方向大原地方流。 5、驅(qū)動(dòng)力：體系表面自由能的減少。 影響換熱及潤(rùn)濕角，從而影響焊縫的形狀及表面輪廓。1)如 , 則表面液態(tài)金屬由中心向四周流，熔池淺而寬。 2)如 , 則表面液金從四周向中心流，使熔池深而窄。 表面從中心向四周流；中心從下至上；熔池淺而寬。 2)含O、S、Bi 正好與前面相反討論： 1)不含O、S等表面活性物質(zhì):熔池表面熔池表面及內(nèi)部一、焊縫形狀參數(shù)及其與焊縫質(zhì)量的關(guān)系(

6、一) 基本參數(shù)：H、B、a 1、熔深H：Hweld=Hpool，直接影響承載能力。 2、熔寬B：Bweld=Bpool3-3 焊縫形狀參數(shù)及工藝因素對(duì)它的影響FHFmFmFHBHaFmHBFHFmaHBFHFm 3、 = B/H ，被稱為焊縫成形系數(shù)。意義： 1) 影響氣孔敏感性 2) 影響結(jié)晶方向 3) 影響中心偏析 大時(shí)較有利，一般應(yīng)大于1.25 4、余高a：一般規(guī)定：a=03mm或B/a48 1) 防止因疑固收縮而造成的缺陷 2) 增大承受靜載的能力 3) 造成應(yīng)力集中 4) 疲勞壽命下降5、熔合比：母材金屬在焊縫中的含量 調(diào)整熔合比可調(diào)整焊縫化學(xué)成分，改善性能。 一般通過開坡口來(lái)實(shí)現(xiàn)。

7、二、影響焊縫形狀尺寸的因素（一）焊接電流Ia Ia增大，H增大，a增大，B基本不變 1、Ia，F(xiàn)a 熱源下移H q= IU H H=km I 2、Ia增大，電弧分布半徑 增大但潛入工件深度大， 限制r有效增大，B基本不變。 減小。 3、Ia，焊絲熔化量增加，B不變， a。（二）電弧電壓 Ua，q增加不多， 增大，qm減小，因此， B、 增大，H、a 減小。 通常，Ia選定后，Ua也基本上定下來(lái)了?？?是根據(jù)板厚選Ia，再由Ia選定Ua。 （三）焊接速度 將q/w 定義為線能量，即單位長(zhǎng)度的焊縫上輸入的熱量。 w增大時(shí)，q/w減小，H、B、a等均減小 為了促進(jìn)生產(chǎn)率，應(yīng)提高w ，但為了保證焊透，

8、應(yīng)同時(shí)提高Ia，即采用大電流高速焊，這種方法易引起咬邊。通常采用雙弧焊或多弧焊來(lái)提高焊接速度。 （四）電流的種類及極性 TIG： MIG、CO2、SAW等：PAPK ，BDCSPBACBDCRPHDCSPHACBACBDCRPHDCSPHACHDCRPPAPK ，(五)電極形狀、尺寸、伸出長(zhǎng)度 MIG焊： ds減小 qm 、H、a 、 B Ls減小 qm、H、a TIG焊： dw qm、H w qm 、B變化不大 (六)坡口、間隙 1、用于增大H，調(diào)整熔合比，改善結(jié)晶條件。 2、坡口、間隙越大，a。(七)電極傾角 1、前傾：電弧下液態(tài)金屬厚，電弧潛入深度小， 所以HBa。 2、后傾：相反。(八

9、)工件傾角 1、下坡焊：重力阻止液金后排，電弧潛入深度減小， HaB易于導(dǎo)致滿溢，未焊透等。 2、上坡焊：相 反。A過大、咬邊等缺陷。（九）工件材料 1、比熱容C：C，Vm，則H及B 2、密度：則H 3、板厚：當(dāng)H0.6時(shí)，無(wú)影響（十）焊劑、藥皮及氣體 焊劑：穩(wěn)弧性差EB H 大壓力大EH 顆粒度小壓力大EH 氣體：導(dǎo)熱性高、解離嚴(yán)重 弧柱收縮EH3-4 焊縫缺陷 主要有：氣孔、裂紋、夾渣、未焊透、未熔合、燒穿、咬邊、焊瘤。一、未焊透 熔焊時(shí)，接頭根部未完全焊透的現(xiàn)象。最易發(fā)生在短路過渡CO2焊中。 原因：Ia太??； w太大； 坡口尺寸不合適。二、未熔合 熔焊時(shí)，焊道與焊道間或焊道與母材間未完

10、全熔化結(jié)合的部分叫未熔合。 原因：高速大電流焊；上坡焊。三、燒穿 熔焊時(shí)熔化金屬自焊縫背面流出，形成穿孔的現(xiàn)象叫燒穿。 原因： Ia過大；焊接速度過??；坡口尺寸過大。四、咬邊 沿焊趾的母材部位燒熔成凹陷或溝槽的現(xiàn)象叫咬邊。 原因：大電流高速焊；角焊縫、焊腳過大或Ua過大。五、焊瘤 熔焊時(shí)熔化金屬流淌到焊縫以外未熔合的母材上形成金屬瘤的現(xiàn)象叫焊瘤。 原因： 坡口尺寸??； Ua過??；干伸長(zhǎng)度太大。六、凹坑 焊縫表面低于母材表面的部分叫凹坑。 原因： Ia太大；坡口尺寸太大。七、塌陷 焊縫表面塌陷，背面凸起的現(xiàn)象。 原因： Ia太大；焊接速度太小。 良好焊縫成形的標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)缺陷；表面過度圓滑?；A(chǔ)：首先要保持住熔池一、平面內(nèi)直縫的焊接 1、平焊： 最容易成形。 薄板用單面單道焊。 厚板用單面多道焊、雙