《電弧焊熔化現(xiàn)象》課件

電弧焊熔化現(xiàn)象電弧焊是一種利用電弧產(chǎn)生的高溫來熔化金屬材料的焊接方法。熔化現(xiàn)象是電弧焊過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響焊接質(zhì)量。課程目標(biāo)11.了解電弧焊熔化現(xiàn)象深入理解電弧焊過程中發(fā)生的熔化現(xiàn)象，掌握相關(guān)理論知識。22.分析熔化過程分析電極熔化、熔滴轉(zhuǎn)移、熔池形成和流動等關(guān)鍵過程，并了解影響因素。33.掌握焊縫成形機(jī)理學(xué)習(xí)焊縫的幾何形狀、影響因素，以及焊縫宏觀和微觀成形機(jī)理。44.了解焊接熱循環(huán)影響掌握焊接熱循環(huán)過程、焊接熱量的吸收，以及塑性變形和殘余應(yīng)力等影響。電弧焊概述電弧焊是利用電弧產(chǎn)生的高溫?zé)崃浚刍饘俨⑹怪B接在一起的焊接方法。電弧焊是現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的焊接方法之一，廣泛應(yīng)用于制造、維修、建筑等領(lǐng)域。電弧焊具有操作簡便、效率高、成本低、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，使其成為焊接領(lǐng)域的重要技術(shù)。電弧的形成與性質(zhì)電弧形成電弧是由電極間氣體被電離形成的。通過在電極之間施加高壓，氣體分子被分解成帶正負(fù)電荷的離子，從而形成導(dǎo)電通路。電弧類型電弧可分為直流電弧和交流電弧。直流電弧穩(wěn)定且溫度較高，而交流電弧則具有周期性變化的特點(diǎn)。電弧溫度電弧的溫度極高，可達(dá)數(shù)千攝氏度，足以熔化金屬并形成熔池。電弧性質(zhì)電弧具有高能量密度、高溫、電離氣體等特點(diǎn)，這些特性使其成為焊接過程的核心要素。電極的熔化過程1電極熔化電極受熱，金屬原子獲得能量。2金屬鍵斷裂原子間作用力減弱，材料熔化。3形成熔池熔化的金屬形成熔池，為焊接提供材料。電極熔化是焊接過程中的關(guān)鍵步驟，它為焊縫提供熔化的金屬材料。電極受熱后，金屬原子獲得能量，原子間的鍵力減弱，最終導(dǎo)致材料熔化。熔化的金屬形成熔池，為焊縫提供材料。熔滴的轉(zhuǎn)移機(jī)制1熔滴的形成熔滴形成于電極端部的熔化金屬，由電弧熱和表面張力作用形成球形或半球形。2熔滴的生長隨著電弧熱量輸入，熔滴逐漸增大，最終脫離電極向熔池轉(zhuǎn)移。3熔滴的轉(zhuǎn)移熔滴的轉(zhuǎn)移過程由多種因素決定，包括表面張力、電磁力、重力等，形成不同的轉(zhuǎn)移模式。熔滴向接頭的轉(zhuǎn)移熔滴從電極向熔池的轉(zhuǎn)移是電弧焊過程中關(guān)鍵的一步，它決定了焊縫的成形和質(zhì)量。1熔化電弧熱量使電極熔化，形成熔滴。2脫離熔滴在表面張力和電磁力的作用下，從電極表面脫離。3轉(zhuǎn)移熔滴在電磁力和重力的作用下，轉(zhuǎn)移到熔池中。4熔合熔滴與熔池中的液態(tài)金屬熔合，形成焊縫。不同熔滴轉(zhuǎn)移模式短路轉(zhuǎn)移熔滴短路至工件，形成短路電流。短路電流會迅速升高，導(dǎo)致熔滴被快速推離電極。短路轉(zhuǎn)移通常發(fā)生在低電流和短電弧情況下。噴射轉(zhuǎn)移熔滴以高速噴射方式轉(zhuǎn)移，形成細(xì)小的熔滴，產(chǎn)生大量的飛濺。噴射轉(zhuǎn)移通常發(fā)生在高電流和長電弧情況下。球狀轉(zhuǎn)移熔滴以球形方式轉(zhuǎn)移，形成較大的熔滴，產(chǎn)生的飛濺較少。球狀轉(zhuǎn)移通常發(fā)生在中等電流和電弧長度情況下。脈沖轉(zhuǎn)移采用脈沖電流，使熔滴以穩(wěn)定的速度轉(zhuǎn)移，并減少飛濺。脈沖轉(zhuǎn)移通常用于提高焊接質(zhì)量和降低成本。熔池的形成與熔化1熔池的形成電弧高溫作用下，金屬材料熔化形成熔池。熔池是焊接過程中最活躍的區(qū)域，金屬熔化、流動、凝固、成形等一系列過程都在這里進(jìn)行。2熔池的液態(tài)熔池中的金屬處于液態(tài)，具有流動性。熔池的流動性受多種因素影響，例如焊接電流、焊接速度、焊絲直徑、母材材質(zhì)等等。3熔池的冷卻焊接結(jié)束后，熔池會逐漸冷卻凝固，形成焊縫。冷卻過程伴隨著金屬的物理變化，如體積收縮、晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變等等。熔池的流動特性熔池的流動性受多種因素影響，如表面張力、重力、熱梯度和焊接電流等。熔池流動特性對焊縫成形、金屬熔合和焊接質(zhì)量具有重要影響。熔池流動方向和速度影響著熔滴的轉(zhuǎn)移方式，進(jìn)而影響焊縫的成形。此外，熔池流動對熔池內(nèi)部的熱量傳遞和金屬元素的混合起著重要作用，影響著焊縫的冶金性能。熔池邊界條件氣體環(huán)境焊接過程中周圍氣體對熔池形成有重要影響。保護(hù)氣體可以防止熔池氧化，而空氣中的氧氣會使熔池產(chǎn)生氧化物，降低焊縫質(zhì)量。基體材料基體材料的性質(zhì)，如熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)，會影響熔池的形狀和尺寸。不同的材料具有不同的物理性質(zhì)，對熔池邊界條件產(chǎn)生影響。熱源類型不同的熱源類型，如電弧、激光或電子束，會產(chǎn)生不同的熱量分布，進(jìn)而影響熔池的溫度梯度和形狀。例如，電弧焊接的熔池通常比激光焊接的熔池更大。焊接參數(shù)焊接電流、電壓、焊接速度等焊接參數(shù)都會影響熔池的大小和形狀。例如，增加焊接電流會增加熔池尺寸，而增加焊接速度會減小熔池尺寸。焊縫成形機(jī)理焊縫成形機(jī)理是指焊縫幾何形狀的形成過程，它受到多種因素的影響，包括焊接工藝參數(shù)、熔池流動特性以及金屬材料的性質(zhì)等。1熔池流動熔池的表面張力、熱梯度和重力等因素影響熔池的流動方向和速度。2金屬凝固熔化的金屬在冷卻過程中會發(fā)生凝固，形成焊縫的最終形狀。3熱量傳遞焊接過程中，熱量從電弧傳遞到工件，導(dǎo)致工件局部熔化。焊接熱量的分布以及熱量傳遞速度影響熔池的溫度場和流場，進(jìn)而影響焊縫的形狀和尺寸。焊縫的幾何形狀焊縫形狀焊縫的形狀取決于焊接工藝參數(shù)和焊接材料。焊縫橫截面焊縫橫截面形狀包括凸面、凹面、平面對接等。焊縫坡口坡口設(shè)計(jì)影響焊縫的形狀和強(qiáng)度。影響焊縫形狀的因素焊接角度焊接角度直接影響焊縫的寬度和深度。角度過大，焊縫容易過寬，容易產(chǎn)生氣孔和裂紋。焊接速度焊接速度過快，焊縫容易過窄，熔池冷卻速度過快，易產(chǎn)生裂紋；速度過慢，焊縫容易過寬，容易產(chǎn)生氣孔。焊接電流電流過大，熔化金屬過多，容易造成焊縫過寬，焊透性差；電流過小，熔化金屬不足，容易造成焊縫過窄，焊透性差。焊絲直徑焊絲直徑過大，熔化金屬過多，容易造成焊縫過寬，焊透性差；焊絲直徑過小，熔化金屬不足，容易造成焊縫過窄，焊透性差。焊縫宏觀成形機(jī)理1熔池形狀熔池的形狀與尺寸直接影響焊縫的幾何形狀2熔池流動熔池內(nèi)的金屬流動是影響焊縫形狀的重要因素3熱影響區(qū)熱影響區(qū)的尺寸和組織結(jié)構(gòu)也會影響焊縫的成形4冷卻速度冷卻速度決定了焊縫金屬的組織結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能焊縫宏觀成形機(jī)理是指在焊接過程中，熔池金屬凝固形成焊縫的形狀和尺寸的過程。焊縫的形狀和尺寸會影響其強(qiáng)度、韌性和抗疲勞性，因此對焊接質(zhì)量至關(guān)重要。焊縫微觀成形機(jī)理晶粒生長熔池凝固時(shí)，金屬原子以晶核為中心，按照一定方向排列形成晶粒。晶界形成不同晶粒的生長方向不同，在交界處形成晶界，影響焊縫的力學(xué)性能。相變過程熔池冷卻過程中，金屬的相態(tài)發(fā)生變化，形成不同的組織結(jié)構(gòu)，影響焊縫的性能。缺陷形成微觀結(jié)構(gòu)的缺陷，如氣孔、夾渣、裂紋等，會降低焊縫的強(qiáng)度和韌性。焊接熱循環(huán)過程熱量輸入焊接過程中，電弧產(chǎn)生的熱量傳遞至工件，導(dǎo)致工件溫度升高。溫度升高工件溫度持續(xù)升高，達(dá)到熔點(diǎn)時(shí)，金屬開始熔化。冷卻階段焊接完成后，熱量逐漸散失，熔化的金屬逐漸冷卻凝固。最終狀態(tài)工件最終恢復(fù)到室溫，形成焊縫。焊接熱循環(huán)曲線焊接熱循環(huán)曲線表示焊接過程中金屬溫度隨時(shí)間變化的曲線，它反映了焊接熱量的輸入和散失過程，對焊縫的組織結(jié)構(gòu)和性能有重要影響。焊接熱量的吸收焊接熱量吸收因素描述材料比熱容材料吸收熱量能力，比熱容越高，吸收熱量越多熔化熱熔化溫度材料從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)所需熱量，熔點(diǎn)越高，熔化熱越高焊接速度焊接時(shí)間焊接速度越快，焊接時(shí)間越短，材料吸收的熱量越少電流焊接電流焊接電流越大，電弧產(chǎn)生的熱量越多，材料吸收的熱量越多電壓焊接電壓焊接電壓越高，電弧產(chǎn)生的熱量越多，材料吸收的熱量越多塑性變形及殘余應(yīng)力塑性變形焊接過程中，熱量輸入導(dǎo)致金屬材料發(fā)生局部高溫加熱，進(jìn)而發(fā)生塑性變形。材料在冷卻過程中，由于熱膨脹和收縮不均勻，會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致塑性變形。殘余應(yīng)力焊接結(jié)束后，金屬材料內(nèi)部仍然存在著無法消除的應(yīng)力，稱為殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力會影響焊縫的性能和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，甚至導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。焊接變形的類型長度變化焊接接頭由于熱量集中，材料熱膨脹系數(shù)差異，導(dǎo)致焊接接頭長度發(fā)生變化。彎曲變形焊接接頭受熱不均，導(dǎo)致焊接接頭發(fā)生彎曲變形。扭曲變形焊接接頭受熱不均，導(dǎo)致焊接接頭發(fā)生扭曲變形。翹曲變形焊接接頭受熱不均，導(dǎo)致焊接接頭發(fā)生翹曲變形。焊接變形的影響因素材料性質(zhì)材料的熱物理性質(zhì)，如熱膨脹系數(shù)、熱傳導(dǎo)率和熔化溫度等，會影響焊接熱量在焊件中的分布，從而影響變形。焊接工藝參數(shù)焊接電流、焊接速度、焊絲直徑、焊接方法和焊接位置等參數(shù)會影響焊接熱量輸入和熱量分布，進(jìn)而影響變形。焊件結(jié)構(gòu)焊件的形狀、尺寸、厚度和約束程度等因素會影響焊接應(yīng)力和變形。環(huán)境溫度環(huán)境溫度會影響焊接過程的熱量損失，從而影響變形。焊接變形的控制方法焊接變形是焊接過程中不可避免的現(xiàn)象，對焊接結(jié)構(gòu)的性能和使用壽命有較大影響。因此，采取有效措施控制焊接變形，確保焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全，至關(guān)重要。1工藝參數(shù)控制合理選擇焊接工藝參數(shù)，例如焊接電流、焊接速度、電極類型等，可以有效控制焊接熱輸入，減少焊接變形。2預(yù)熱與后熱預(yù)熱可以提高焊件溫度，降低焊接應(yīng)力，減少焊接變形；后熱可以減緩冷卻速度，降低焊接應(yīng)力，控制焊接變形。3夾具與定位使用夾具和定位裝置，可以固定焊件，防止焊接過程中發(fā)生位移，有效控制焊接變形。4焊接順序與層數(shù)合理的焊接順序和層數(shù)安排，可以減小焊接熱輸入的集中，降低焊接變形。除了上述方法，還可以使用焊接變形補(bǔ)償技術(shù)，例如預(yù)留變形量、焊接變形校正等方法，以控制焊接變形。焊縫性能評價(jià)指標(biāo)11.抗拉強(qiáng)度焊縫的抗拉強(qiáng)度是衡量焊接接頭承受拉力破壞的能力，通常用單位面積上的拉力來表示。22.沖擊韌性是指焊接接頭抵抗沖擊載荷的能力，用沖擊試驗(yàn)機(jī)測定材料在沖擊負(fù)荷下的韌性，反映焊接接頭的脆性程度。33.疲勞強(qiáng)度焊接接頭的疲勞強(qiáng)度是指材料在交變載荷下，抵抗疲勞破壞的能力，反映焊接接頭在交變載荷下的使用壽命。44.硬度焊接接頭的硬度是指材料抵抗外力壓入的能力，反映焊接接頭的強(qiáng)度和耐磨性。焊縫缺陷的成因操作因素焊工技術(shù)水平、焊接參數(shù)、焊接工藝等都會影響焊縫質(zhì)量。不當(dāng)?shù)牟僮鲿?dǎo)致焊縫缺陷的產(chǎn)生。材料因素金屬材料的成分、性質(zhì)、表面狀況等也會影響焊接過程，導(dǎo)致焊縫缺陷。例如，材料含雜質(zhì)過多會導(dǎo)致氣孔的產(chǎn)生。環(huán)境因素焊接環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)力等會影響焊接過程的穩(wěn)定性，導(dǎo)致焊縫缺陷。例如，風(fēng)力過大會導(dǎo)致熔池冷卻過快，產(chǎn)生裂紋。設(shè)備因素焊接設(shè)備性能、維護(hù)保養(yǎng)等都會影響焊接過程的穩(wěn)定性，導(dǎo)致焊縫缺陷。例如，焊接電源不穩(wěn)定會導(dǎo)致電弧不穩(wěn)定，產(chǎn)生焊縫缺陷。常見焊縫缺陷類型氣孔焊接過程中氣體無法及時(shí)逸出，導(dǎo)致焊縫中形成的氣泡。氣孔尺寸大小不一，分布不均勻，影響焊縫的致密性和強(qiáng)度。裂紋焊接過程中金屬冷卻收縮應(yīng)力過大，導(dǎo)致焊縫發(fā)生斷裂。裂紋的長度、寬度和深度各不相同，嚴(yán)重影響焊縫的強(qiáng)度和可靠性。焊縫檢驗(yàn)與測試1無損檢測X射線探傷、超聲波探傷2外觀檢驗(yàn)?zāi)恳暀z查，焊縫表面缺陷3力學(xué)性能測試?yán)鞆?qiáng)度、彎曲性能、沖擊韌性4金相檢驗(yàn)顯微鏡觀察，微觀組織焊縫檢驗(yàn)與測試是保證焊接質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，通過各種手段檢測焊縫的質(zhì)量，確保焊縫的強(qiáng)度和可靠性，提高焊接安全性和產(chǎn)品質(zhì)量。焊接質(zhì)量控制措施11.嚴(yán)格工藝參數(shù)控制嚴(yán)格控制焊接電流、電壓、速度、焊絲送進(jìn)速度等參數(shù)，確保焊接過程穩(wěn)定，避免焊縫缺陷。22.焊工技能培訓(xùn)加強(qiáng)焊工技能培訓(xùn)，提高焊工操作熟練度，減少人為操作失誤。33.定期設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)定期對焊接設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，確保設(shè)備運(yùn)行正常，保證焊接質(zhì)量。44.嚴(yán)格檢驗(yàn)測試對焊