母材的熔化和焊缝成形课件.pptx

1、第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形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 3.1.1 焊缝形成过程焊缝形成过程 电弧焊时，焊缝的形成一般要经历加热、熔化、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，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。熔化和凝固是两个必不可少的过程。第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形图图3-1 3-1 熔池内沿焊缝纵向轴线上的温度分布示

2、意图熔池内沿焊缝纵向轴线上的温度分布示意图 1 1熔池前部熔池前部 2 2熔池尾部熔池尾部第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形图图3-23-2熔池结晶过程示意图熔池结晶过程示意图第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形 焊缝的形状一般是指焊缝横截面的形状。焊缝的形状一般是指焊缝横截面的形状。焊缝的表示参数：焊缝的表示参数：焊缝熔深焊缝熔深H H：指母材熔化的深度；：指母材熔化的深度；焊缝熔宽焊缝熔宽B B：两焊趾之间的距离：两焊趾之间的距离焊缝余高焊缝余高h h：焊缝成形系数焊缝成形系数：B/HB/H余高系数余高系数：B/hB/h3.1.2 3.1.2 焊缝形状

3、尺寸焊缝形状尺寸第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形图图3-3 3-3 对接接头和角接接头焊缝形状和尺寸对接接头和角接接头焊缝形状和尺寸H H焊缝熔深，焊缝熔深，B B焊缝熔宽，焊缝熔宽，h h焊缝余高，焊缝余高，AhAh填充金属熔化面积，填充金属熔化面积，AMAM母材熔化面积母材熔化面积第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形熔合比熔合比：指单道焊时，在焊缝横截面上熔指单道焊时，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。化的母材所占的面积与焊缝的总面积之比。熔合比熔合比用下式计算：用下式计算： = A= AM M/( A/( AM M+ A+ Ah

4、 h) ) （3 31 1）A AM M：熔化的母材在焊缝横截面积中所占的面：熔化的母材在焊缝横截面积中所占的面积；积；A Ah h：填充金属在焊缝横截面中所占的面积。：填充金属在焊缝横截面中所占的面积。第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形 影响因素影响因素: :焊接方法焊接方法; ;焊件的坡口形式焊件的坡口形式; ;焊接参焊接参 数数. . 重要性重要性: :在焊接中碳钢在焊接中碳钢, ,合金钢和有色金属时合金钢和有色金属时易产生裂纹易产生裂纹, ,力学性能降低力学性能降低, ,可通过改变熔合比可通过改变熔合比的大小来调整焊缝的化学成分的大小来调整焊缝的化学成分. .控制冶

5、金反应，控制冶金反应，降低裂纹的敏感性和提高焊缝的力学性能降低裂纹的敏感性和提高焊缝的力学性能. .第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形 电弧的热量使工件受热熔化，但电弧的电弧的热量使工件受热熔化，但电弧的热量中输入工件的只是一部分。因此，要先热量中输入工件的只是一部分。因此，要先知道电弧的热输入、热效率及工件上温度分知道电弧的热输入、热效率及工件上温度分布，才能知道熔池形状尺寸。布，才能知道熔池形状尺寸。3.2 3.2 熔池形状与焊接电弧热的关系熔池形状与焊接电弧热的关系第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形3.2.1 焊接电弧的热输入功率 用直流电焊接时热

6、输入公式计算：用直流电焊接时热输入公式计算： p p 0.240.24UI UI 是焊接热输入功率；是焊接热输入功率； 是电弧加热工件的热效率；是电弧加热工件的热效率； U U是电弧电压；是电弧电压； I I是焊接电流。是焊接电流。 1 1焦耳焦耳=0.24=0.24卡卡 第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形 用交流电焊接时热输入公式计算：用交流电焊接时热输入公式计算： P P 0.240.24KUI KUI 交流电焊接时交流电焊接时, ,考虑到波形的非正弦性考虑到波形的非正弦性, ,乘以系乘以系数数K,K=0.7-0.9;K,K=0.7-0.9;第三章第三章 母材的熔化和焊

7、缝成形母材的熔化和焊缝成形表3-1 各种弧焊方法的热效率l 弧焊方法焊条电弧焊0.650.85埋弧自动焊0.800.90CO2气体保护焊0.750.90熔化极氩弧焊（MIG）0.700.80钨极氩弧焊0.650.70第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形3.2.2 焊接温度场 焊接温度场是指焊接过程中某一瞬间焊接焊接温度场是指焊接过程中某一瞬间焊接接头上各点的温度分布状态，通常用等温线或接头上各点的温度分布状态，通常用等温线或等温面来表示。为了了解熔池形状与焊接电弧等温面来表示。为了了解熔池形状与焊接电弧热之间的关系，人们试图利用焊接温度场解析热之间的关系，人们试图利用焊接温度

8、场解析法求出熔池的形状和尺寸。法求出熔池的形状和尺寸。 第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形1. 焊接温度场的解析计算 由于影响焊件实际温度场的因素很多，为了使问由于影响焊件实际温度场的因素很多，为了使问题简化，题简化，计算焊接温度场时作如下假定：计算焊接温度场时作如下假定：1) 1) 材料的物理特征值导热系数、密度、比热等均不随温材料的物理特征值导热系数、密度、比热等均不随温度变化。度变化。2) 2) 在任何时刻和任何温度下材料都处于固态，不发生任在任何时刻和任何温度下材料都处于固态，不发生任何相变。材料各向同性，材质均匀。何相变。材料各向同性，材质均匀。3) 3) 焊件为

9、半无限大体，热源集中作用在半无限大体表面焊件为半无限大体，热源集中作用在半无限大体表面上的体积为零的点上。上的体积为零的点上。4 4）半无限大体表面上表面为绝热面，即热源的热能全部）半无限大体表面上表面为绝热面，即热源的热能全部向物体内部传导。向物体内部传导。5 5）初始温度为零。）初始温度为零。6 6）不考虑力的作用和熔池金属的流动。）不考虑力的作用和熔池金属的流动。7 7）物体上的传热过程已达到极限饱和状态，即）物体上的传热过程已达到极限饱和状态，即t=t=。 第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形 对于作用在半无限物体表面上以对于作用在半无限物体表面上以v v速移动速移动

10、点热源点热源, , 焊件上任意一点焊件上任意一点A A点的温度解析表达点的温度解析表达式：式： T T: :点点A A的加热温度；的加热温度； r:r:点点A A到动坐标系原点到动坐标系原点O O的空间距离；的空间距离； x:x:是运动坐标系中点是运动坐标系中点A A在轴上的坐标；在轴上的坐标； v:v:是点热源的运动速度；是点热源的运动速度；arxvrpxrT2/ )(exp2),(第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形图图3-4 3-4 熔池形状示意图熔池形状示意图 由于在半无限大体内等于材料熔点的等温面所包围的液体金属区域就是焊接熔池，因此可以计算得到熔池形状及其温度分布

11、。第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形2.焊接熔池的特征参数 可以根据式（可以根据式（3-43-4）计算出熔池前部长度）计算出熔池前部长度L L1 1、熔池尾部长度、熔池尾部长度L L2 2。 L L1 1在在x x轴上，计算轴上，计算L L1 1时取时取L L1 1 =r=r；计算；计算L L2 2长度时取长度时取L L2 2 =-r=-r。T=Tm,T=Tm,通过计算，得到表达式如下：通过计算，得到表达式如下： (3-5)(3-5) (3-6)(3-6) 式中，式中，TmTm是被焊材料的熔化温度。是被焊材料的熔化温度。mmTpvalTpval2ln)ln2(ln11mTp

12、l22第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形结果： 熔池尾部的长度与p成正比，与热源移动速度无关。 熔池前部长度与焊接速度成反比第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形3. 实际焊接条件与解析计算的假设条件的差异 实际焊接时与假定条件有很大差异：实际焊接时与假定条件有很大差异：（1 1）焊接工件尺寸总是有限的，边界上的散热条件与假设条件不同；）焊接工件尺寸总是有限的，边界上的散热条件与假设条件不同；（2 2）材料加热和冷却时要发生相变，不是始终处于固态；熔池前部的）材料加热和冷却时要发生相变，不是始终处于固态；熔池前部的 金属熔化时吸收熔化潜热，熔池尾部的金属凝固

13、时放出潜热；金属熔化时吸收熔化潜热，熔池尾部的金属凝固时放出潜热；（3 3）实际焊接热源是分布热源，热源作用在焊件的一定的区域上，在不）实际焊接热源是分布热源，热源作用在焊件的一定的区域上，在不同的条件下以不同的分布形态输入焊件，而不是作用于一点上的点状同的条件下以不同的分布形态输入焊件，而不是作用于一点上的点状热源；热源；（4 4）实际熔池的液体金属表面在电弧力等各种力的作用下发生变形；熔）实际熔池的液体金属表面在电弧力等各种力的作用下发生变形；熔池金属的流动使传热不再局限于固体内的热传导等等。池金属的流动使传热不再局限于固体内的热传导等等。 因此，用点状热源等公式计算出的熔池形状和尺寸与实

14、际情况有较因此，用点状热源等公式计算出的熔池形状和尺寸与实际情况有较大差异。大差异。 尽管如此，解析计算公式可以清楚地表述各个物理量之间的关系尽管如此，解析计算公式可以清楚地表述各个物理量之间的关系以及某些条件变化时的焊接温度场分布的变化规律，这也是很有意义以及某些条件变化时的焊接温度场分布的变化规律，这也是很有意义的。的。第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形 4.工件热输入和焊速对熔池尺寸和体积的影响. p增大熔池体积增加 p增加熔池长度增加. p增加熔池宽度也增加. v增加熔池体积Vm明显减小. v增大熔池长度虽然有些减小但变化不大. v增大熔池宽度B减小.第三章第三章

15、母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形3.2.3 焊件比热流与焊接参数的关系 实际上电弧不是点热源，可以近似认为热量以正态实际上电弧不是点热源，可以近似认为热量以正态分布规律，通过分布半径为分布规律，通过分布半径为r r的圆面积输入工件。的圆面积输入工件。焊件的比热流分布焊件的比热流分布 比热流：单位时间内通过单位面积传入焊件的热量。比热流：单位时间内通过单位面积传入焊件的热量。 计算公式如下：计算公式如下： (3-7)(3-7) q q( (r r) )：据电弧轴线距离为：据电弧轴线距离为r r处的比热流值；处的比热流值； r r：焊件表面加热斑点中任意一点到电弧轴线的距离；：焊件表面加热

16、斑点中任意一点到电弧轴线的距离； k k：电弧集中系数；电弧集中系数； qm qm：焊件表面电弧轴线上的比热流值，：焊件表面电弧轴线上的比热流值， qmqmq k/q k/。2)(krmeqrq第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形图图3-5 3-5 正态分布比热流正态分布比热流第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形2. 比热流分布与电弧参数之间的关系1)1)弧长对比热流的影响弧长对比热流的影响 a) Pa) PT T是电弧功率是电弧功率 P PA A是阳极功率是阳极功率b)b)弧长增加，弧长增加， q qm m减小，减小，比热流分布渐趋平缓。比热流分布渐趋平缓

17、。图图3-6 3-6 弧长与比热流分布弧长与比热流分布q q( (r r) )之间的关系之间的关系 第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形2) 2) 电弧电流对比热流的影响电弧电流对比热流的影响 电流增加，电流增加，q qm m增加，增加，分布半径分布半径r ra a增大增大图图3-7 3-7 电弧电流与比热流分布电弧电流与比热流分布q q( (r r) )之间的关系之间的关系第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形3) 3) 钨极端部角度和端部直径对比热流的影响钨极端部角度和端部直径对比热流的影响 随着钨极磨尖角度和端部直径的增大，比热流的分布从正态分随着钨极磨

18、尖角度和端部直径的增大，比热流的分布从正态分布过渡到近似于直角分布，同时布过渡到近似于直角分布，同时qm变小。变小。图图3-8 3-8 钨极端部角度钨极端部角度和端部直径和端部直径d d对比热流分布的影响对比热流分布的影响第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形3.2.4 熔池尺寸与比热流分布的关系 在焊件热输入功率在焊件热输入功率P P、电弧力等其它条件一定的、电弧力等其它条件一定的条件下：条件下： 电弧的集中系数电弧的集中系数k k增加，熔深增加，熔宽减小；增加，熔深增加，熔宽减小； 焊件表面电弧轴线上的比热流值焊件表面电弧轴线上的比热流值qmqm增加，熔深增增加，熔深增加，

19、熔宽减小；加，熔宽减小； 分布半径分布半径ra越大越大,熔深越小熔深越小. 第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形3.3 熔池受到的力及其对焊缝成形的影响 电弧对焊接熔池来讲不仅是一个热源，还电弧对焊接熔池来讲不仅是一个热源，还是一个力源。下面讨论造成这种力的原因。是一个力源。下面讨论造成这种力的原因。第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形3.3.1. 熔池金属的重力 重力的大小：正比于熔池金属的体积和密度。重力的大小：正比于熔池金属的体积和密度。 重力的方向：向下。重力的方向：向下。 重力对熔池金属流动的作用：与焊缝的空间位置有重力对熔池金属流动的作用：与焊缝

20、的空间位置有关。关。 水平位置焊接时，熔池金属的重力有利于熔池水平位置焊接时，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。破坏熔池的稳定性，使焊缝成形变坏。第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形3.3.2. 表面张力 表面张力的大小：取决于液体金属的成分和温度。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。降低表面张力。液

21、体金属的表面张力随温度升高而降低。 表面张力影响熔池的轮廓形状和熔池表面的形状。表面张力影响熔池的轮廓形状和熔池表面的形状。 因为表面张力阻止熔池金属在电弧力或熔池金属重力作用下的因为表面张力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( (即润湿性即润湿性) )的的大小也有直接影响。大小也有直接影响。 表面张力将促使液体金属流动表面张力将促使液体金属流动 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小也不同

22、，这样形成沿表面方向的表面张力梯度, ,这种表面张力梯这种表面张力梯度将促使液体金属流动。度将促使液体金属流动。第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形3.3.3.焊接电弧力 电弧的静态和动态电磁压力： 由电弧中电磁收缩力对熔池造成的压力称电弧静压力. 由电弧中等离子流力对熔池造成的压力称电磁动压力. 电弧的电磁静压力和电磁动压力作用在熔池上使熔池表面产生弧坑.作用力越大弧坑就越深.弧坑越深热源下移的距离越大,熔深相应增大. 电磁静压力和电磁动压力的大小取决于电流的大小和焊丝的直径. 第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形图图3-11 3-11 电弧静压力对焊缝成

23、形的影响电弧静压力对焊缝成形的影响图图3-12 3-12 电弧动压力对焊缝成形的影响电弧动压力对焊缝成形的影响第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形3.3.4. 熔滴冲击力 富氩气体保护熔化极电弧焊射流过渡时，富氩气体保护熔化极电弧焊射流过渡时，焊丝前端熔化金属以较小的熔滴及很高的速焊丝前端熔化金属以较小的熔滴及很高的速度沿焊丝轴向冲向熔池，对熔池形成较大的度沿焊丝轴向冲向熔池，对熔池形成较大的冲击力，容易形成指状熔深。冲击力，容易形成指状熔深。 第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形3.4 焊接参数和工艺因素对焊缝成形的影响 1. 1. 焊接电流对焊缝成形的影

24、响焊接电流对焊缝成形的影响其他条件不变时其他条件不变时, IH h B, IH h B略有增加略有增加( (或变化不大或变化不大) )对对H , IF P(H , IF P(热输入热输入) ) 相当于热源位置下移相当于热源位置下移, ,熔深增熔深增大大. . 实践证明实践证明: :熔深与焊接电流近似于成正比关系熔深与焊接电流近似于成正比关系,H = Km,H = KmI,KmI,Km为熔为熔深系数深系数, ,与电弧焊方法与电弧焊方法, ,焊丝直径焊丝直径, ,电流种类有关电流种类有关对对h. Ih. I增大增大焊丝熔化量增加焊丝熔化量增加, ,由于由于B B增加较少增加较少, ,故故h h增大

25、增大. .对对B. IB. I增大增大弧柱直径增大弧柱直径增大导致熔宽增加导致熔宽增加 F F增大增大电弧潜入工件的深度增大电弧潜入工件的深度增大电弧摆动减电弧摆动减 导致熔宽减小导致熔宽减小 综上综上, ,熔宽几乎保持不变熔宽几乎保持不变. .成型系数成型系数 =B/H,=B/H,随随I I增大增大H H增大增大减小减小3.4.1 焊接参数对焊缝成形的影响焊接参数对焊缝成形的影响第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形2. 电弧电压对焊缝成形的影响 其他条件不变时其他条件不变时,U,U增大增大H H略有减小略有减小,B,B增大增大, h, h减小减小. .U U增大增大弧长增大

26、弧长增大电弧斑点飘动范围变宽电弧斑点飘动范围变宽熔宽增加熔宽增加. .UU电弧功率增加电弧功率增加. .但由于电弧长度增加但由于电弧长度增加. .弧柱的散热弧柱的散热增加增加. .故所增加的电弧功率主要用于熔宽的增加和弧柱故所增加的电弧功率主要用于熔宽的增加和弧柱的散热增加的散热增加. .而电弧力却因熔宽增加而分散了而电弧力却因熔宽增加而分散了. .故熔深略故熔深略有减小有减小. .对对h. Uh. U高时高时,U,U对对UmUm影响不大影响不大 U U低时低时, UUm , UUm 又因又因BB焊丝的熔化量焊丝的熔化量并无增大并无增大, ,故故h.h.第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的

27、熔化和焊缝成形 以上分析可知以上分析可知: : 电流主要影响熔深电流主要影响熔深. .是决定熔深的主要因素是决定熔深的主要因素. . 电弧电压主要影响熔宽电弧电压主要影响熔宽. .是影响熔宽的主要是影响熔宽的主要因素因素. . 第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形3. 焊接速度对焊缝成形的影响 在其他参数不变时 v导致HBh 焊速与焊逢单位长度上电弧作用时间成反比.焊速增加.相当于电弧给予焊逢单位的能量减小.故H.B. h都 第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形 焊接速度是评价焊接生产率的一项重要指焊接速度是评价焊接生产率的一项重要指标。标。 为了提高焊接生

28、产率，应该提高焊接速度，为了提高焊接生产率，应该提高焊接速度，但为了保证焊缝尺寸，在提高焊接速度的同时但为了保证焊缝尺寸，在提高焊接速度的同时要相应提高焊接电流和电弧电压，这三个量是要相应提高焊接电流和电弧电压，这三个量是相互联系的。相互联系的。 还应考虑采用大功率焊接电弧、高焊接速还应考虑采用大功率焊接电弧、高焊接速度焊接时，有可能在焊件熔化形成熔池过程中度焊接时，有可能在焊件熔化形成熔池过程中及熔池凝固过程中产生焊接缺陷，如咬边、裂及熔池凝固过程中产生焊接缺陷，如咬边、裂纹等，所以提高焊接速度是有限度的。纹等，所以提高焊接速度是有限度的。第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成

29、形3.4.2 焊接电流种类和极性、电极尺寸对焊缝成形的影响 1. 1. 焊接电流的种类和极性焊接电流的种类和极性 焊接电流的种类分为直流和交流。焊接电流的种类分为直流和交流。 直流电弧焊分为恒定直流和脉冲直流，直流电弧焊分为恒定直流和脉冲直流，根据极性分直流正接和直流反接；根据极性分直流正接和直流反接； 交流电弧焊根据电流波形的不同，分为交流电弧焊根据电流波形的不同，分为正弦波交流和方波交流等。正弦波交流和方波交流等。第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形 （1）钨极氩弧焊时，直流正接时形成的焊缝熔深最）钨极氩弧焊时，直流正接时形成的焊缝熔深最大，直流反接时的熔深最小，交流居于

30、两者之间。大，直流反接时的熔深最小，交流居于两者之间。 钨极氩弧焊焊接钢、钛等金属材料时应该采用钨极氩弧焊焊接钢、钛等金属材料时应该采用直流正接。直流正接。 钨极氩弧焊焊接铝、镁及其合金时，需要利用电钨极氩弧焊焊接铝、镁及其合金时，需要利用电弧的阴极清理作用清理母材表面的氧化膜，采用交流弧的阴极清理作用清理母材表面的氧化膜，采用交流为好，由于方波交流的波形参数可调，则焊接效果更为好，由于方波交流的波形参数可调，则焊接效果更好。好。第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形（2）熔化极电弧焊时，直流反接时的焊缝熔深熔化极电弧焊时，直流反接时的焊缝熔深和熔宽都要大于直流正接的情况，交流

31、焊接的和熔宽都要大于直流正接的情况，交流焊接的熔深和熔宽居于两者之间。熔深和熔宽居于两者之间。 埋弧焊时，多采用直流反接；而埋弧堆埋弧焊时，多采用直流反接；而埋弧堆焊时则采用直流正接以减小熔深。焊时则采用直流正接以减小熔深。 熔化极气体保护电弧焊时，由于直流反熔化极气体保护电弧焊时，由于直流反接时不仅熔深大，而且焊接电弧和熔滴过渡过接时不仅熔深大，而且焊接电弧和熔滴过渡过程都较直流正接和交流时稳定，而且具有阴极程都较直流正接和交流时稳定，而且具有阴极清理作用，因此被广泛采用，而直流正接和交清理作用，因此被广泛采用，而直流正接和交流则一般不被采用。流则一般不被采用。第三章第三章 母材的熔化和焊缝

32、成形母材的熔化和焊缝成形2. 钨极端部形状、焊丝直径和伸出长度的影响钨极端部形状钨极端部形状 钨极端部形状对电弧的集中性及电弧压力影钨极端部形状对电弧的集中性及电弧压力影响较大，通常电弧越集中、电弧压力越大，所形响较大，通常电弧越集中、电弧压力越大，所形成的熔深越大，而熔宽相应减小。成的熔深越大，而熔宽相应减小。焊丝直径焊丝直径 若若I I不变不变 djdj工件表面电弧斑点移动工件表面电弧斑点移动范围减小范围减小. .加热集中加热集中. .故故H.B.H.B.第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形 焊丝伸出长度焊丝伸出长度 焊丝伸出长度焊丝伸出长度LL焊缝余高焊缝余高h.h.而

33、熔深略有下降而熔深略有下降. . LPLPR R熔丝熔化加快熔丝熔化加快hh 焊丝熔化快焊丝熔化快熔池中液态金属增多熔池中液态金属增多. .稍有妨碍基本金稍有妨碍基本金属的继续熔化属的继续熔化. .故熔深略有下降故熔深略有下降. . 焊丝直径愈细和材料电阻率愈大时焊丝直径愈细和材料电阻率愈大时, ,这种影响愈明显这种影响愈明显. .故细焊丝不锈钢熔化极电弧焊时故细焊丝不锈钢熔化极电弧焊时. .必须注意控制焊丝干伸必须注意控制焊丝干伸长度的稳定长度的稳定. .第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形3.4.3 其它工艺因素对焊缝成形的影响1.1.坡口和间隙坡口和间隙 其他条件不变时

34、其他条件不变时. .改变坡口形状也会影响焊缝改变坡口形状也会影响焊缝成形成形. .尤其对余高和焊缝熔合比影响显著尤其对余高和焊缝熔合比影响显著. . 增加坡口深度和宽度时增加坡口深度和宽度时. .使熔化的母材显著减小使熔化的母材显著减小. .故故常常利用开坡口来控制余高和调整焊缝的熔合比常常利用开坡口来控制余高和调整焊缝的熔合比. .以达提高焊缝质量的目的以达提高焊缝质量的目的. . 第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形图图3-13 3-13 间隙和坡口对焊缝成形的影响间隙和坡口对焊缝成形的影响第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形2. 电极（焊丝）倾角 电弧

35、焊时，根据电极（焊丝）倾斜方向与焊接方电弧焊时，根据电极（焊丝）倾斜方向与焊接方向的关系，分为电极前倾和电极后倾两种（图向的关系，分为电极前倾和电极后倾两种（图3-143-14） 焊丝前倾时，图（焊丝前倾时，图（a)a)，电弧力对熔池金属向后排，电弧力对熔池金属向后排出的作用减弱，熔池底部的液体金属层变厚，熔深减出的作用减弱，熔池底部的液体金属层变厚，熔深减小小, ,电弧潜入工件的深度减小，电弧斑点移动范围扩电弧潜入工件的深度减小，电弧斑点移动范围扩大，熔宽增大，余高减小。前顷角度大，熔宽增大，余高减小。前顷角度角越小，这一角越小，这一影响越明显（图影响越明显（图3-14c3-14c）。）。

36、焊丝后倾时，情况则相反。焊条电弧焊时，多数焊丝后倾时，情况则相反。焊条电弧焊时，多数采用电极后倾法，倾角采用电极后倾法，倾角在在65658080之间比较合适。之间比较合适。第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形图图3-14 3-14 焊丝倾角对焊缝成形的影响焊丝倾角对焊缝成形的影响第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形3. 焊件倾角 焊件倾斜在实际生产中经常碰到，可分为焊件倾斜在实际生产中经常碰到，可分为上坡焊和下坡焊。上坡焊和下坡焊。 熔池金属在重力的作用下有沿斜坡向下流熔池金属在重力的作用下有沿斜坡向下流动的倾向。动的倾向。第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形

37、母材的熔化和焊缝成形 上坡焊时：熔深大，熔宽窄，余高大。上坡焊时：熔深大，熔宽窄，余高大。 熔池内液体金属受重力和电弧力的作用流向熔池熔池内液体金属受重力和电弧力的作用流向熔池尾部尾部. .电弧能深入加热熔池底部的金属电弧能深入加热熔池底部的金属. .故故H H增大增大. .因电因电弧能深入熔池底部使电弧斑点飘动范围减小弧能深入熔池底部使电弧斑点飘动范围减小, ,故故B B减小减小导致导致h h升高得到窄而深的焊缝截面形状升高得到窄而深的焊缝截面形状. . 当上坡角度当上坡角度大于大于6 60 012120 0时，余高过大，且两侧时，余高过大，且两侧易产生咬边。易产生咬边。 下坡焊：熔深减小，

38、熔宽增大，余高减小。下坡焊：熔深减小，熔宽增大，余高减小。 熔池内液态金属在重力和电弧力的作用下流向熔熔池内液态金属在重力和电弧力的作用下流向熔池前部池前部, ,电弧不能深入加热熔池底部的金属，倾角过电弧不能深入加热熔池底部的金属，倾角过大会导致熔深不足和熔池液体金属溢流。大会导致熔深不足和熔池液体金属溢流。第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形图图3-15 3-15 工件倾角对焊缝成形的影响工件倾角对焊缝成形的影响第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形4. 焊件材质和厚度 焊件材质指导热性能、容积热容、材料的密度等焊件材质指导热性能、容积热容、材料的密度等 焊

39、缝熔深与焊接电流有关，也与材料的导热性能焊缝熔深与焊接电流有关，也与材料的导热性能及容积热容有关。材料的导热性能越好、容积热容及容积热容有关。材料的导热性能越好、容积热容越大，则熔化单位体积金属及升高同样的温度所需越大，则熔化单位体积金属及升高同样的温度所需要的热量就越多，因此在焊接电流等其它条件一定要的热量就越多，因此在焊接电流等其它条件一定的情况下，熔深和熔宽就减小。材料的密度或液体的情况下，熔深和熔宽就减小。材料的密度或液体粘度越大，则电弧对液体熔池金属的排开越困难，粘度越大，则电弧对液体熔池金属的排开越困难，熔深也越浅。熔深也越浅。 焊件的厚度影响焊件内部热量的传导，其它条焊件的厚度影

40、响焊件内部热量的传导，其它条件相同时，焊件厚度增加，散热加大，熔宽和熔深件相同时，焊件厚度增加，散热加大，熔宽和熔深都减小。都减小。第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形5. 焊剂、焊条药皮和保护气体 焊剂或焊条药皮的成分不同，导致电弧焊剂或焊条药皮的成分不同，导致电弧极区压降和弧柱电位梯度不同，因而必然影极区压降和弧柱电位梯度不同，因而必然影响焊缝成形。当焊剂密度小、颗粒度大或堆响焊缝成形。当焊剂密度小、颗粒度大或堆积高度小时，电弧四周的压力低，弧柱膨胀，积高度小时，电弧四周的压力低，弧柱膨胀，电弧斑点移动范围大，所以熔深较小，熔宽电弧斑点移动范围大，所以熔深较小，熔宽较大，

41、余高小。较大，余高小。 第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形 电弧焊用保护气体（如电弧焊用保护气体（如ArAr、HeHe、N2N2、CO2CO2）的成）的成分不同，其导热系数等物理性能不同，使电弧的极区分不同，其导热系数等物理性能不同，使电弧的极区压降和弧柱的电位梯度、弧柱导电截面、等离子流力、压降和弧柱的电位梯度、弧柱导电截面、等离子流力、比热流分布等不同，这些都影响焊缝的成形（图比热流分布等不同，这些都影响焊缝的成形（图3-3-1616）。）。图图3-16 3-16 保护气体的成分对焊缝成形的影响保护气体的成分对焊缝成形的影响第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和

42、焊缝成形 总之总之, ,焊缝成形的影响因素很多，要想获得良焊缝成形的影响因素很多，要想获得良好的焊缝成形，需要根据焊件的材质和厚度、焊缝好的焊缝成形，需要根据焊件的材质和厚度、焊缝的空间位置、接头形式、工作条件对接头性能和焊的空间位置、接头形式、工作条件对接头性能和焊缝尺寸的要求等选择合适的焊接方法和焊接条件进缝尺寸的要求等选择合适的焊接方法和焊接条件进行焊接。否则焊缝成形及其性能就可能达不到要求，行焊接。否则焊缝成形及其性能就可能达不到要求，甚至出现这样那样的焊接缺陷。甚至出现这样那样的焊接缺陷。第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形3.5 焊缝成形缺陷及其防止 电弧焊焊接缺

43、陷有多种，例如：裂纹、气电弧焊焊接缺陷有多种，例如：裂纹、气孔、夹杂、未熔合和未焊透、接头金相组织缺孔、夹杂、未熔合和未焊透、接头金相组织缺陷等等。像裂纹、气孔、夹杂、接头金相组织陷等等。像裂纹、气孔、夹杂、接头金相组织缺陷等主要受冶金因素影响，其他缺陷主要与缺陷等主要受冶金因素影响，其他缺陷主要与焊缝成形有关，造成这些这些成形缺陷的主要焊缝成形有关，造成这些这些成形缺陷的主要原因常常是坡口尺寸不合适，焊接参数选择不原因常常是坡口尺寸不合适，焊接参数选择不当或焊丝未对准焊缝中心等，本章主要讨论焊当或焊丝未对准焊缝中心等，本章主要讨论焊缝成形缺陷。缝成形缺陷。 第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形

44、母材的熔化和焊缝成形3.5.1. 未熔合和未焊透 电弧焊单面焊接时，焊接接头根部未完电弧焊单面焊接时，焊接接头根部未完全熔透的现象称作未焊透。单层焊、多层焊全熔透的现象称作未焊透。单层焊、多层焊或双面焊时，焊道与母材之间、焊道与焊道或双面焊时，焊道与母材之间、焊道与焊道之间未能完全熔化结合的部分称作未熔合。之间未能完全熔化结合的部分称作未熔合。正反面焊道虽然在中部熔合到一起，但相互正反面焊道虽然在中部熔合到一起，但相互熔合搭接量少，焊缝强度仍然受到影响，称熔合搭接量少，焊缝强度仍然受到影响，称作熔合不良。作熔合不良。第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形图图3-17 3-17

45、未焊透和未熔合未焊透和未熔合第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形l产生的主要原因：产生的主要原因： 焊接电流小焊接电流小 焊接速度过高焊接速度过高 电弧电压偏高电弧电压偏高 焊接坡口尺寸不合适焊接坡口尺寸不合适 电弧中心线偏离焊缝中心线。电弧中心线偏离焊缝中心线。l危害：危害： 降低接头承载截面降低接头承载截面, ,降低接头力学性能。降低接头力学性能。 引起应力集中引起应力集中l防止方法：防止方法： 选择合适的焊接参数及焊接热输入量，选择合适的焊接参数及焊接热输入量， 设计合适的焊接坡口形式及装配间隙，设计合适的焊接坡口形式及装配间隙， 确保焊丝对准焊缝中心进行正确的施焊过程

46、。确保焊丝对准焊缝中心进行正确的施焊过程。第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形3.5.2. 焊穿和塌陷 焊接时熔化金属自焊缝背面流出并脱离焊焊接时熔化金属自焊缝背面流出并脱离焊道形成穿孔的现象叫焊穿。焊接时熔化的金属道形成穿孔的现象叫焊穿。焊接时熔化的金属从背面凸出，使焊缝正面下凹，这种现象称为从背面凸出，使焊缝正面下凹，这种现象称为塌陷。塌陷。l产生的主要原因：产生的主要原因： 焊接电流过大焊接电流过大 焊接速度过小焊接速度过小 对接缝间隙过大。对接缝间隙过大。第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形图图3-18 3-18 焊穿和塌陷焊穿和塌陷第三章第三章 母

47、材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形3.5.3. 咬边 焊缝的焊趾部位被熔化了的母材因填充金属不足而产生缺口，这种现象焊缝的焊趾部位被熔化了的母材因填充金属不足而产生缺口，这种现象称为咬边。称为咬边。l危害：危害：接头承载截面降低、强度降低，接头承载截面降低、强度降低，造成应力集中在咬边处产生裂纹。造成应力集中在咬边处产生裂纹。l产生的主要原因：产生的主要原因：焊接速度过快，焊接速度过快，焊接电流过大焊接电流过大焊枪角度不当焊枪角度不当运条方法不当运条方法不当l防止方法：防止方法： 选择正确的焊接电流和焊速，掌握正确的运条方法。选择正确的焊接电流和焊速，掌握正确的运条方法。第三章第三章 母材

48、的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形图图3-19 3-19 焊缝咬边焊缝咬边第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形3.5.4. 焊瘤 电弧焊熔化的金属流淌到焊缝区以外未熔化的母电弧焊熔化的金属流淌到焊缝区以外未熔化的母材表面，凝固成金属瘤，这种现象称为焊瘤。材表面，凝固成金属瘤，这种现象称为焊瘤。图图3-20 3-20 焊瘤焊瘤第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形l产生原因：产生原因：焊接电流大焊接电流大焊接速度低焊接速度低坡口尺寸小坡口尺寸小焊丝伸出长度过大焊丝伸出长度过大l防止方法：防止方法： 选用合适的焊接电流及焊接速度，采用选用合适的焊接电流及焊接速度

49、，采用合适的焊条角度及焊接位置合适的焊条角度及焊接位置。第三章第三章 母材的熔化和焊缝成形母材的熔化和焊缝成形复习思考题1.1.解释焊缝成形系数、焊缝熔合比的概念。解释焊缝成形系数、焊缝熔合比的概念。2.2.分析焊缝成形系数的大小对焊接质量的影响规律，说明常用的分析焊缝成形系数的大小对焊接质量的影响规律，说明常用的电弧焊方法的焊缝成形系数的取值范围。电弧焊方法的焊缝成形系数的取值范围。3.3.分析电弧集中系数分析电弧集中系数k k 、工件表面电弧轴线上的比热流值、工件表面电弧轴线上的比热流值qmqm这两这两个参数的大小对焊缝成形的影响规律，说明电弧弧长、电弧电个参数的大小对焊缝成形的影响规律，说明电弧弧长、电弧电流等参数对比热流分布的影响情况。流等参数对比热流分布的影响情况。4.4.分析熔池受到的力及其对焊缝成形的影响规律。分析熔池受到的力及其对焊缝成形的影响规律。5.5.分析焊接参数和工艺因素对焊缝成形的影响规律。分析焊接参数和工艺因素对焊缝成形的影响规律。6.6.焊缝成形缺陷有哪些？说明焊缝成形缺陷的防止措施。焊缝成形缺陷有哪些？说明焊缝成形缺陷的防止措施。