焊接工艺-第三章母材的熔化和焊缝成形.ppt

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1、第三章母材的熔化和焊缝成形3.1焊缝形成过程及焊缝形状尺寸3.1.1焊缝形成过程电弧焊时，焊缝的形成一般要经历加热、熔化、化学冶金、凝固和固态相变等一系列冶金过程。其中，熔化和凝固是两个必不可少的过程。图3-2熔池结晶过程示意图联生结晶3.1.2焊接热影响区的组织和性能HAZ各点经历的热循环不同→组织形态不同→性能不同（一）熔合区半熔化区域，兼有焊缝组织特征和过热组织特征。混合区域，组织不均匀，且易形成缺陷，性能影响大，薄弱区。（二）过热区温度范围从固相线以下到1100oC，过热状态→奥氏体严重长大→粗

2、大组织，可伴生魏氏组织。应力大时，可形成裂纹冷速大时，可形成裂纹（三）相变重结晶区（正火区）A3～1000oC，正火区，正火处理，正火组织，强韧性比较好。（四）不完全重结晶区AC1～AC3范围，加热→奥氏体+残留铁素体，冷却→奥氏体转变为细小组织，粗大的铁素体保留。最终为粗大的铁素体和细小的重结晶组织。晶粒大小不均，力学性能也不均匀。第四章焊接热影响区组织与性能淬硬倾向大的钢种，低碳高强度钢(18MnMoNb)、中碳钢(45)、中碳高强度钢(30CrMnSi)等，冷却时可形成马氏体组织。1、完全淬火区A

3、C3以上温度区间，冷却时产生马氏体转变。熔合区附近，粗大晶粒组织。**易于形成淬火裂纹。粗大马氏体、细小马氏体、贝氏体（BL、BU），冷却速度决定。混合组织。第四章焊接热影响区组织与性能2、不完全淬火区温度在AC1～AC3之间。快速加热，铁素体不溶，珠光体、贝氏体、索氏体等溶入奥氏体。冷却时，奥氏体→马氏体，形成铁素体+马氏体双相组织。3、回火区焊前，母材处理状态。母材：淬火+回火（调质），Tc高于Tt，回火；Tc低于Tt，不变。焊缝的形状一般是指焊缝横截面的形状，通常用焊缝熔深H、焊缝熔宽B和焊缝余高

4、h来描述。焊缝熔深H是指母材熔化的深度；焊缝熔宽B是两焊趾之间的距离；焊缝余高h是焊缝横截面上焊趾连线之上的那部分焊缝金属的最大高度。焊缝成形系数φ（φ＝B/H）(常用的电弧焊方法，一般取1.3-2）余高系数Ψ（Ψ＝B/h）3.1.2焊缝形状尺寸图3-3对接接头和角接接头焊缝形状和尺寸H－焊缝熔深，B－焊缝熔宽，h－焊缝余高，Ah－填充金属熔化面积，AM－母材熔化面积熔合比γ是另一个表征焊缝横截面形状特征的重要参数。所谓熔合比γ是指单道焊时，在焊缝横截面上熔化的母材所占的面积与焊缝的总面积之比。它能反映

5、母材成分对焊缝成分的稀释程度，熔合比γ越大，说明母材向焊缝中熔入的量越大，稀释程度越大。熔合比γ用下式计算：γ=AM/(AM+Ah)（3－1）AM是熔化的母材在焊缝横截面积中所占的面积；Ah是填充金属在焊缝横截面中所占的面积。3.3熔池受到的力及其对焊缝成形的影响在电弧焊焊接过程中，熔池不仅受到热的作用，还受到力的作用。在电弧力和其它各种力的作用下熔池表面产生凹陷，液体金属被排向熔池尾部，使熔池尾部的液面高于焊件表面，从而产生焊缝余高。同时，电弧力及其它力还使熔池金属产生流动，一方面促使熔池内部的对流换

6、热和填充金属与母材金属的混合，从而使焊缝各处的成分比较均匀一致；另一方面也必然影响熔池的形状和焊缝的成形。3.3.1.熔池金属的重力熔池金属的重力的大小正比于熔池金属的体积和密度。熔池金属的重力对熔池金属流动的作用与焊缝的空间位置有关。水平位置焊接时，熔池金属的重力有利于熔池的稳定性。空间位置焊接时，熔池金属的重力可能破坏熔池的稳定性，使焊缝成形变坏。3.3.2.表面张力表面张力将阻止熔池金属在电弧力或熔池金属重力作用下的流动。表面张力对熔池金属在熔池界面上的接触角(即润湿性)的大小也有直接影响。所以表

7、面张力既影响熔池的轮廓形状，也影响熔池金属在坡口里的堆敷情况，即熔池表面的形状。1)熔池金属的表面张力的大小取决于液体金属的成分和温度。大多数液体金属中当含有氧、硫等表面活性元素时，能够明显降低表面张力。液体金属的表面张力随温度升高而降低。2)熔池金属由于各处成分和温度的不均匀性，各处表面张力大小也不同，这样形成沿表面方向的表面张力梯度dσ/dr（σ－表面张力系数,r-熔池半径）,这种表面张力梯度将促使液体金属流动。图3-9熔池金属流动与表面张力梯度的关系(dσ／dr>0)图3-10熔池金属流动与表面张

8、力梯度的关系(dσ／dr<0)3.3.3.焊接电弧力(1)焊接电流流入焊接熔池时，由于斑点面积较小，电流密度较大，因而斑点处的压力较大，而熔池表面内的其它处的电流密度较小、压力也较小。这种压力差促使熔池金属流动，在熔池中心处，较大的斑点压力促使液体金属向下流动，而熔池四周的液体金属流向熔池中心，形成涡流现象。金属流动时，由于熔池中心的高温金属能把热量带向熔池底部，因而会使熔深加大。图3-11电弧静压力对焊缝成形的影响图3-12电弧动压力对焊