第二章 电弧熔化现象.ppt

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1、Arcweldingmethods二、电弧熔化现象Chapter2:Wiremeltinganddroplettransfer一、母材熔化热与温度分布电弧产热借助于传导、辐射、电子能量、极区能量、熔滴、等离子气流等传入母材。电弧焊输入到母材中的热量：Q＝η·I·UaI为焊接电流，Ua为电弧电压，I·Ua是供给电弧的全部电能。η称作电弧加热母材的热效率，即电弧产生的热量输入到母材中的比率。母材中的温度分布根据材料不同而有很大差异。铝合金MIG焊，熔池表面的温度远高于材料的熔点，测量中达到了1600℃。钢材料熔池金属过热程度较低，温度值比较接近于熔点温度。二、母材熔化断面形状母材的熔化形态由母材

2、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，同时受电弧对母材的热输入量及电弧燃烧形态、电弧力的影响。在充分大厚板表面进行焊接时，理论上焊缝断面形状是半圆形的，实际焊接中得到的焊缝断面形状是多种多样的，依据焊接条件(弧长、电流、速度)、焊丝直径、熔滴过渡形态等而有显著变化。单纯熔化型(热传导型熔化)常见于SMAW及TIG焊中在GMAW中，采用小热输入的短路过渡熔池中熔化金属的对流比较自由，热量通过熔池和固体金属的界面均匀流出，熔化截面呈现半圆形中心熔化型电弧正下方产生了很深的熔化产生在细丝大电流焊接中源于电弧力或等离子气流对熔池的挖掘作用，熔池受到的挖掘力与电流的平方成正比，

3、而与电极直径的平方成反比。熔滴冲击也不可忽略。Parc＝κδ·I周边熔化型周边区的熔化比中心区深熔池内金属向外侧流动，从电弧正下方进入的热量通过熔化金属的对流被逐渐传送到周边区，促进周边区的熔化电弧较长或焊接速度较慢（极端：电弧点焊）时常见原因：熔池中心区与周边区的温度差所造成的表面张力、熔池内部对流产生的电磁力，以及等离子气流的吹力等。二、焊缝形状尺寸成形系数φ=B/H深宽比(Depthtowidthratio)余高,以前叫加强高可避免熔池金属凝固收缩时形成缺陷，也可增加焊缝承载能力余高过大将引起应力集中或降低抗疲劳强度三、焊接参数与工艺对焊缝成形的影响焊接电流电弧电压焊接速度电流的种类和

4、极性钨极端部形状、焊丝直径和伸出长度的影响焊接工艺因素对焊缝尺寸的影响焊接电流焊接电流增大时，焊缝的熔深和余高增加，而熔宽略有增加，一定范围内熔深与焊接电流近于成比例关系。原因：①电流增大后，作用在工件上的电弧力和热输入均增大，有利于热量向深度方向传导。②熔化极焊接中，通常是通过改变送丝速度来改变焊接电流，焊丝供给量增加，并且熔宽增加较少，所以余高增大。③电流增大后，弧柱直径增大，会使熔宽增加，但是电弧潜入工件的深度增大，电弧斑点移动范围受到限制，因而熔宽增加量较小，也就是熔宽的增加小于熔深的增加。电弧电压电弧电压增大后，电弧功率加大，工件热输入有所增大。由于电弧电压的增加是以增加电弧长度实

5、现的，使得电弧热源半径增大，工件热输入能量密度减小，因此熔深略有减小而熔宽增大。由于焊接电流不变，焊丝送进速度和焊丝熔化量没有改变，使得焊缝余高减小。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，也可以说电弧电压要根据焊接电流来确定。焊接速度焊速提高时焊接线能量减少，熔宽和熔深都减小，余高也减小。线能量：单位长度从移动热源输入的能量，J/mmH=UI/v因为单位焊缝长度上的焊丝金属熔敷量与焊速v成反比，而熔宽则近似于与v1/2成反比。从提高焊接生产率考虑，在提高焊接速度时要相应提高焊接电流和电弧电压，这三个量是相互联系的。大功率下高速焊接，有可能在工件熔化及凝固中形成焊接

6、缺陷，比如裂纹、咬边等，所以对焊速的提高一般需要加以限制。电流的种类和极性TIG焊焊接钢、钛等金属时，以钨极接负所形成的焊接熔深最大，钨极接正时的熔深最小，交流居于两者之间。焊接铝、镁及其合金时，考虑到要利用电弧阴极清理作用，以采用交流为好，方波交流由于波形参数的可调性，焊接效果更好。熔化极电弧焊，母材作为阴极时的熔深和熔宽都要大于作阳极的情况，交流焊接居于两者之间。对于GMA焊接，考虑到熔滴过渡的重要性，一般采用直流反接。埋弧焊对电流种类和极性的选择要考虑焊剂的成分，直流焊接时也是采用反接，以获得更大的熔深。钨极端部形状、焊丝直径和伸出长度钨极前端角度和形状对电弧集中性及电弧压力影响较大，

7、通常电弧越为集中、电弧压力越大，所形成的熔深越大，而熔宽相应减小。熔化极电弧焊，电流不变，焊丝越细，电弧加热越为集中，电弧力也越大，熔深增加，熔宽减小。焊丝伸出长度加大时，焊丝电阻热增加，焊丝熔化速度增加，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，铝焊丝影响不大。但焊丝伸出长度过大，焊丝熔化稳定性和焊缝成形欠佳。其他工艺因素对焊缝尺寸的影响其他工艺因素对焊缝成形也有影响，如坡口形式、尺寸、间