工程热力学第11章 焊接1.pptVIP

二焊接电弧1.焊接电弧的产生焊接电弧是在焊条与工件之间产生的强烈、持久又稳定的气体放电现象。手工电弧焊引弧时，焊条和工件瞬间接触形成短路，强大的电流产生强烈电阻热使接触点熔化甚至蒸发，当焊条提起时，在电场作用下，热的金属发射大量电子，电子碰撞气体使之电离，正、负离子和电子构成电弧。2.焊接电弧的结构电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成，如图4-1所示。1）阴极区：电子发射区，热量约占36%，平均温度2400K；2）阳极区：受电子轰击区域，热量约占43%，平均温度2600K；3）弧柱区：阴、阳两极间区域，几乎等于电弧长度，热量21%，弧柱中心温度可达6000~8000K。图4-1电弧的结构示意图二焊接电弧使用直流电源焊接时有正接、反接两种：正接：正极接工件—工件温度可稍高一些。反接：负极接工件，工件温度可稍低一些。交流焊机、无正反接特点。焊机的空载电压就是焊接时引弧电压，一般为50~90V，电弧稳定燃烧时电压为电弧电压。电弧长度越大，电弧电压也越高，一般为16~35V。焊接电弧的静特性焊接电弧的静特性：电弧稳定燃烧时电弧本身的伏安特性。焊接电弧的静特性：电流较小时，负阻特性；增大I，平特性；再增大I，正阻特性（上升特性）。交流电弧的特点：P287页数字化逆变电源是焊接电源的发展趋势。三焊接冶金焊接的冶金过程如右图所示。母材、焊条受电弧高温作用熔化形成金属熔池，将进行熔化、氧化、还原、造渣、精炼及合金化等物理、化学过程。金属与氧的作用对焊接质量影响最大，氧与多种金属发生氧化反应：图4-2焊条电弧焊过程能溶解在液态金属中的氧化物（如氧化亚铁），冷凝时因溶解度下降而析出，严重影响焊缝质量；而大部分金属氧化物（如硅、锰化合物）不溶于液态金属，可随渣浮出，净化熔池，提高焊缝质量。氢易溶入熔池，在焊缝中形成气孔，或聚集在焊缝缺陷处造成氢脆。其次空气中的氮气在高温时大量溶于液体金属，冷却结晶时，氮溶解度下降；析出的氮在焊缝中形成气孔，部分还以针状氮化物（Fe4N）形式析出；焊缝中含氮量提高，使焊缝的强度和硬度增加，塑性和韧性剧烈下降。焊缝的冶金过程与一般冶金过程比较，具有以下特点：1）金属熔池体积小，熔池处于液态时间短，冶金反应不充分，易产生焊接缺陷；2）熔池温度高，使金属元素强烈的烧损和蒸发，接头性能降低；冷却速度快，易产生应力和变形，甚至开裂。为保证焊缝质量，可从两方面采取措施：1）减少有害元素进入熔池，主要采用机械保护，如焊条药皮、埋弧焊焊剂和气体保护焊的保护气体（CO2，氩气）等）。2）清除已进入熔池的有害元素，增加合金元素。如焊条药皮里加合金元素进行脱氧、去氢、去硫、渗合金等。四焊接接头的组织与性能焊接工件上温度的变化与分布焊接时，电弧沿着工件逐渐移动并对工件进行局部加热。因此在焊接过程中，焊缝及其附近的金属都是由常温状态开始被加热到较高的温度，然后再逐渐冷却到常温。随着各点金属所在位置的不同，其最高加热温度是不同的。右图给出了焊接时焊件横截面上不同点的温度变化情况：由于各点离焊缝中心距离不同，所以各点的最高温度不同。热传导需要一定的时间，所以各点是在不同的时间达到该点最高温度的。四焊接接头的组织与性能现以低碳钢为例说明焊缝和焊缝附近区域由于受到电弧不同程度的加热而产生的组织与性能的变化。如右图，左侧下部是焊件的横截面，上部是相应各点在焊接过程中被加热的最高温度曲线(并非某一瞬时该截面的实际温度分布曲线)。图中1、2、3等各段金属组织的获得，可用右侧所示的部分铁－碳合金状态图来对照分析。2．焊接热影响区焊接热影响区是指焊缝两侧金属因焊接热作用而发生组织和性能变化的区域。由于焊缝附近各点受热情况不同，热影响区可分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区等。(1)熔合区是焊缝和基体金属的交界区。此区温度处于固相线和液相线之间，由于焊接过程中母材部分熔化，所以也称为半熔化区。熔化的金属凝固成铸态组织；未熔化金属因加热温度过高而成为过热粗晶。在低碳钢焊接接头中，熔合区虽然很窄(0.1～1mm)，但因其强度、塑性和韧性都下降，而且此处接头断面变化，易引起应力集中，所以熔合区在很大程度上决定着焊接接头的性能。2．焊接热影响区焊接热影响区是指焊缝两侧金属因焊接热作用而发生组织和性能变化的区域。由于焊缝附近各点受热情况不同，热影响区可分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区等。(1)