焊接物理冶金_第一章.ppt

* 液态金属的表面张力 对于质量为m的液滴，其表面张力σ与自身固有频率ω之间有下式关系： * 液态金属的表面张力 纯铁 * 液态金属的表面张力 纯镍 * 微量元素对表面张力的影响 有表面活性元素存在时，表面张力的温度系数却会变为正值 O S等 * 微量元素对熔池现象的影响 * 微量元素对熔池现象的影响 母材中微量元素的差异对电弧焊中母材的熔化现象构成影响 当氧、硫等第Ⅵ族的元素及卤族元素存在时可以增加熔深 在奥氏体不锈钢中加入硫、硒(Se)、碲(Te)、氧、铈(Ce)元素，其中硫、硒、碲、氧含量的增加，能够减少熔宽／熔深比，即熔深增加， 而铈有相反的效果。认为铈与硫、氧都有化合反应，减少了硫、氧对熔深增加的作用效果。 表现在TIG焊接中，在熔化极电弧焊中未发现上述现象。 * 焊接熔池表面张力流的研究 TIG焊接中，在熔池表面加入氧化铝颗粒，观察氧化铝颗粒的运动，认识到微量元素对熔化特性的影响与熔池内部的对流现象有着密切的关系 焊接熔池表面张力流的研究 当熔池表面流从熔池中心区向周边区流动时，得到的熔深较浅 是熔池表面流从熔池周边向中心区流动，这种情况下得到的熔深较深 电弧输入的热量通过液流被传送到熔池的周边区，其结果是使周边熔化范围增加而熔深变浅 电弧热被直接输送到熔池底部，从而使熔宽较小而熔深增加 * 焊接熔池表面张力流的研究 电极正下方熔池表面温度较高处的表面张力低于表面温度较低的熔池周边区的表面张力，从而产生了从熔池中心区向周边区的流动，即形成外向表面张力流 对于表面活性元素较多的材料，如图(b)所示，表面张力随温度的上升而增大，从而产生从熔池周边区向中心区的流动，即形成内向表面张力流，而电极正下方熔池中心区的熔化金属具有较高的温度，被液流直接传向熔池底部时，也带去较多的热量，从而使熔深增加，也可以表述为熔化效率提高。 * 焊接熔池表面张力流的研究 3、熔池的形成 3.1 熔池的形状与尺寸 3.2 熔池的质量和存在时间 3.3 熔池的温度 3.4 熔池中流体的运动状态 熔池的定义 在电弧作用下，母材上由熔化的填充金属与局部熔化的母材组成的具有一定几何形状的液体金属叫熔池。如不填充金属，则熔池仅由局部熔化的母材组成。 熔池的形成 熔池的形成需要一定时间，这段时间叫过渡时期。 经过过渡时期以后，就进入准稳定时期，这时熔池的形状、尺寸和质量不再变化，只取决于母材的种类和焊接工艺条件，并随热源作同步运动。 §3.1 熔池的形状与尺寸 熔池的形状与尺寸 在电弧焊的条件下，准稳定时期熔池的形状类似于不标准的半椭球体。 熔池的宽度和深度沿X轴连续变化。在一般情况下, 随着电流的增加， 而最大深度Hmax增大, 随着电弧电压的增加, Bmax增大。 §3.1 熔池的形状与尺寸 熔池的形状与尺寸 熔池的长度L可由下式估算： L＝P2UI式中: P2为比例系数。试验证明，P2取决于焊接方法和焊接电流。 §3.1 熔池的形状与尺寸 焊接方法 SMAW MIG SAW SAW TIG 焊接电流(A) 100~300 200~300 150~370 550~3000 600 P2(mm/kW) 3.3~5.5 3.8~4.8 3.5~4.8 2.4~3.2 2.85 熔池的形状和大小主要由电弧的热作用及其对熔池的作用力决定; 在电弧压力作用下熔池表面出现凹坑; 熔滴过渡机械冲击力对熔池的表面形状也有影响; 空间位置不同，重力、表面张力对熔池的作用不同; 工艺方法、焊接参数也影响熔池的尺寸; §3.1 熔池的形状与尺寸 熔池的质量 (1)手弧焊时熔池的置量通常在0.6-16g范围之内，多数情况下小于5g 。 (2)埋弧焊低碳钢时，即使焊接电流很大，熔池的质量也不超过100g。 熔池存在的时间 熔池在液态时存在的最大时间取决于熔池的长度L和焊速v: tmax=L/v。 §3.2 熔池的质量与存在的时间 实际测量表明，在熔池内的温度分布是不均匀的。 在熔池的前部，输入的热量大于散失的热量，所以随热源的移动，母材不断熔化。 处于电弧下面的熔池表面(熔池中部)温度最高。熔池后部的温度逐渐下降，因为此处输入的热量小于散失的热量，所以不断发生金属的凝固。 熔池的平均温度主要取决于 母材的性质和散热的条件。 对低碳钢来讲,熔池的平均温 度约为1770士100℃。 §3.3 熔池的温度 熔池中的液体金属在各种力的作用下，将发生强烈的运动。正是这种运动使得熔池中的热量和质量的传输过程得以进行。 溶池中液态金属的强烈运动，使熔化的母材和焊条金属够很好的混合，形成成分均匀的焊缝金属。 熔池