第二章 电弧焊熔化现象课件.ppt

第一节 母材熔化与焊缝成形 1．母材的熔化热 电弧产热借助于传导、辐射、电子能量、极区能量、熔滴、等离子气流等传人母材。 电弧焊输入到母材中的热量一般由下式给出： 电弧热损失包括：电极、导电嘴等传导散热； 熔化焊丝、焊剂、药皮等热损耗； 电弧光辐射、热辐射、气流散热； 熔滴飞溅的热损失； TIG焊、等离子弧焊 η 约为(50～70)％； 熔化极弧焊，由于熔滴过渡时将其保有的热量带到母材， η可达到(70～80)％，其中埋弧焊的η值最高； 电弧介质及焊接电流值对 η 的影响较小，但弧长会对 η有某种程度的影响。 2．母材的熔化断面形状 在电弧热作用下，母材的熔化形态基本上由母材的热 物理参数(比热、热传导率等)、母材的形状、焊接速度等决 定，并受到电弧对母材的热输入量及电弧燃烧形态的影响。 电弧力和等离子气流对熔他的压力都是起因于流经弧 柱的电流，把两者合并考虑，力的数值可以用下式表达： 式中， k是与电弧形状有关的比例常数，δ为电极端部电弧 的电流密度。设焊丝直径为d，则可以用下式近似表示： 图（a）为指状熔深，在氩气MIG焊时出现。其形成因素包括： 工件受到阴极清理作用，熔滴喷射过渡； 图（b）的形态是大电流CO2焊中出现的（也可能在氦气MIG 焊、埋弧焊中出现）。其形成因素包括： 弧柱受热拘束而收缩，工件无阴极清理作用； 图（c）是CO2焊中焊丝端部深入焊接坡口内出现的形态，又称 “梨形”熔深，其焊缝组织易产生结晶裂纹。 热输入、电弧力 母材的熔化形状 3．焊缝形状尺寸 以平面单道对接 焊缝为讨论对象。 形状参数 ： H、B、 Φ、 a、γ ； Φ＝B/H — 焊缝成形系数； B/a — 余高系数； γ＝ Fm/(Fm + FH) — 焊缝熔合比； 通常 Φ﹥1； 一般取 a=0～3 mm； B/H=4～8； 1．对流驱动力 熔池内部存在 着液态金属的流 动，力是产生液体 流动的原因。右图 示意无添加焊丝 GTAW（TIG焊）电 弧作用下熔池内部 的4种对流驱动 力。其中浮力对流 是次要的。 2．表面张力流及微量元素的影响 表面张力与熔滴过渡、熔池形成及其内部的流动都有紧 密的联系。因此。凡是影响表面张力的因素，都会对表面张 力流产生影响，进而影响熔池形状。 焊接熔池表面张力流的研究表明：当焙池表面流从熔池中 心区向周边区流动时，得到的焙深较浅，如下图（a）所示； 当焙池表面流从熔池中心区向周边区流动时，得到的焙深较浅， 如图（b）所示。 3．等离子流及电磁对流对熔池流动的影响 等离子气流使熔池表面金属产生向着周边的流动，而电磁对 流产生向着熔池中心的流动。流动强度与电弧的形态有关。 其它条件不变时，焊接电流增大时，焊缝的熔深和余高增 加，而熔宽略有增加。 各种电弧焊方法为了得到合适的焊缝成形，在增大焊接 电流时，也要适当地提高电弧电压，即在熔化极电弧焊中电 弧电压通常要根据焊接电流来确定。 电流种类和极性影响到工件热输入量的大小，也影响到 熔滴过渡的情况以及熔池表面氧化膜的去除等。钨极端部的 磨尖角度和焊丝的直径，影响到电弧的集中性和电弧压力的 大小。而焊丝的直径和焊丝的伸出长度等，还影响到焊丝的 熔化和熔滴的过渡，因此都会影响到焊缝的尺寸。 焊丝伸出长度加大时，焊丝电阻热增加，熔化速度增加，使余高增大而 熔深有所减小，这在钢质细径焊丝中表现最为明显，而铝焊丝的影响不大。 坡口形式、尺寸、间隙的大小，电极与工件间的倾角，接头的空间位置 及焊接方式等对焊缝成形也有影响。 总之，要获得良好的焊缝成形，需要根据工件的材料、厚度、接头的形 式及焊缝的空间位置，以及对接头性能和焊缝尺寸方面的要求，选择适宜的 焊接方法、焊接规范和焊接工艺。 焊接缺陷有多种，包括内部缺陷和外部缺陷、微观组织缺陷和宏观缺等。 气孔、夹渣、裂纹缺陷除与焊接规范和工艺有关外，更主要的是受到焊缝 冶金因亲和焊接热循环的影响，其成因相对比较复杂。