母材熔化和焊缝成形PPT课件

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母材熔化和焊缝成形
3.1 焊缝形成过程及焊缝形状尺寸 3.2 熔池形状与焊接电弧热的关系 3.3 熔池受力及其对焊缝成形的影响 3.4 焊接工艺对焊缝成形的影响 3.5 焊缝成形缺陷及其防止
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本章提示
• 本章重点:①焊缝形状尺寸;②焊接温度场;③熔池受力;④焊接工艺对焊缝成形的影响;⑤主要焊缝成 形缺陷。
(2)成形系数φ φ=B/H(宽深比)——深宽比H/B
普通电弧焊φ=1.3~2.0 高能密度焊φ<1 堆焊φ≈10 • φ的大小的意义:影响熔池中气体逸出的难易,熔池的结晶方向,成份偏析,裂纹倾向等 • Φ的大小受焊接方法及材料的冶金条件的制约,如材料的裂纹倾向、气孔敏感性等。
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3.1 焊缝形成过程及焊缝形状尺寸
3.4 焊接工艺对焊缝成形的影响
(5)工件倾角(一般采用上坡焊) a.上坡焊 β≤6°~12° ——H增大,B减小,a增大 ∵液体金属的重力有助于熔池金属排向熔池底部。 如β>6°~12°,a过大,焊缝两侧易产生咬边,成形恶化。
焊接方向
β
第28页/共37 β≤6°~8° ——H减小,a减小,B增大,改善成形。 如β继续增大,易产生熔深不足、焊瘤
I 图3.9 焊接电流对焊缝成形的影响
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3.4 焊接工艺对焊缝成形的影响
(2)电弧电压U a.U增大 则弧长增加,加热面积增大 ——B增加 b.U增大 弧长增加,则散热增大,η减小 ——H减小 c.U增大 弧长增加,过渡金属量变化不大,而熔敷面积S增大 ——a减小
所以,U增大——B增加,H减小,a减小
影响熔池轮廓。
电磁力
电流
熔池 图3.3 电磁力引起的对流
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3.3 熔池受力及其对焊缝成形的影响
(3)表面张力 熔池金属各处成分、温度不均匀,引起各处表面张力大小不同,因此沿表面形成表面张力梯度dσ/dr。
表面张力
熔池 图3.4 表面张力引起的对流
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3.3 熔池受力及其对焊缝成形的影响
3.4 焊接工艺对焊缝成形的影响
• 其他工艺因素的影响 (1)电流种类和极性
a.TIG方法焊接钢、Ti等材料 H:直流正接>交流>直流反接 ∵正接时,阳极(焊件)析出的热量较大; 焊接Al、Mg合金材料,考虑阴极清理作用,采用交流; 焊接薄件,直流反接。
b.熔化极电弧焊 H、B:直流反接>交流>直流正接
表面张力流的影响 (1)液态金属表面张力
a.纯金属
σ
T 图3.6 纯液态金属中的表面张力变化
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3.3 熔池受力及其对焊缝成形的影响
b.含有表面活性元素(O、S等)
σ
(2)微量元素对熔池现象的影响
T ( 3 ) 焊 接 熔 池 表 面 张 力 流 对 熔 池 形图状3的.7影表响面活性元素对表面张力的影响
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3.2 熔池形状与焊接电弧热的关系
• 焊件比热流与焊接参数的关系 (1)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。
图3.1 不同焊接热流密度分布模型
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3.2 熔池形状与焊接电弧热的关系
(2)比热流分布与电弧参数之间的关系 a.弧长对比热流的影响 弧长变化影响电弧热效率、电弧能量集中程度,从而影响比热流。教材图3-6。 b.电弧电流对比热流的影响 电弧电流变化影响热输入,从而影响比热流,教材图3-7。 c.钨极端部角度和直径的影响 教材图3-8
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3.3 熔池受力及其对焊缝成形的影响
γ
γ
温度T TB < TC γB>γC
B
C
B
温度T TB < TC γB<γC
BC B
熔池 熔池
图3.8 表面张力流对熔池形状的影响示意图
作业:根据图3.8简述表面张力对熔池 形状的影响。
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3.4 焊接工艺对焊缝成形的影响
• 焊接参数对焊缝成形的影响 (1)焊接电流 I
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3.2 熔池形状与焊接电弧热的关系
(2)焊接电弧的热效率η 电弧功率: Q0=IUa=I(UC+UA+UP) 电弧的有效功率: Q=ηQ0 η——热效率,与焊接方法有关
η=焊件热输入功率/电弧热功率 =(电弧热功率-电弧热损失的总和)/电弧热功率
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3.2 熔池形状与焊接电弧热的关系
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3.5 焊缝成形缺陷及其防止
• 其他
a.表面波纹不均
b.焊道宽度不均
(a)
(b)
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c.蛇形焊道 d.表面缩孔
(c)
(d)
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感谢您的观看。
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• 咬边 定 义 : P. 6 8 产生原因:多是由于焊接速度过快,润湿性不好的熔融金属没有及时填充到熔化了的母材部分区域。 防止措施:选择合适的焊接速度、焊接电流、电弧电压。
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3.5 焊缝成形缺陷及其防止
• 焊瘤 定 义 : P. 6 9 两种形态:a.流出焊缝形成。 产生原因:填充金属过多或熔池重力作用。 b.在焊缝上形成。 产生原因:多数是由于不稳定的熔滴过渡造成。 防 止 措 施 : P. 6 9
• 熔池中的对流驱动力 (1)等离子流力(动压力)
属于电弧压力的一种形式,从中心向周边作用。
等离子气流
熔池 图3.2 等离子流力引起的对流
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3.3 熔池受力及其对焊缝成形的影响
(2)电磁力(静压力) 熔池内部流动的电流产生的电磁力。
该力指向电流发散的方向,促进熔池对流,即电弧正下方熔池中心向熔池底部流动。
常用焊接方法的大致热效率如表:
焊接方法 埋弧焊
MIG/MAG/焊条电弧焊 TIG焊
等离子弧焊(熔入型) 等离子弧焊(小孔型)
热效率η/%
90-99 66-85 60-70 60-75 45-65
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3.2 熔池形状与焊接电弧热的关系
• 焊接温度场 (1)焊接温度场的解析计算 (2)焊接熔池的特征参数 (3)实际焊接条件与解析计算的假设条件的差异
(3)余高系数 Ψ=B/a ≥4~8
(4)熔合比 γ= Fm / (Fm+FH) = Am / (Am+AH)
Fm——焊缝中的母材量; FH——焊缝中的填充金属(焊丝、焊条)量; Am——母材金属在焊缝横截面中所占面积; AH——填充金属在焊缝横截面中所占面积。 • 对焊接性差的基本金属,γ较小,可预留间隙,或开坡口,以增大γ。焊接性好的金属γ较大。
定义:未焊透、未熔合、熔合不良。 P.68 产生原因:焊接电流小、焊接速度过高、坡口尺寸不合适、电弧中心线偏离焊缝、电弧产生磁偏吹。 例如:细丝短路过渡CO2焊接,对工件热输入较少,易产生这类缺陷。 防 止 措 施 : P. 6 8
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3.5 焊缝成形缺陷及其防止
• 焊穿、塌陷 定 义 : P. 6 8 产生原因:焊接电流过大、焊接速度过小。 防止措施:选择合适的焊接工艺;加垫板。
a.前倾 ——H减小,B增大,a减小
α 焊接方向
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3.4 焊接工艺对焊缝成形的影响
由于电弧力后排熔池金属的作用减弱,熔池底部金属增厚,熔深减小,而电弧对前方的母材的预热作用 加强,故熔宽增大,前倾角α越大,这一作用越明显。 b.后倾
——H增大,B减小,a增大
焊接方向 α
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3.2 熔池形状与焊接电弧热的关系
• 熔池尺寸与比热流分布的关系 在其他条件一定前提下,比热流值、电弧集中系数影响熔池的熔深、熔宽规律 —— 教材P.61
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3.3 熔池受力及其对焊缝成形的影响
• 力对熔池的影响 力作用于熔池,促进液态熔融金属对流,影响熔池形状,从而影响焊缝形状、尺寸。
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3.4 焊接工艺对焊缝成形的影响
∵直流正接时,焊丝为阴极,熔化率较大,使焊缝余高较大,焊缝成形不良; 另外,斑点力较大,阻止熔滴过渡,∴采用反接。
脉冲焊时,脉冲I、脉冲U比平均值高,在同样U、I平均值下,可获得更大H、 B,规律相同。 (2)电极直径(ds) a.不熔化极:形状影响电弧集中性、电弧压力 b.熔化极:如果ds减小
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3.2 熔池形状与焊接电弧热的关系
• 焊接电弧的热输入功率 (1)电弧热损失
电弧产热的一部分热量会通过对流、传导、辐射等形式散失,所以会存在热效率问题。 电弧热损失包括: a.电弧热辐射和气体对流、传导的热损失; b.传入焊枪和电极等的热损失; c.加热和熔化焊条药皮或焊剂的损失; d.飞溅造成的损失。
• 焊缝形状尺寸 (1)焊缝形状参数
H——熔深,B——熔宽,a——余高,教材图3-3 H——最重要的形状参数,直接影响接头承载力; B——同样影响焊缝性能,见下述各参数; a——可避免熔池金属凝固收缩,增加焊缝承载力;过大引起应力集中,降低抗疲 劳强度。
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3.1 焊缝形成过程及焊缝形状尺寸
a. I增大 Q增加(Q=ηIU); 电弧力F增大(电磁力、等离子流力增大)。
——H增加 b.I增大 焊丝熔速vm增大
——a增加 c.I增大 弧柱直径略增大;
工件上斑点区缩小。
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3.4 焊接工艺对焊缝成形的影响
——B增加较小
所以,I增大——H增加,a增加,B略增。
B
H
H
B
a a
• 本章难点:①焊接工艺对焊缝成形的影响规律;②熔池上的作用力特别是活性元素对表面张力的作用规律。 • 学习方法建议:①重在理解掌握焊接工艺过程的内在联系;②结合多方面因素分析焊缝成形的规律。
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3.1 焊缝形成过程及焊缝形状尺寸
• 焊缝(weld)形成过程 母材熔化形成熔池(molten pool)/熔池凝固形成焊缝——熔池形状与焊缝质量 有关。
(4)浮力 熔池内部温度差引起了不同区域熔化金属的密度差,因此产生浮力对流。 方向:熔池底部向熔池表面,熔池底部固液界面为相对低温区,熔池表面为相对高温区。
浮力
熔池 图3.5 浮力引起的对流
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3.3 熔池受力及其对焊缝成形的影响
(5)细熔滴冲击力 熔滴射流过渡时较为显著。
(6)熔池金属重力 全位置焊接或立焊、仰焊时。
j增大,则电弧力F增大,——H增加; 弧柱半径减小,则加热面积减小——B减小;
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3.4 焊接工艺对焊缝成形的影响
H增大,B减小,而ds减小,使熔敷量减小,——a减小。 (3)焊丝伸出长度(干伸长ls)
ls增大,电阻R增加,焊丝熔化速度增大,则熔敷量正大,——a增大,而B、H变化不大。 (4)焊丝或电极倾角
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3.4 焊接工艺对焊缝成形的影响
B B
H
a
H
a
(3)焊接速度v
I v增大 线能量q(q=ηUI/ v图)3减.1小0 电弧电压对焊缝成形的影响
——B减小,H减小,a略有减小。
• I、U、 v相互关联,U、I过大,组织过热; v增加,提高生产率, v过大,易形成缺陷。
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焊接方向 β
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3.4 焊接工艺对焊缝成形的影响
(6)保护气体 保护气体成分不同,使热导率等热物特性不同,影响了电弧区导电导热特性和电弧力作用,从而影响焊
缝成形。教材图3-16。 (7)其他
坡口形状、坡口尺寸、间隙大小、接头位置等。
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3.5 焊缝成形缺陷及其防止
焊接缺陷有多种,如内部缺陷和外部缺陷、微观组织缺陷和宏观缺陷等,这里主要讨论焊缝成形缺陷。 • 未焊透、未熔合
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