第三章母材熔化和焊縫成形課件.ppt

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1、第三章母材熔化和焊縫成形母材熔化和焊縫成形焊縫形成過程及焊縫形狀尺寸3.1熔池形狀與焊接電弧熱的關(guān)系3.2熔池受力及其對焊縫成形的影響3.3焊接工藝對焊縫成形的影響3.43.5焊縫成形缺陷及其防止本章提示本章重點：①焊縫形狀尺寸；②焊接溫度場；③熔池受力；④焊接工藝對焊縫成形的影響；⑤主要焊縫成形缺陷。本章難點：①焊接工藝對焊縫成形的影響規(guī)律；②熔池上的作用力特別是活性元素對表面張力的作用規(guī)律。學(xué)習(xí)方法建議：①重在理解掌握焊接工藝過程的內(nèi)在聯(lián)系；②結(jié)合多方面因素分析焊縫成形的規(guī)律。3.1焊縫形成過程及焊縫形狀尺寸

2、3.1.1焊縫（weld）形成過程母材熔化形成熔池(moltenpool)／熔池凝固形成焊縫——熔池形狀與焊縫質(zhì)量有關(guān)。3.1.2焊縫形狀尺寸（1）焊縫形狀參數(shù)H——熔深，B——熔寬，a——余高，教材圖3-3H——最重要的形狀參數(shù)，直接影響接頭承載力；B——同樣影響焊縫性能，見下述各參數(shù)；a——可避免熔池金屬凝固收縮，增加焊縫承載力；過大引起應(yīng)力集中，降低抗疲勞強度。3.1焊縫形成過程及焊縫形狀尺寸（2）成形系數(shù)φφ=B/H（寬深比）——深寬比H/B普通電弧焊φ=1.3～2.0高能密度焊φ<1堆焊φ≈10φ的大小

3、的意義：影響熔池中氣體逸出的難易，熔池的結(jié)晶方向，成份偏析，裂紋傾向等Φ的大小受焊接方法及材料的冶金條件的制約，如材料的裂紋傾向、氣孔敏感性等。3.1焊縫形成過程及焊縫形狀尺寸（3）余高系數(shù)Ψ=B/a≥4～8（4）熔合比γ=Fm/(Fm+FH)=Am/(Am+AH)Fm——焊縫中的母材量；FH——焊縫中的填充金屬(焊絲、焊條)量；Am——母材金屬在焊縫橫截面中所占面積；AH——填充金屬在焊縫橫截面中所占面積。對焊接性差的基本金屬，γ較小，可預(yù)留間隙，或開坡口，以增大γ。焊接性好的金屬γ較大。3.2熔池形狀與焊接電

4、弧熱的關(guān)系3.2.1焊接電弧的熱輸入功率（1）電弧熱損失電弧產(chǎn)熱的一部分熱量會通過對流、傳導(dǎo)、輻射等形式散失，所以會存在熱效率問題。電弧熱損失包括：a.電弧熱輻射和氣體對流、傳導(dǎo)的熱損失；b.傳入焊槍和電極等的熱損失；c.加熱和熔化焊條藥皮或焊劑的損失；d.飛濺造成的損失。3.2熔池形狀與焊接電弧熱的關(guān)系（2）焊接電弧的熱效率η電弧功率：Q0=IUa=I(UC+UA+UP)電弧的有效功率：Q=ηQ0η——熱效率，與焊接方法有關(guān)η=焊件熱輸入功率/電弧熱功率=（電弧熱功率-電弧熱損失的總和）/電弧熱功率3.2熔池形

5、狀與焊接電弧熱的關(guān)系常用焊接方法的大致熱效率如表：焊接方法熱效率η/%埋弧焊90-99MIG/MAG/焊條電弧焊66-85TIG焊60-70等離子弧焊（熔入型）60-75等離子弧焊（小孔型）45-653.2熔池形狀與焊接電弧熱的關(guān)系3.2.2焊接溫度場（1）焊接溫度場的解析計算（2）焊接熔池的特征參數(shù)（3）實際焊接條件與解析計算的假設(shè)條件的差異3.2熔池形狀與焊接電弧熱的關(guān)系3.2.3焊件比熱流與焊接參數(shù)的關(guān)系（1）焊件的比熱流分布比熱流：單位時間內(nèi)通過單位面積傳入焊件的熱量。圖3.1不同焊接熱流密度分布模型3.

6、2熔池形狀與焊接電弧熱的關(guān)系（2）比熱流分布與電弧參數(shù)之間的關(guān)系a.弧長對比熱流的影響弧長變化影響電弧熱效率、電弧能量集中程度，從而影響比熱流。教材圖3-6。b.電弧電流對比熱流的影響電弧電流變化影響熱輸入，從而影響比熱流，教材圖3-7。c.鎢極端部角度和直徑的影響教材圖3-83.2熔池形狀與焊接電弧熱的關(guān)系3.2.4熔池尺寸與比熱流分布的關(guān)系在其他條件一定前提下，比熱流值、電弧集中系數(shù)影響熔池的熔深、熔寬規(guī)律——教材P.613.3熔池受力及其對焊縫成形的影響3.3.1力對熔池的影響力作用于熔池，促進液態(tài)熔融金屬

7、對流，影響熔池形狀，從而影響焊縫形狀、尺寸。3.3.2熔池中的對流驅(qū)動力（1）等離子流力（動壓力）屬于電弧壓力的一種形式，從中心向周邊作用。等離子氣流熔池圖3.2等離子流力引起的對流3.3熔池受力及其對焊縫成形的影響（2）電磁力（靜壓力）熔池內(nèi)部流動的電流產(chǎn)生的電磁力。該力指向電流發(fā)散的方向，促進熔池對流，即電弧正下方熔池中心向熔池底部流動。影響熔池輪廓。電流電磁力熔池圖3.3電磁力引起的對流3.3熔池受力及其對焊縫成形的影響（3）表面張力熔池金屬各處成分、溫度不均勻，引起各處表面張力大小不同，因此沿表面形成表面

8、張力梯度dσ/dr。表面張力熔池圖3.4表面張力引起的對流3.3熔池受力及其對焊縫成形的影響（4）浮力熔池內(nèi)部溫度差引起了不同區(qū)域熔化金屬的密度差，因此產(chǎn)生浮力對流。方向：熔池底部向熔池表面，熔池底部固液界面為相對低溫區(qū)，熔池表面為相對高溫區(qū)。浮力熔池圖3.5浮力引起的對流3.3熔池受力及其對焊縫成形的影響（5）細熔滴沖擊力熔滴射流過渡時較為顯著。（6）熔池金屬重力全位置