4-焊缝成形解析.ppt

SGM 焊缝成形 formation of weld 焊缝成形 弧焊过程中，被焊工件上形成熔池和焊缝。 厚度较小的工件，通常用单面单道焊或双面单道焊。 厚度较大的可用多层多道焊。 焊缝成形 焊缝成形系数 B/H，余高系数 B/a，熔合比 Fm/(Fm+FH) 焊缝成形 对接接头焊缝的最重要尺寸是熔深H，它直接影响到接头的承载能力。 另一重要尺寸是焊缝宽度B。 B 与H之比是焊缝成形系数? = B/H，其值大小会影响到熔池中气体逸出的难易、熔池的结晶方向、焊缝中心偏析程度等。 焊缝成形 焊缝成形系数的大小要受熔池的合理冶金条件（焊缝产生裂纹和气孔的敏感性）的制约。 埋弧焊的焊缝成形系数一般要求大于1.25。 堆焊时，为了保证堆焊层材料的成分和生产率，要求熔深浅、宽度大，成形系数可达到10。 焊缝成形 焊缝的另一个尺寸是余高 a 。余高可避免熔池金属凝固收缩时形成缺陷，也可增大焊缝截面从而提高承受静载荷能力。 余高过大将引起应力集中，因此要限制余高的尺寸。通常，对接接头的 a = 0-3 mm或者余高系数 B/a 大于4-8。当焊件接头的疲劳寿命是所考虑的主要问题时，焊后应将余高去除。理想的角焊缝表面最好是凹形的，可在焊后磨成。 焊缝成形 为了确定焊缝横截面的轮廓形状，定义熔合比? 为母材金属在焊缝中的横截面面积与焊缝横截面面积之比 ? = Fm / (Fm + FH ) 坡口和熔池形状改变时，熔合比都将发生变化。在碳钢、合金钢和有色金属的电弧焊接中，可通过改变熔合比的大小，调整焊缝的化学成分，降低裂纹的敏感性，提高焊缝的机械性能。 熔池与焊缝成形 母材金属和焊丝金属在电弧作用下被熔化而且混合在一起形成熔池，电弧正下方的熔池金属在电弧力的作用下克服重力和表面张力被排向熔池尾部。随着电弧前移，熔池尾部金属冷却并结晶形成焊缝。 焊缝的形状决定于熔池的形状，熔池的形状又与接头的型式和空间位置、坡口和间隙的形状尺寸、母材边缘和焊丝金属的熔化情况、熔滴的过渡方式（熔滴金属对熔池冲击力的大小）等有关。 熔池与焊缝成形 平焊位置时熔池处于最稳定的位置，容易得到成形良好的焊缝，在生产中常通过变位机等装置使接头处于水平或船形位置进行焊接。在空间位置焊接时，由于重力的作用有使熔池金属下淌的趋势，因此要限制熔池的尺寸或采取特殊措施控制焊缝的成形。 焊接工艺方法和规范参数不同，则熔池的体积和熔池的长度等都不同。当坡口和间隙、焊接规范参数等不合适时，除了可能产生裂纹和气孔等缺陷外，还可能产生焊缝成形方面的缺陷。 电弧热对熔池的作用 电弧的热量使工件受热熔化，但输入工件的只是电弧热量中的一部分。一般可用下列简化公式计算电弧对工件的热输入 q = 0.24η?U?I。 电弧加热工件热效率η = 工件热输入 / 电弧热功率 = (电弧热功率?电弧热损失的总合) / 电弧热功率 电弧热对熔池的作用 电弧热损失中包括： ?用于加热碳极或钨极、焊条头、焊钳或导电喷嘴等的热损失； ?用于加热和熔化焊条药皮或焊剂的损失，但不包括熔渣传导给工件的那部分热量； ?电弧热辐射和气流带走的热量损失； ?飞溅造成的热损失。 电弧热对熔池的作用 熔化极电弧焊时电极所吸收的热量可由熔滴带至工件，故熔化极电弧焊的热效率比非熔化极的高。非熔化极电弧焊时钨极的伸出长度、直径和钨极尖角的大小等都会影响到电极上热损失的大小。 埋弧焊时电弧空间被液态的渣膜所包围，电弧辐射、气流和飞溅等造成的热损失很小，因而埋弧焊的工件加热效率最高。 电弧热对熔池的作用 不同的焊接条件热损失大小不同，因而η值也不同。如深坡口窄间隙焊时热效率比在平板上堆焊时高。电弧拉长时，辐射和对流的热损失增大，因而η减小。 电弧热对熔池的作用 有了η值就可求出q（或者用量热法测定），有了q可以利用热计算公式来近似地分析工件上温度分布及熔池形状尺寸。 由计算可得，熔池尾部的长度l2与q成正比，与热源移动速度v无关。熔池前部的长度l1虽随q增大而增大但非正比的关系，与热源移动速度则成反比关系。当v大时，熔池长度近似等于熔池的尾部长度。熔池宽度B和熔池深度H近似地与q1/2成正比关系，与v 1/2成反比的关系。 电弧热对熔池的作用 力对熔池尺寸的影响 熔池受到各种力的作用，包括电弧的静压力和动压力、熔滴金属对熔池的冲击力、熔池金属的重力、熔池金属的表面张力、熔池金属所受电磁力等。 在焊接电弧的作用下熔池表面凹陷，液态金属被排向熔池尾部，使熔池尾部的液面高出工件表面，凝固后高出部分成为焊缝的余高。 力还使熔池金属产生流动。熔池金属的流动使熔化了的焊丝金属和母材金属混合均匀，从而使焊缝各处的成分比较一致。金属的流动产生了熔池内部的对流换热。金属的流动也必