第三章母材熔化与焊缝成形
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熔焊方法及设备绪论1、焊接定义及焊接方法分类焊接:焊接是通过加热或加压,或两者并用,并且用或不用填充材料,使工件达到结合的一种加工方法;焊接方法分为熔焊、钎焊、和压焊三大类熔焊:熔焊是在不施加压力的情况下,将待焊处的母材加热溶化以形成焊缝的焊接方法;焊接时母材熔化而不施加压力是其基本特征;压焊:压焊是焊接过程中必须对焊件施加压力加热或不加热才能完成焊接的方法;焊接施加压力是其基本特征;钎焊:钎焊是焊接事采用比母材熔点低的钎料,将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但是低于母材熔点的温度,利用液态钎料润湿母材,填充接头间隙,并与母材相互扩散而实现连接的方法;其特征是焊接时母材不发生溶化,仅钎料发生溶化;熔焊方法的物理本质:在不施加外力的情况下,利用外加热源使木材被连接处发生熔化,使液相与液相之间、液相与固相之间的原子或分子紧密地接触和充分扩散,使原子间距达到r A,并通过冷却凝固将这种冶金结合保持下来的焊接方法;熔焊方法的特点:焊接时木材局部在不承受外加压力的情况下被加热熔化;焊接时须采取更为有效的隔离空气的措施;两种被焊材料之间必须具有必要的冶金相容性;焊接时焊接接头经历了更为复杂的冶金过程;第一章焊接电弧1、焊接电弧焊接电弧是由焊接电源供给能量,在具体一定电压的两极之间或电极与母材之间气体介质中产生的一种强烈而持久的放电现象,从其物理本质来看,它是一种在具有一定电压的两电极之间的气体介质中所产生的电流最大、电压最低、温度最高、发光最强的自持放电现象;激励:激励是当中性气体分子或原子收到外加能量的作用不足以使电子完全脱离气体分子或原子时,而使电子从较低的能量级转移到较高的能级的现象;2、焊接电弧中气体电离的种类热电离——气体粒子受热的作用而产生的电离称为热电离;其实质是气体粒子由于受热而产生高速运动和相互之间激烈碰撞而产生的一种电离;场致电离——当气体中有电场作用时,气体中的带电粒子被加速,电能被转换为带电粒子的动能,当其动能增加到一定程度时,能与中性粒子产生非弹性碰撞,使之电离,这种电离称为场致电离;光电离——中性粒子接受光辐射的作用而产生的电离现象称为光电离;不是所有的光辐射都可以引发电离,气体都存在一个能产生光电离的临界波长,气体的电离电压不同,其临界波长也不同,只有当接受的光辐射波长小于临界波长时,中性气体粒子才可能被直接电离;3、焊接电弧中气体的发射有几种热发射——金属表面承受热作用而产生电子发射的现象称为热发射;场致发射——当阴极表面空间有强电场存在时,金属电极内的电子在电场静电库仑力的作用下,从电极表面飞出的现象称为场致发射;光发射——当金属电极表面接受光辐射时,电极表面的自由电子能量增加,当电子的能量达到一定值时能飞出电极的表面,这种现象称为光发射;粒子碰撞发射——高速运动的粒子电子或正离子碰撞金属电极表面时,将能量传给电极表面的电子,使电子能量增加并飞出电极表面,这种现象称为粒子碰撞发射;4、焊接电弧的构造焊接电弧是由阴极区、阳极区和弧柱区三部分构成;电弧电压Ua=阴极电压降Uk、弧柱电压降Uc 和阳极电压降UA 之和;5、接触引弧过程接触式引弧包括短路、分离和燃弧三个过程;6、最小电压原理最小电压原理的含义是在电流和周围条件一定的情况下,稳定燃烧的电弧将自动选择一适当的断面,以保证电弧的电场强度具有最小的数值,即在固定弧长上的电压最小;这意味着电弧总是保持最小的能量消耗;7、电弧的电特性包括哪些焊接电弧的电特性主要指的是焊接电弧的静特性和焊接电弧的动特性;8、电弧静特性概念焊接电弧的静特性是指在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下,电弧稳定燃烧时,焊接电流与电弧电压变化的关系,也称伏-安特性;9、焊接电弧力的种类及影响因素焊接电弧力包括电磁收缩力、等离子流力电弧动压力、斑点压力三种力;电弧力的影响因素有1、焊接电流和电弧电压,2、焊丝直径,3、电极的极性,4、气体介质,5、钨极端部的几何形状,6、电流的脉动;10、影响焊接电弧稳定性的因素有哪些影响焊接电弧稳定性的因素有1、焊接电源,2、焊接电流和电弧电压,3、电流的种类和极性,4、焊条药皮和焊剂,5、磁偏吹,6、其他因素如操作人员技术、焊件清理情况和环境因素等;第二章焊丝的溶化与溶滴过敏1、焊接溶化速度及影响因素溶化速度Vm 通常以单位时间内焊丝的溶化长度m/h 或m/min或溶化质量kg/h表示;其主要取决于单位时间内加热和溶化焊丝的总能量;影响因素:1、焊接电流的影响电弧热与电流成正比,电阻热与电流的平方成正比;2、电弧电压的影响与电流一起影响溶化速度;3、焊丝直径的影响电流一定时,焊丝直径越细电流密度越大,溶化速度增大;4、焊丝伸出长度的影响焊丝伸长长度越长,电阻热越大,通过焊丝传导的热损失越少,溶化速度越快;5、焊丝材料的影响焊丝材料不同,电阻率不同故对溶化速度的影响也是不同的;6、气体介质及焊丝极性的影响介质不同对阴极电压降和电弧热有直接影响;2、溶滴上的作用力焊接熔滴上的作用力有:1、重力,2、表面张力,3、电弧力,4、爆破力,5、电弧气体吹力等;3、溶滴过度的基本类型根据外观形态,熔滴尺寸以及过渡频率等特征,熔滴过渡通常可分为三种基本类型,即自由过渡、接触过渡和渣壁过渡;自由过渡是指熔滴脱离焊丝末端前不与熔池接触,它经电弧空间自由飞行进入熔池的一种过渡形式;接触过渡是通过焊丝末端的熔滴与熔池表面接触成桥而过渡的;渣壁过渡是渣保护时的一种过渡形式,埋弧焊时在一定条件下熔滴沿熔渣的空腔壁形成过渡;4、短路过渡的特点短路过渡时燃弧、短路交替进行;2、短路过渡时所使用的焊接电流平均值较小,但短路时的峰值电流可达平均电流的几倍;3、短路过渡一般采用细丝,焊接电流密度大,焊接速度快,故对焊件热输入低而且电弧短,加热几种,减小焊接变形;5、射流过渡工艺上的特点射流过渡最富有代表性且用途广泛的一种过渡形式;主要特点有:1、焊接过程稳定,飞溅极少,焊缝成形质量好;2、电弧稳定,对保护气流的扰动作用小,故保护效果好;3、射流过渡电弧功率大,热流集中,对焊件熔透能力强;6、射流过渡临界电流的大小的影响因素1、焊丝成分焊丝成分不同将引起电阻率、熔点、及金属蒸发能力的变化;2、焊丝直径即使同种材料的焊丝,直径不同临界电流值夜不同;3、焊丝伸出的长度焊丝生出长度长,电阻热的预热作用增强,焊丝溶化快,易是想射流过渡,是临界电压值降低;4、气体介质不同气体介质对电弧电场强度的影响不同;5、电源极性直流反接时,焊丝为阳极易于、实现射流过渡;第三章母材的溶化和焊缝成形1、焊缝成形过程电弧焊时,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;其中溶化和凝固时必不可少的过程;焊接过程中由于熔池是移动的,也使各点的温度是变化的;沿着熔池的纵向看,熔池前部的固体母材金属处于急剧升温的阶段并不断被电弧熔化成为液体金属;熔池尾部的液体金属渐离电弧热源,温度降低,不断凝固形成焊缝;2、焊接熔池熔池——在电弧正下方的母材温度超过了熔点,因此必然被熔化,与此同时,填充材料被电弧加热形成熔滴,向母材方向过渡,这两部分金属互相混合在一起,共同形成了具有一定几何形状的液体金属,即所谓的焊接熔池;3、熔合比熔合比γ——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;4、电弧热的损失电弧的热损失包括1、电弧热辐射和气流带走的热量损失;2、用于加热和熔化焊条药皮或焊剂的损失不包括熔渣传导给焊件的那部分热量;3、焊接飞溅照成的热损失;4、用于加热钨极或碳极、焊条头、焊钳或导电嘴等的热损失;5、焊接温度场焊接温度场——指焊接过程中某一瞬间焊接接头上各点的温度分布状态,通常用等温线或等温面来表示;6、焊件比热流及其与电弧参数的关系比热流指单位时间内通过单位面积传入焊件的热量;1、弧长对比热流的影响弧长增大比热流qm 减小,qr分布渐趋平缓;2、电弧电流对比热流的影响电弧电流增加,比热流qm 增大;3、钨极端部角度及端部直径对比热流的影响钨极端部角度减小qm 增加,钨极端部直径减小qm 增大;7、焊接参数对焊缝成形的影响焊接参数对焊缝成形的影响1、焊接电流,在其它条件一定的情况下,随着焊接电流增加,焊缝的熔深和余高均增加,熔宽略有增加;2、电弧电压,在其它条件一定的情况下,提高电弧电压,熔深略有减小而熔宽增大,焊缝余高减小;3、焊接速度,在其它条件一定的情况下,提高焊接速度导致焊接热输入减少,从而焊缝熔宽、熔深和余高都减小;第四章电弧自动控制1、不同电弧方法对程序控制的基本要求是什么1按照要求提前送气或滞后停气2可靠地一次引燃电弧3顺利地熄弧收焊4对受控对象的特征参数进行程序自动控制2、电弧自身调节系统的静特性概念在一定的焊接条件下,在给定焊丝送进速度的条件下,由电弧自身调节系统控制的焊接电弧弧长稳定时的电流与电弧电压之间的关系;3、影响电弧自身调节系统的静特性曲线特征因素1送丝速度Vf当Vf增加时,电弧自身调节系统静特性曲线向右上方移动;2 焊丝伸出长度当伸出长度增加时,电弧自身调节系统静特性曲线向左移动;3 焊丝直径和电阻率当焊丝直径增大或电阻率减小时,将使Ki值减小,电弧自身调节系统静特性曲线向右移动;4 电弧的长度当电弧较长时,电弧自身调节系统静特性曲线几乎垂直于电流轴,这说明ku值很小;4、电弧自身调节溶化极电弧焊和电弧电压反馈调节溶化极电弧焊的电流和电压调节方法1电弧自身调节熔化极电弧焊的电流和电压的调节方法:焊接电弧的稳定工作点就是焊接电源的外特性曲线和电弧自身调节系统静特性曲线的交点,因此通过调节这两条曲线就可以调节焊接电流和电弧电压;在长弧焊的条件下,电弧自身调节系统静特性曲线几乎与电流坐标垂直,应该采用缓降、平的或微升的外特性电源;而在短弧焊条件下,电弧自身调节系统静特性曲线向左弯曲,应该采用陡降或恒流外特性电源;2 电弧电压反馈调节熔化极电弧焊的电流和电压的调节方法:具有电弧电压反馈调节系统的自动电弧焊机是通过改变焊接电源的外特性和送丝给定电压来调节焊接电流和电弧电压的;当焊接电源的外特性不变时,改变送丝给定电压可以调节电弧电压;当给定电压增加时,使电弧电压提高,焊接电流减小;第五章埋弧焊1、埋弧焊的优缺点优点:1、生产效率高,所用的焊接电流大,电弧的熔深能力和焊丝熔敷效率大;2、焊接质量好,一、埋弧焊的焊接参数稳定,焊缝成形好、成分稳定;二、采用熔渣保护,隔离空气的效果好;3、劳动条件好,埋弧自动焊没有刺眼的弧光,不需要焊工手工操作;4、节约金属及电能,薄的焊件可以不开坡口焊接,焊缝中焊丝填充量减少,金属的烧损和飞溅也少;电弧能量利用率高,节省电能;缺点:1、适用的位置受到限制,一般只适用于平焊位置俯位的焊接;2、焊接厚度受到限制,由于埋弧焊时,当焊接电流小时电弧的稳定性变差,不适于焊接厚度小的薄板;3、对焊件坡口加工与装配要求较严,不能直接观察电弧与坡口的相对位置,故必须保证坡口的加工和装配精度;2、埋弧焊的冶金特点和主要冶金反应埋弧焊的冶金特点有1、机械保护作用好,焊接时,焊剂在电弧的作用下发生熔化,并围绕电弧空间形成一个由液态熔渣膜构成的天然屏障,能有效地阻止空气侵入电弧空间;2、焊缝的化学成分稳定,由于埋弧焊时的焊接参数稳定,因此当焊接材料、母材和焊接参数确定以后,焊缝的化学成分波动较小;3、冶金反应充分,埋弧焊时焊接热输入大,使焊接区的金属处于液态的时间长,因而使得液态金属、液态熔渣和气相之间的化学冶金反应更充分,有利于焊缝得到预期的化学成分;同时熔池中的气体、夹杂物容易逸出,有利于消除气孔、夹杂等缺陷;4、焊缝的组织易粗化,这与埋弧焊时使用的焊接电流大,因而热输入大有关;热输入大,使得熔池的体积大,熔池金属高温停留时间长,冷却速度慢,这些因素都使得埋弧焊焊缝晶粒容易长大;埋弧焊的主要冶金反应有1、锰、硅的还原反应:Fe+MnO Mn+FeO, 2Fe+SiO2 Si+2FeO;2、碳的氧化烧损:C+O═CO;3、去氢反应:形成HF,当焊剂中同时含有大量CaF2和SiO2 时,2CaF2+3SiO2═2CaSiO3+SiF4,5SiF4+3H═SiF4 气+3HF,SiF4+2H2O═SiO2 气+4HF;形成OH,在电弧高温的作用下,MnO+H═Mn+OH,SiO2+H═SiO+OH,CO2+H═CO+OH;4、脱硫和脱磷反应增加焊丝中的含锰量,或增加焊剂中的CaO、MnO 等碱性氧化物含量可以减少焊缝中的含硫量,FeS+Mn═MnS+Fe,FeS+CaO═CaS+FeO,FeS+MnO═MnS+FeO;增加焊剂中的CaO 等碱性氧化物的含量可以减少焊缝中磷的含量,2Fe3P+5FeO+3CaO CaO3·P2O5+11Fe,2Fe3P+5FeO+4CaO CaO4·P2O5+11Fe;3、埋弧焊焊丝焊剂匹配的主要依据焊剂与焊丝的选配的依据有1、依据被焊材料的类别及对焊接接头性能的要求,这是选配焊剂和焊丝的主要根据,当被焊材料的种类不同时,或对焊接接头性能的要求不同时,应选择不同的焊剂和焊丝组合;2、依据埋弧焊的工艺特点,如稀释率高,热输入高,焊接速度快等工艺特点选配;4、埋弧焊工艺的主要内容埋弧焊焊接工艺应包括1、焊接准备,包括选择与加工焊件坡口、焊前清理焊丝和焊件、对焊件进行装配等;2、选择焊接工艺方法,包括选择单丝焊或多丝焊,加焊剂衬垫或悬空焊,单面焊或双面焊,单层焊或多层多道焊等;3、选择焊接材料,包括选择焊剂和焊丝;4、选择焊接参数,包括选择焊接电流、电弧电压、焊接速度等,还包括是否采用焊前预热、焊后缓冷或后热、焊后热处理等工艺措施,并确定相关的工艺参数;5、明确操作要求,包括确定所需的工艺装备、焊缝层间清理的方法等;6、制定焊缝缺陷的检查方法及修补技术等;5、埋弧焊方法的主要种类1 对接接头埋弧焊工艺:1 对接接头单面焊1、焊剂铜衬垫法2、水冷滑块式铜垫法3、热固化焊剂衬垫法2 对接接头双面焊1、悬空双面焊法2、焊剂垫双面焊法3、临时工艺衬垫双面焊法4、焊条电弧焊封底双面焊法5、多层双面焊法2 T 型接头和搭接接头埋弧焊工艺1 平角焊法2、船形焊法3 其他方法1多丝埋弧焊2窄间隙埋弧焊3埋弧堆焊第六章钨极惰性气体保护焊TIG一、优缺点优点:1、能够实现高品质焊接,得到优良的焊缝;2、焊接过程中钨电极是不熔化的,故易于保持恒定的电弧长度,不变的焊接电流,稳定的焊接过程,使焊缝很美观、平滑、均匀;3、焊接电流的使用范围通常为5~500A;4、在薄板焊接时无需添加焊丝;在厚板焊接时,由于填充焊丝不通过焊接电流,所以不会产生因熔滴过渡引起电弧电压和电流变化而产生的飞溅现象,为获得光滑的焊缝表面提供了良好条件;5、钨极氩弧焊时的电弧是各种电弧焊方法中稳定性最好的电弧之一;6、可以焊接各种金属材料,如:钢、铝、钛、镁等;7、TIG 焊可靠性高,所以可以焊接重要构件;缺点:1、焊接效率低于其它方法;2、氩气没有脱氧或去氢作用,所以焊前对除油、去锈、去水等准备工作要求严格,否则易产生气孔,影响焊缝的质量;3、焊接时钨极有少量的熔化蒸发,钨微粒如果进入熔池会造成夹钨,影响焊缝质量,电流过大时尤为明显;4、由于生产效率较低和惰性气体的价格较高,生产成本比焊条电弧焊、埋弧焊和CO2 气体保护焊都要高;二、TIG 引弧方法类型1.高频高压引弧和稳弧装置:采用高频振荡器,产生高频高压电击穿钨极与工件之间的间隙,是引燃电弧常用的方法;通常需要产生的高频高压大约为3000V,这时电源的空载电压只要65V左右就可以了;2.高压脉冲引弧和稳弧装置:在钨极与工件之间加一高压脉冲,加强阴极发射电子及两极间气体介质电离而实现引弧;在交流TIG焊时,既可用它来引弧又可用它来稳弧;三、TIG 电极的要求和种类1.对电极的要求及钨极性能应满足三个条件:1引弧及稳弧性能好;2耐高温、不易损耗;3电流容量大;2.钨极材料:1纯钨电极一般在交流TIG焊中使用,当钨电极不需要保持一定的前端角度形状时;2钍钨极一般用于TIG直流正接焊接;3铈钨极使用性能在某些方面优于钍钨;4其他电极包括锆钨极、镧钨极和钇钨极;四、TIG焊接工艺参数有哪些TIG焊焊接参数有:焊接电流、电弧电压电弧长度、焊接速度、保护气体流量、钨极伸出长度、填丝速度等;1 焊接电流是决定焊缝熔深的最主要参数,要按照焊件材料、厚度、接头形式、焊接位置等因素来选定;一般先确定电流类型和极性,然后确定电流的大小;TIG焊开始和结束时对焊接电流通常都采取缓升和缓降;2 电弧电压电弧电压主要影响焊缝宽度,它由电弧长度决定;TIG焊电弧长度根据电流值的大小通常选择在~5mm之间;需要填加焊丝时,要选择较长的电弧长度;3 焊接速度当焊接电流确定后,焊接速度决定单位长度焊缝的热输入;提高焊接速度,熔深和熔宽均减小;反之,则增大;如果要保持一定的焊缝成形系数,焊接电流和焊接速度应同时提高或减小;4 焊丝直径与填丝速度焊丝直径与焊接板厚及接头间隙有关;当板厚及接头间隙大时,焊丝直径应选大一些,焊丝的送丝速度则与焊丝的直径、焊接电流、焊接速度和接头间隙等因素有关;一般焊丝直径大时送丝速度慢,焊接电流、焊接速度和接头间隙大时,送丝速度快;5 保护气体流量TIG焊决定保护效果的主要因素有保护气流量、喷嘴尺寸、喷嘴与母材的距离、外来风等;保护气流量的选择通常首先要考虑所需保护的范围、焊枪喷嘴尺寸以及所使用焊接电流的大小;6钨极直径与形状钨极直径要根据焊接电流值和极性来选取;在同一直径下,直流正接时允许的电流数值较大,而直流反接及交流焊接时允许的电流小;7钨极伸出长度对焊接保护效果及焊接操作性均有影响;该长度应根据接头的形状确定;内角焊缝要求电极伸出长度最长,卷边焊缝只需很短的电极伸出长度,甚至可以不伸出;确定各焊接参数的顺序是:根据被焊材料的性质,先选定焊接电流的种类、极性和大小,然后选定钨极的种类和直径,再选定焊枪喷嘴直径和保护气体流量,最后确定焊接速度;在施焊的过程中根据情况适当地调整钨极伸出长度和焊枪与焊件相对的位置;五、脉冲TIG的特点1由于采用脉冲电流,可以减小焊接电流的平均值,可以用较低的热输入而获得足够的熔深2可调焊接参数多,便于精确地控制电弧能量及其分布,易获得合适的熔池形状和尺寸;3在焊接过程中,脉冲电流对点状熔池有较强的搅拌作用,可以减小热敏感金属材料产生裂纹的倾向;4每个焊点加热和冷却迅速,很适于焊接导热性能强或厚度差别大的焊件;第七章熔化极氩弧焊一、特点优点:1、电弧空间无氧化性,能避免氧化,焊接中不产生熔渣,在焊丝中不需要加入脱氧剂,可以使用与母材同等成分的焊丝进行焊接;2、与CO2 电弧焊相比较,熔化极氩弧焊电弧稳定、熔滴过渡稳定,焊接飞溅少,焊缝成形美观;3、与钨极氩弧焊相比较,焊丝和电弧的电流密度大,焊丝熔化速度快,熔敷效率高,母材熔深大,焊接变形小,焊接生产率高;4、MIG 焊采用焊丝为正的直流电弧焊接铝及铝合金时,对母材表面的氧化膜有良好的阴极清理作缺点:1、氩气及混合气体比CO2 气体的售价高,熔化极氩弧焊的焊接成本比CO2 电弧焊的焊接成本高;2、MIG 焊对工件、焊丝的焊前清理要求较高,即焊接过程对油、锈等污染比较敏感;二、亚射流过渡只在铝及铝合金MIG焊时才会出现的一种熔滴过渡形式,其特征介于短路过渡和射滴过渡之间;弧长比较短,电弧向四周扩展为碟形,存在熔滴短路过程,电弧略微带有爆声;形成亚射流过渡的弧长La介于2~8mm之间;弧长小于2 mm时形成短路过渡,弧长大于8 mm时形成射滴过渡;形成亚射流过渡的弧长因电弧电流大小而取不同的数值,弧长取下限时具有部分短路过渡的特征;弧长取上限时具有部分射滴过渡的特征;三、电弧固有自身调节系统焊接电流和电弧电压的调节方法从理论上讲焊接电流应通过改变电源输出的外特性曲线来调节,电弧电压应通过改变送丝速度来调节,而且调节后弧焊电源输出的外特性曲线与等熔化特性曲线的交点最好处于亚射流过渡区间段的中心点上;通常采用送丝速度和焊接电流一元化调节,即在调节弧焊电源的外特性曲线的同时自动调节送丝速度;四、熔化极氩弧焊的主要焊接参数主要包括:焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、焊丝倾角、焊丝直径、保护气体的种类及其流量等;1焊接电流和电弧电压:通常是根据焊件的厚度及焊缝熔深选择焊接电流及焊丝直径;根据焊接电流确定送丝速度,在焊丝直径一定的情况下,再根据焊接电流匹配合适的电弧电压从而形成合适的熔滴过渡形式及稳定的焊接过程;2焊接速度:在确定的焊件厚度、焊接电流及电弧电压下,根据焊缝成形及焊接电流确定合适的焊接速度;3焊丝伸出长度:焊丝的伸出长度增加,其电阻热增加,焊丝的熔化速度增加;对于短路过渡焊接,合适的伸出长度为6-13 mm;其它形式的熔滴过渡焊接,合适的伸出长度为13~25 mm;4保护气体流量:流量过大或过小,就会造成紊流;常用的熔化极氩弧焊喷嘴孔径为20mm左右,保护气体流量为10~30L/min;大电流熔化极氩弧焊时,应用更大直径的喷嘴,需要更大的保护气体流量;五、脉冲熔化极氩弧焊熔滴过渡控制形式根据脉冲电流各参数值及熔滴过渡的不同,具有三种熔滴过渡控制形式:一个脉冲电流过渡一个熔滴,即一脉一滴;一个脉冲电流过渡多个熔滴,即一脉多滴;多个脉冲电流过渡一个熔滴,即多脉一滴;第八章CO2焊接一、优点1、CO2 焊是一种高效节能的焊接方法;2、用粗丝焊丝直径≥φ1.6mm焊接时可以使用较大的电流,实现射滴过渡;3、用细丝焊丝直径<φ1.6mm焊接时可以使用较小的电流,实现短路过渡;4、CO2 焊是一种低氢型焊接方法,焊缝的含氢量极低;5、CO2焊所使用的气体和焊丝价格便宜,焊接设备在国内己定型生产,为该方法的应用创造了十分有利的条件;6、CO2 焊是一种明弧焊接方法,焊接时便于监视和控制电弧和熔池,有利于实现焊接过程的机械化和自动化;用半自动焊焊接曲线焊缝和空间位置焊缝十分方便;二、冶金特点1、合金元素氧化问题CO2 焊焊接时,CO2 在高温时要分解,具有强烈的氧化作用,会使合金元素烧。
“焊接方法及设备”思考题第一章焊接电弧1、焊接电弧的物理本质是什么?它具有什么特点?电弧的本质是气体放电,是气体放电的一种表现形态。
特点:电压最低、电流最大、温度2、电弧中带电粒子的产生的方式主要有哪些?1)中性粒子电离2)阴极电子发射3、气体的电离电压、材料的电子逸出电压与电弧稳定性之间有什么关系?电离电压越低,越容易引弧,稳弧性好逸出功越小,引弧越容易,稳弧性能越好4、热阴极(如TIG焊)电子产生的主要方式是什么?冷阴极(如MIG焊)电子产生的主要方式是什么?热:热发射冷:场致发射光发射粒子碰撞发射5、常用的引弧方式有哪些?常用的电弧焊方法各采用什么方式引弧?1、接触引弧焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊2、非接触引弧钨极氩弧焊,等离子弧焊6、焊接电弧由哪几部分构成?其电弧电压的表达式是什么?由阴极区、阳极区和弧柱区三部组成。
电弧电压:Ua=Uc+Uk+UA弧柱电压Uc 阳极电压UA阴极电压Uk7、简述阴极区和阳极区的导电机构阴极区:电子流阳极区:A+8 阴极斑点和阳极斑点各有何特点阴极斑点电流密度大,温度高跳跃性和粘着性存在斑点力自动寻找氧化膜—阴极清理作用(或阴极雾化作用),对铝、镁合金的焊接非常重要。
阳极斑点阳极斑点则有避开氧化膜而去自动寻找纯金属表面的倾向。
产生阳极斑点力,但该斑点力小于阴极斑点力。
9、最小电压原理的含义是什么?在电流和周围条件一定时,处于稳定燃烧状态的电弧,其电弧导电半径(r)或温度(T)应使弧柱的电场强度(E)具有最小值。
也就是说,电弧具有保持最小能量消耗的特性。
10、电弧所受的力有哪些?电磁收缩力、等离子流力、斑点压力、短路爆破力11、什么是焊接电弧的静特性和动特性?焊接电弧静特性在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下,电弧稳定燃烧时,焊接电流与电弧电压的关系。
焊接电弧的动特性弧长一定时,当焊接电流发生连续快速变化时,电弧电压与电流瞬时值之间的关系。
反映电弧导电性能对电流变化的响应能力。
第2章电弧焊熔化现象母材熔化特征和焊缝形状尺寸熔池金属的对流和对流驱动力焊接参数与工艺的影响焊缝成形缺陷及形成原因2.1 母材熔化与焊缝成形1. 母材熔化特征和焊缝形状尺寸1)母材的熔化热与温度分布熔池温度测量示例(铝)(MIG, I=390~430A, v =26cm/min, Ua=39~41V )电弧产热借助于传导、辐射、电子能量、熔滴、等离子气流等传入母材。
aU I Q ⋅⋅=ηTIG热效率达50~70%。
气体保护焊熔滴过渡把热量带给母材,达70~80%熔池内部以靠近热源处的温度较高,随着与热源距离的增加而单调减小。
钢材料熔池金属过热度较低,温度值比较接近熔点。
对于钢的熔池,熔化金属产生的热输送的影响较大。
钢材料熔池温度测量示例(a) GTA, Ar, t=6mm, I=250A, v=9.3cm/min; (b) GTA, Ar, t=3mm, I=145A, v=11.2cm/min2)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。
母材熔化形态分类①单纯熔化型单纯熔化型与从热传导理论计算得到的形状接近,呈现半圆形。
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,能够产生热传导型熔化。
②中心熔化型是指与周围区域相比,电弧正下方产生了很深的熔化。
产生在细径焊丝大电流焊接中。
其原因是电弧力或等离子气流对熔池的挖掘作用。
③周边熔化型是指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。
对于气体保护熔化极电弧焊接,其母材熔化的形状多数场合呈现中心熔化型,根据保护气体种类及电弧长度等因素的不同。
熔化形态差别很大。
阴极斑点的形成与熔池形状a) 惰性气体保护下MIG焊母材熔化形态。
焊丝作为阳极,熔滴以喷射状过渡,焊丝的前端被削成很尖锐形状。
第一章焊接电弧1、熔焊的基本特征:焊接时母材熔化而不施加压力。
物理本质:在不施加外力的情况下,利用外加热源使使母材被连接处以及填充材料发生熔化,使液相与液相、液相与固相之间的原子或分子紧密地接触和充分地扩散,使原子间距达到ra,并通过冷却凝固将这种冶金结合保持下来的焊接方法。
2、熔焊的特点:(1)焊接时母材局部在不承受外加压力的情况下呗加热熔化(2)焊接时必须采取有效的隔离空气的措施(3)两种材料之间须有具有必要的冶金相容性(4)焊接时焊接接头经历了更为复杂的冶金过程。
3焊接电弧:是由焊接电源供给能量,在具有一定电压的两电极之间或电极与母材之间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。
其物理本质:是一种在具有一定电压的两电极之间的气体介质中所产生的电流量大、电压最低、温度最高、发光最强的自持放电现象。
4、气体放电具备条件:一必须有带电粒子,二在两电极之间必须有一定强度的电场。
5、阴极斑点:电弧燃烧时通常在阴极表面上可以看到一个很小但很光亮的斑点是电子集中发射的地方电流密度大6、阴极区导电机构有:热发射型、场致发射型、等离子型。
7、最小电压原理含义:在电流和周围条件一定的情况下,稳定燃烧的电弧将自动选择一适当的断面,以保证电弧的电场强度具有的数值,即在固定弧长上的电压最小。
这意味着电弧总是保持最小的能量消耗。
8、焊接电弧力:1、电磁收缩力 2、等离子流力 3、斑点压力: 1)正离子和电子对电极的冲撞力2)电磁收缩力3)电极材料蒸发产生的反作用力9、焊接电弧力的影响因素:1、焊接电力和电弧压力 2 、焊丝直径 3 、电极的极性 4 、气体介质 5、钨极端部的几何形状 6、电流的脉动10、焊接电弧的静特性(大题)焊接电弧的静特性是指在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下,电弧稳定燃烧时,焊接电流与电弧电压变化的关系,也称伏-安特性。
1、弧柱电压降:由Uc=I(lc/Scrc)=jc(lc/rc)可知,电压降Uc与电流密度jc成正比,而与其电导率rc成反比。
陕西三和学院焊接工《艺教案】焊接教研组:和炜刚2011-11-18@目录绪论 (5)一、基本要求 (5)二、基本概念: (5)三、重点 (6)四、难点 (6)五、学时数 (6).六参考资料 (6)七辅助资料 (6)八基本内容 (6)第一章焊接电弧 (8)一基本要求 (8)二基本概念 (8)三难点 (8)四重点 (8)¥五学时数 (9)六参考资料 (9)七辅助资料 (9)第二章焊丝的加热及熔滴过渡 (19)一、基本要求 (19)二、基本概念 (19)三、重点 (19)四、难点 (20)"五、学时数:4小时 (20)六、参考资料 (20)七、辅助资料 (20)八本章要点 (20)第三章母材熔化和焊缝成形 (25)一、基本要求 (25)二、基本概念 (25)三、重点 (25):六、参考资料 (26)七、辅助资料 (26)八本章要点 (26)第四章焊条电弧焊一、基本要求 (259)二、基本概念 (259)'三、重点 (259)四、难点 (259)五、学时数 (269)六、参考资料 (269)七、辅助资料 (269)八本章要点26第五章埋弧焊 (36)一、基本要求 (36),二、基本概念 (36)三、重点 (36)四、难点 (36)五、学时数 (37)六、参考资料 (37)七、辅助资料 (37)八本章要点 (37)第六章钨极氩弧焊 (47)、一、基本要求 (47)二、基本概念 (47)三、重点 (47)四、难点 (47)五、学时数 (47)六、参考资料 (47)七、辅助资料 (48)八本章要点 (48)…第七章熔化极氩弧焊 (59)一、基本要求 (59)二、基本概念 (59)五、学时数 (59)六、参考资料 (60)七、辅助资料 (60)—八本章要点 (60)第八章二氧化碳气体保护焊 (70)一、基本要求 (70)二、基本概念 (70)三、重点 (70)四、难点 (70)五、学时数 (70)六、参考资料 (70)\七、辅助资料 (70)八本章要点 (71)第九章等离子弧焊接 (79)一、基本要求 (79)二、基本概念 (79)三、重点 (79)四、难点 (79)五、学时数 (79)-六、参考资料 (79)七、辅助资料 (79)八本章要点 (79)第十章其他先进焊接方法 (85)|]/绪论\一、基本要求掌握基本概念、理解焊接本质、特点及分类二、基本概念:1)焊接焊接是通过适当的物理化学方法,使两个分离的固体产生原子间的结合力,从而实现连接的一种方法。
绪论(一)填空1.焊接是通过()或(),或两者并用,并且用或不用(),使焊件间达到()的一种加工方法。
2.焊接与其他金属连接方法最根本的区别在于,通过焊接,两个焊件不仅在宏观上建立了(),而且在微观上形成了( )。
3.按焊接过程中金属所处的状态不同,可以把焊接方法分为()、()和()三大类。
4.熔焊是指()的焊接方法。
5.压焊就是在焊接过程中,无论加热与否,必须()。
(二)简答焊接过程的实质是什么?(三)分析讨论本教材的学习目标及重点是什么?答案(一)1.加热加压填充材料原子间结合2.永久性连接原子间距离缩小3.熔焊压焊钎焊4.在焊接过程中,将待焊处的母材熔化,但不加压以形成焊缝5.对焊件施加一定压力以完成焊接的方法(二)使两个分开的物体(焊件)达到原子结合。
第一单元焊接热过程综合知识模块一焊接热过程及其特点(一)填空1.在焊接热源作用下( ),同时出现()现象,而且这种现象贯穿整个焊接过程的始终,这就是焊接热过程。
2.在焊接条件下,热源离开后被熔化的金属便快速连续冷却,并发生()和()过程,最后形成()。
(二)简答1.焊接热过程的两个基本特点是什么?2.焊接热过程对焊接质量主要有哪几个方面的影响?答案(一)1.金属局部被加热与熔化热量的转播与分布2.结晶相变焊缝(二)1.集中热、瞬时热。
2.焊缝质量;导致近缝区发生组织与性能变化;导致应力集中与焊接变形;影响焊接生产率。
综合知识模块二焊接热源(一)填空1.焊接热源主要的三个特征是()、()和( )。
2.在焊接过程中由热源所产生的热量并不是全部被利用,而是有一部分热量损失于(),即焊件吸收到的热量()热源所提供的热量。
我们把焊件(包括母材与填充金属)所吸收的热量叫做( )。
3.理想的热源应该是具有()、()、()等特点。
(二)简答1.生产中常用的焊接热源有哪些?2.比较电弧焊与电渣焊的焊接热源的特点及热效率。
(三)分析讨论分析各种焊接方法所用的焊接热源的特点,讨论一下不同的焊接热源的热效率。
1、根据电流种类如何划分焊接电弧类型?掌握每类焊接电弧的应用特点。
答:直流电弧、交流电弧,脉冲电弧。
直流电弧的极性对于熔化极电弧焊来说,由于受熔滴过渡稳定性的影响,通常是直流反接时的电弧稳定性好于直流正接。
对于钨极氩弧焊来说,直流正接时的电弧稳定性好于直流反接时的稳定性。
2、什么是电极斑点?形成阴(阳)极斑点的条件有何异同?答:在电弧燃烧时,电极表面很小很亮的斑点。
阴极斑点形成的条件:1、该点应具有氧化物2、电弧通过该点时能量消耗较小。
阳极斑点形成条件:1、该点有金属蒸发2、电弧通过该点时弧柱消耗能量较低。
3、形成电弧磁偏吹的实质是什么?举例说明。
答:实质:电弧周围磁场分布的均匀性受到破坏,使焊接电弧偏离焊丝或焊条的轴线而向某一方向偏吹。
比如:平行电弧间产生的磁偏吹、地线接线位置产生的磁偏吹、电弧一侧铁磁物体引起的磁偏吹。
4、焊接电弧的引弧方式有哪些?各有何特点?举例说明其应用。
答:接触式引弧:焊条或焊丝和焊件分别接通于弧焊电源的两极,将焊条或焊丝与焊件轻轻地接触,然后迅速提拉,这样就使焊丝或焊条与焊件之间产生了一个电弧。
焊条电弧焊、埋弧焊等。
非接触式引弧:在电极和焊件之间存在一定间隙,施以高电压击穿间隙使电弧引燃。
钨极氩弧焊、等离子弧焊等。
5、什么是最小电压原理?并利用该原理解释为什么用风扇对着电弧吹时电弧会收缩。
答:在电流和周围条件一定的情况下,稳定燃烧的电弧将自动选择一适当的断面,以保证电弧的电场强度具有最小的数值,即在固定弧长上的电压最小。
电弧收缩,断面面积减小,也就减少了电弧表面散失的热量,从而使电场强度增加的幅度减小。
焊丝熔化与熔滴过渡1、何谓焊丝的干伸长度?干伸长度与焊丝熔化有怎样的关系? 答:导电嘴的接触点到电弧端头的一段焊丝的长度,即焊丝的伸出长度。
其他条件不变,干伸长度越长,焊丝速度越快。
2、何谓焊丝熔化速度?影响焊丝熔化速度的主要因素有哪些?答:单位时间内焊丝的熔化长度或熔化质量。
第三章 母材熔化和焊缝成形熔化焊时,被焊金属(母材)和填充金属在热源作用下熔融在一起,并形成具有一定几何形状的液体金属叫熔池,冷却凝固后则称谓焊缝。
焊缝成形的好坏是衡量焊接质量的主要指标之一。
本章将讨论在电弧热和力作用下母材的熔化、熔池和焊缝的形成、对接接头焊缝成形的基本规律及对焊缝成形的控制。
第一节 焊缝和熔池的形状及尺寸焊接接头的形式很多,不同的接头形式其焊缝形状亦有所不同。
一、 焊缝形状尺寸及其影响焊缝的形状通常是指熔化焊缝区横截、熔宽面和余高来表的形状,一般以熔深H 、熔宽B 和余高a 来表示,如图3-1所示。
其中熔深是对接接头焊缝最重要的尺寸,它直接影响到接头的承载能力。
熔宽和余高则应与熔深具有恰当的比例,因而采用焊缝成形系数(/)B H φφ=和余高系数(/)B a ψψ=来表征焊缝的成形特点。
焊缝成形系数φ的大小影响到熔池中气体逸出的难易、熔池的结晶方向、焊缝中心偏析的严重程度等。
φ的大小要受到焊接方法及材料对焊缝产生裂纹和气孔的敏感性,即熔池合理冶金条件的制约。
一般而言,对于裂纹和气孔敏感的材料,其焊缝的φ值应取大一些。
此外,φ值的大小还受到电弧功率密度的限制。
对于常用的电弧焊方法,焊缝的φ值一般取1.3~2 。
堆焊时为了保证堆焊层材料的成分和高的生产率,要求熔深浅,焊缝宽度大,此时φ值可达10左右。
焊缝余高可避免熔池金属凝固收缩时形成缺陷,也可增加焊缝截面,提高结构承受静载荷能力。
但余高太大将引起应力集中,从而降低承受动载荷能力,因此要限制余高的尺寸。
通常对接接头的余高应控制在3mm 以下,或者余高系数ψ大于4~8。
对重要的承受动载荷的结构,焊后应将余高去除。
理想的角焊缝表面最好是凹形的(图3-1),对对于重要结构,可在焊后除去余高,磨成凹形。
焊缝的熔深、熔宽和余高确定后,基本确定了焊缝横截面的轮廓。
焊缝准确的横截面形状及面积可由焊缝断面的粗晶腐蚀确定,从而可确定母材金属在焊缝中所占的比例,即焊缝的熔合比。
m m HA A A γ=+ 式中m A ------母材金属在焊缝横截面中所占面积;H A -----填充金属在焊缝横截面中所占面积。
由图3-1可见,当坡口和熔池形状改变时,熔合比都将发生变化。
在电弧焊接各种高强度合金结构钢和有色金属时,可通过改变熔合比的大小来调整焊缝的化学成分,降低裂纹的敏感性和提高焊缝的力学性能。
二、熔池的形状和焊缝的形成电弧焊过程中,母材金属和填充金属在电弧的直接作用下被强烈加热、熔化而混合在一起,同时电弧正下方的熔池中的液体金属在电弧力的作用下被排向熔池尾部,并在电弧力、本身重力和表面张力等共同作用下保持有一定的液面差,形成了具有一定形状和尺寸的熔池,如图3-2所示。
随着电弧向前移动,工件接缝处不断熔化,熔池逐渐向前移动,熔池尾部液体金属的温度不断降低。
当液体金属温度下降到金属的凝固温度时,便逐渐冷凝结晶而形成焊缝。
因此焊缝的形状是由熔池的形状决定的。
所有影熔深响熔池形熔状的因素都将影响到焊缝成形。
电弧是使工件加热、熔化形成熔池的热源,因此电弧的特性就决定了熔池的形状。
熔池的形状还与各种焊接工艺因素有关,如接头形式、空间位置、坡口形状和间隙尺寸等。
为了得到成形良好的焊缝,就必须弄清各种因素对焊缝成形的影响和了解焊缝成形的基本规律。
第二节 电弧与熔池形状的关系电弧除了对熔池具有热作用之外,还存在力的作用,应从电弧热作用和力作用两个方面来讨论电弧对熔池的影响。
一、电弧热输入对熔池形状尺寸的影响电弧的热量使工件受热熔化,但电弧的热量中只有一部分输入工件,且在工件上的分布亦是不均匀的。
因此要首先知道电弧的热输入、热效率及工件上的热量分布,才能对熔池的形状尺寸加以分析。
(一)电弧的热输入直流电弧对工件的热输入功率P 可表示为:P=0.24ηUI式中 η--------电弧加热工件的热效率;U-------电弧电压;I--------焊接电流。
如果用交流电进行焊接,考虑到波形的非正弦性,在上式右边还要乘一系数K (K=0.7~1.97),此时U 、I 为有效值。
电弧加热工件的热效率η可用下式表示:P P η-=='工件热输入功率电弧热功率电弧热损失的总和电弧热功率电弧热功率式中 P '——电弧热功率,P '=0.24UI 。
其中电弧热损失包括以下几个方面:(1)弧柱热辐射和气体对流、传导的热损失。
(2)传入焊枪和电极(钨极)等的热损失。
(3)加热和熔化焊条药皮或焊剂的损失(不包括渣传导给工件的那部分热量)。
(4)飞溅造成的热损失。
表1-9给出了各种弧焊方法的热效率η。
埋弧焊的电弧空间被液态的渣膜所包围,电弧辐射、对流和飞溅等造成的热损失很小,因而埋弧焊的热效率最高。
熔化极电弧焊电极所吸收的热量可由熔滴带入熔池,故熔化极电弧焊的热效率较高。
而不熔化极电弧焊电极吸收的热量都将被焊枪或冷却水带走,而不能传递到母材中去,所以热效率最低。
热效率η还与选用的焊接规范有关。
在其它条件相同时,弧长越长,η越小。
此外,η还与熔滴过渡的稳定性有关,当飞溅增大时,η减小。
选定合适的η值就可求出P(或者用量热法直接测定),然后利用有关的热计算公式就可以近似地分析熔池的尺寸。
(二)焊接熔池的计算在电弧热作用下,工件上温度等于熔点的等温面所包围的液体金属区域称为焊接熔池。
在进行焊接热计算时,通常将电弧看作集中热源作用在体积为零的点、线或面上。
这里主要讨论连续移动点热源的熔池计算问题。
为了简化温度场的计算公式,需做如下假定:1. 工件是半无限大物体。
2. 在整个焊接过程中,材料的热物理常数不随温度而变化。
3. 在任何温度下材料都处于固态,不发生任何相变。
4. 温度场处于准稳态,各种条件不随时间变化。
5. 不考虑力的作用和熔池金属的流动。
在以上假定条件下,通过求解热传导微分方程,得出工件上任意一点A的温度为(图3-3)ρ——密度;υ——热源移动的速度。
由上式计算的厚大焊件上点状移动热源的温度场如图3-4所示。
由此可得出以下几点:1)在电弧前方熔池的温度梯度较大, 而在电弧后方熔池的温度梯度较小。
2)在工件表面的等温线(包括熔池形状)近似椭圆形,但熔池头部较宽,而尾部较尖。
3)在垂直焊接方向平面上的等温线(包括熔池)均为半圆形,也就是焊缝的熔宽B 与熔深H 之间的关系为B=2H 。
将T=Tm (Tm 为金属的熔化温度)、x=-R 和x=R 分别代入式(3-1)中,可进一步得出如图3-5所示的熔池尾部长度l 2和前部长度l 1的表达式:2mP l 2T πλ= (3-2) 11(ln ln )ln 22m m aP a P l l T T υπλυπλ=-≈ 由此可见,熔池尾部长度l 2与P 成正比,与 热源移动速度v 无关。
熔池 前部长度l 1虽随P 增大而 增大,但不是正比的关 系,与热源移动速度v 则成反比关系。
当v 大时,l 1很小,熔池总长度l 近似等于熔池的尾部长度l 3。
表3-1是根据式(3-1)在不同的P和v值时计算出的熔池尺寸值。
从中可知,熔池宽度B 和熔池深度H用点热源公式计算出的B=2H。
式(3-1)是在一些假定条件下得出的,由此计算出的熔池尺寸值与实际存在着很大的差异。
尽管如此,仍可以从公式中清楚地看出各个物理量之间的关系以及某些条件变化时,温度场分布的变化规律。
以上介绍的是用解析法来计算熔池尺寸,该法只能求解比较简单的问题,而对于象焊接熔池这样复杂的问题,必须事先做前述的若干假设,使问题简化才能求解。
如果藉助计算机采用数值解法,则无需那么多的假设,就可得出与实际比较接近的结果。
因此数值解法正逐渐得到人们的重视和普遍应用。
常用的数值解法有有限差分法、有限元法以及数值积分法,这方面内容可参阅有关资料。
(三)工件上的比热流分布及对熔池尺寸的影响前面讨论了点热源计算问题,但实际电弧并非是点热源,而是一个分布热源。
它通过半径为r 的圆面积输入工件,热量在这个圆面积上近似地服从正态分布,即距电弧轴线距离为r 处的比热流:2()kr m q r q e-=式中 k------电弧集中系数; m q --------工件表面电弧轴线上的比热流值,m q =kP/π。
假设在r=r 处的q (r )=0.05m q ,即当r >r 时的P 可忽略不计,则r =可见r k 越大,则分布半径r 越小,轴线上 的比热流越m q 大。
工件上的比热流分布与弧柱气体的成分、电弧电压、焊接电流、焊丝直径等多种因素有关,图3-6和图3-7分别为由实验测得的钨极氩弧焊的弧长及焊接电流与比热流分布的关系。
可见,随弧长增大,电弧功率P 增大,阳极功率P A 亦增大(由于η减小,故P A 增大的较小),而比热流m q 减小,表明电弧集中系数k 随弧长增大而减小了。
随电流增大,电弧功率和阳极功率均增大,同时弧柱也扩张,分布半径r 增大,m q 虽有所增大,但是k 有所减小。
显然,既使P一定,作用在工件上的比热流大小及分布不同,将直接影响到熔池的尺寸及形状。
图3-8为用有限元法计算的固定电弧的分布半径r与熔深、熔宽之间的关系。
当工件热输入p一定时,r越大,则熔深越小;而熔宽的变化还与热源作用时间t有关。
当t小时,随r的增大熔宽减小;当t大时,随r增大,在一定的r内熔宽还可稍许增大。
熔宽与熔深之比不像用点热源公式计算得出的那样始终成2:1,而是随比热流分布的变化,也就是随r的变化而变化。
二、力对熔池形状尺寸的影响熔池所受到的力除了电弧的压力之外,还有熔池自身的重力、电磁力及表面张力等。
这些力使热源作用位置发生改变,熔池中液体金属发生流动,这些都将影响到熔池的形状尺寸。
(一)力对热源作用位置及熔池形状的影响在前面熔池的计算中,假设点热源作用在工件表面上。
但由于电弧压力的作用,熔池表面将产生凹陷,实际上热源是作用在熔池的凹陷处。
凹陷越深,热源下移的距离越大,熔深相应增大。
使熔池表面产生凹陷的电弧力大小主要与焊接电流有关,如图3-9所示。
电流增大时,电弧中心最大压力max P 增大,此时m q 亦增大,因此熔深也增大。
在熔化极气体保护焊采用射流过渡焊接时,使熔池凹陷的力还有熔滴金属对熔池的冲击力,它对指状熔深的形成起着重要作用。
熔滴的过渡频率和进入熔池时的速度越高,形成的凹陷就越深。
(二)力对熔池金属流动及熔池形状的影响在电弧力的作用下,熔池表面产生凹陷,液态金属被排向熔池尾部,使熔池尾部的液面高出工件表面,凝固后则成为焊缝的余高。
此外,熔池还受到下述各种力的作用:1. 熔池金属的重力它的大小正比于熔池金属的密度和熔池体积。
该作用力使熔池金属流动的方向与焊接的空间位置有关。
在平焊以外的各种空间位置焊接时,它往往是破坏熔池稳定性,使焊缝成形变坏的重要因素。