《电弧焊熔化现象》PPT课件

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1、本章重点：①熔滴过渡的主要形式及特点；②焊接工艺参数对焊缝成形的影响；本章难点：熔滴过渡形式的影响因素、特点及应用；学习建议：①对焊接电弧的基础知识，包括电弧的物理基础、导电特性的内容不必追求过深、过细；②在准确把握熔滴过渡特点的基础上去理解它们的应用，并弄清楚常见焊接方法所用的熔滴过渡形式；③了解常见焊接工艺参数及因素对焊缝成形（质量）的影响规律。电弧的工艺特性主要包括：热能特性、力学特性、电弧稳定性等。第二章电弧焊熔化现象一、焊缝（weld）形成过程母材熔化形成熔池(moltenpool)／熔池凝固形成焊缝

2、——熔池形状与焊缝质量有关二、焊缝形状与焊缝质量的关系焊缝成形的基本参数：熔深；熔宽；余高；焊缝成形系数：焊缝宽度／焊缝厚度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：一、母材熔化特征和焊缝形状尺寸η为电弧加热母材的热效率；η＝工件热输入/电弧热功率＝（电弧热功率－总的热损失）/电弧热功率电弧热损失包括：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

3、；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。在大厚板表面焊接时，根据移动点热源热传导理论计算，所形成的焊缝断面形状是呈半圆形的。然而实际焊接中得到的焊缝断面形状是多种多样的，依

4、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。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：母材熔化形态变化的原因是源于电弧力或等离子气流对熔池的挖掘作用。综合上面两式可看出，熔池受到的挖掘力与电流的平方成正比，而与电极直径的平方成反比。因此，细焊丝大电流的气保护熔化极电弧焊，其熔池受到的向下挖掘力是非常大的，熔化形状呈中心熔化型，熔深远

5、远大于通过热传导理论计算的数值。周边熔化型形态是指周边区的熔深比中心区大。这是由于熔池内金属向外侧流动，热量通过熔化金属的对流被逐渐传送到周边区，促进周边区的熔化原因。这种形状通常出现在电弧较长或焊接速度较慢时。产生的机理可能包括以下几方面。熔池中心区与周边区的温度差所造成的表面张力流；熔池内部电流密度差产生的磁力流；等离子气流引发的吹力流等；然而其详细机构尚不完全清楚。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

6、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因此可以在不改变对母材的热输入量前提下，对母材的熔深进行控制。选择电极的直径是一个有效手段，电极直径越细，母材熔化越深。右图给出钢材料MIG焊时在相同电流、电压、速度下，改变焊丝直径所得到的熔深实测值，它与电流密度成正比增加，即与焊丝直径的平方的倒数成正比。以平面单道对接焊缝为讨论对象。形状参数：H、B

7、、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=0～3mm；B/H=4～8；3．焊缝形状尺寸焊接工艺方法和规范参数对熔池体积及熔池长度等都有很大的影响。在厚板非完全熔透焊接中，H对接头的承载能力有重要影响；而在薄件完全熔透的焊接中，B对焊缝性能有影响；Φ的大小对熔池中气体的逸出、熔池的结晶方向、成分偏析、裂纹倾向性等有影响；γ的大小对焊缝合金成分、接头强度、裂纹倾向等有影响。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

8、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。二、熔池金属的对流1．对流驱动力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。2．表面张力流及微量元素的影响影响表面张力的主要因素：合金系；温度；微量表面活性元素；对影响熔池形状的元素进行探讨，试验研究结果显示：对于TI