山大焊接物理冶金课件1-接头的形成.ppt

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1、材料成型基础PartII焊接化学冶金主要内容一、焊接接头形成二、气相与液态金属的相互作用三、液态金属与熔渣的相互作用四、液态金属的净化接头的形成1、焊接电弧简介2、焊条焊丝的加热3、熔滴过渡4、熔池的运动状态1、焊接电弧简介1.1电弧基本概念1.2电弧的产热1.3电弧的温度分布1.4电弧的能量密度焊条电弧示意图§1.1电弧的基本概念PartII焊接化学冶金定义：电弧是一种特殊的气体放电现象，它是带电粒子通过两电极之间气体空间的一种导电过程(电极与工件之间气体介质中长时间的放电现象)。作用：实现了将电能转化为机械能

2、、热能和光能。电弧导电机制:与金属中自由电子定向移动导电机制不同的是,电弧中电子、正离子、负离子都参与导电,是复杂的导电过程。§1.1电弧的基本概念电弧示意图PartII焊接化学冶金§1.1电弧的基本概念分区：沿电弧方向电场强度分布不均匀,分为三个区域:阴极区、阳极区和弧柱区。(1)阴极、阳极区尺寸很小，约为10-2-10-6cm(2)电场分布的不均匀性表明电弧电阻的非线性。PartII焊接化学冶金§1.2电弧的产热1、弧柱产热(约占总热量的21%)产热机制：带电粒子（电子和正离子）在电场的作用下，将电能转化成为

3、热能：电子的运动速度比正离子运动速度大得多，因而从电源吸取电能转化为热能的作用几乎完全由电子来承担，进而将电能转化为热能。PartII焊接化学冶金§1.2电弧的产热1、弧柱产热(约占总热量的21%)特征：(1)单位弧长弧柱的电能EI——大小决定了弧柱产热量的大小。(2)电弧处于稳定状态时，弧柱的产热与弧柱的热损失（对流>80%,传导和热辐射：20%）处于动态平衡状态。PartII焊接化学冶金§1.2电弧的产热2、阴极区的产热(约占总热量的36%)机制：阴极区靠近电极或者工件，其产热直接影响焊接过程中电极或者工件所

4、受到的热的作用。阴极区有两种粒子：电子和正离子,这两种粒子不断的产生、运动和消失,同时伴随着能量转换与传递。但电子流占整个电流的99%以上,所以电子流对于阴极产热影响很大。Pk=IUk-IUw-IUTPartII焊接化学冶金§1.2电弧的产热3、阳极区的产热(约占总热量的43%)Pa=IUa+IUw+IUT热量主要用于对阳极的加热和阳极的热量损失。阳极区和阴极区的热量主要用于加热填充材料或者焊件，是焊接过程可以直接利用的能量。PartII焊接化学冶金§1.3电弧的温度分布电弧温度、电流密度和能量密度轴向分布示意图

5、能量密度电流密度温度PartII焊接化学冶金§1.3电弧的温度分布TIG电弧温度径向分布示意图(SUS304不锈钢)PartII焊接化学冶金MIG电弧温度分布(SUS304不锈钢)§1.3电弧的温度分布t:20ms,Max.temperature:20860KVariationwithtimePartII焊接化学冶金t:20ms,Max.temperature:19600K§1.3电弧的温度分布MAG电弧温度分布(SUS304不锈钢)VariationwithtimePartII焊接化学冶金三、能量密度采用某热源

6、加热工件时,单位面积上的有效热功率,单位为：W/cm2。§1.4电弧的能量密度同一工艺在不同的位置上的能量密度也不同;能量密度大的时候,可有效利用热源熔化金属,并减小热影响区,获得窄而深的焊缝,有利于提高焊接生产率。PartII焊接化学冶金2、焊丝(条)的加热与熔化2.1焊丝的加热2.2焊条的加热2.3焊丝的熔化2.4焊条的熔化§2.2焊丝的加热熔化极电弧焊：焊丝的熔化主要依靠阴极区(正接)或者阳极区(反接)产生的热量以及焊丝伸出长度上的电阻热。弧柱区产生的热量对于焊丝的加热熔化作用比较小。非熔化极电弧焊：弧柱区

7、产热熔化焊丝。熔化系数：单位时间内通过单位电流时焊丝的熔化量[g/(A.h)]PartII焊接化学冶金§2.2焊丝的加热一、电弧热阴极区：Pk=IUk-IUw-IUT≈I(Uk-Uw)Uk阴极压降;Uw逸出电压;UT弧柱温度等效电压(电弧温度6000K时:小于1V)。焊丝接负时：焊丝的加热与熔化取决于(Uk-Uw)。很多因素影响阴极电子发射，即影响的Uk大小。PartII焊接化学冶金§2.2焊丝的加热一、电弧热阳极区：Pa=IUa+IUw+IUT≈IUwUa阳极压降(电流密度较大时：近似为0);Uw逸出电压;UT

8、弧柱温度等效电压(电弧温度6000K时：小于1V)。焊丝接正时：主要取决于材料的电子逸出电压和电流的大小。当电流一定时，由于电子逸出电压为常数，此时焊丝熔化系数为定值PartII焊接化学冶金§2.2焊丝的加热熔化极气体保护焊时，焊丝材料为冷阴极材料，Uk>>Uw，则Pk>Pw。所以，同种材料，在相同的电流的作用下，焊丝作为阴极的产热将比焊丝作为阳极时产热多。因为散热条件相