材料成型方法与设备第三章母材的熔化和焊缝成型

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第一章三节母材熔化和焊缝成形

CO2
Ar+O2 Ar Ar+He
He Ar+CO2+O2
（7）坡口和间隙
3.3 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。 3.3.1 未焊透、未熔合
未熔合
未焊透
3.3 焊缝成形缺陷及其防止
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：调整上述不合理工艺及操作。
3.2 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 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；
3.2 焊接工艺对焊缝成形的影响
B H B H a I 电弧电压对焊缝成形的影响
a
（4）焊接速度v v增大线能量q减小 ——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。
3.2 焊接工艺对焊缝成形的影响
3.2.2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

母材的熔化和焊缝成形

AM：熔化的母材在焊缝横截面积中所占的面积； Ah：填充金属在焊缝横截面中所占的面积。
第三章母材的熔化和焊缝成形
影响因素:焊接方法;焊件的坡口形式;焊接参数. 重要性:在焊接中碳钢,合金钢和有色金属时易产生裂纹,力学性能降低,可通过改变熔合比的大小来调整焊缝的化学成分.控制冶金反应，降低裂纹的敏感性和提高焊缝的力学性能.
是焊接热输入功率；
η是电弧加热工件的热效率； U是电弧电压；
I是焊接电流。 1焦耳=0.24卡
第三章母材的熔化和焊缝成形
用交流电焊接时热输入公式计算：
P＝ 0.24ηKUI
交流电焊接时,考虑到波形的非正弦性,乘以系数 K,K=0.7-0.9;
第三章母材的熔化和焊缝成形
表3-1 各种弧焊方法的热效率η 弧焊方法
第三章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（3-4）计算出熔池前部长度L1、熔池尾部长度L2。
L1在x轴上，计算L1时取L1 =r；计算L2长度时取L2 =-r。T=Tm,通过计算，得到表达式如下：
l1
a v
(ln
p
2 Tm
ln l1)
a v
ln
p
2 Tm
式中，Tm是被l2 焊2材pT料m 的熔化温度。
第三章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分布规律，通过分布半径为r的圆面积输入工件。
• 焊件的比热流分布
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）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热源；（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际情况有较大差异。

第3章材料的连接成形优秀课件

为了保证焊缝质量，要从以下两方面采取措施：
(1) 减少有害元素进入熔池。 (2) 清除已进入熔池中的有害元素，增添合金元素。
焊接接头的组织和性能
熔化焊是局部加热过程，焊缝及其附近的母材都经历一个加热和冷却的过程。
在焊接加热和冷却过程中，焊接接头上不同位置的点所经历的最高加热温度不同，加热速度和冷却速度也不相同。都相当于受到一次不同规范的热处理。
使用直流弧焊电源时，当焊件厚度较大，要求较大热量，迅速熔化时，宜将焊件接电源正极，焊条接负极，这种接法称为正接法，当要求熔深较小，焊接薄钢板及有色金属时，宜采用反接法，即将焊条接正极、焊件接负极。当使用交流弧焊电源焊接时，由于极性是交替变化的，因此，两个极区的温度和热量分布基本相等。
焊接的冶金过程特点: 进行电弧焊时，母材和焊条受到电弧高温作用而熔化形
成熔池。金属熔池可看作一个微型冶金炉，其内要进行熔化、氧化、还原、造渣、精炼及合金化等一系列物理化学过程。由于大多数熔焊是在大气空间进行，金属熔池中的液态金属与周围的熔渣及空气接触，产生复杂、激烈的化学反应，这就是焊接冶金过程。
焊缝的形成，实质是一次金属再熔炼的过程，它与炼钢和铸造冶金过程比较，有以下特点： (1) 金属熔池体积很小(约2～3cm2)，被冷金属包围，故熔池处于液态的时间很短(10s左右)，各种冶金反应进行得不充分(例如冶金反应产生的气体来不及析出)。 (2) 熔池温度高，使金属元素强烈的烧损和蒸发。同时，熔池周围又被冷的金属包围，常使焊件产生应力和变形，甚至开裂。
3)焊接热影响区
(1) 过热区过热区紧靠着熔合区，该区加热温度达固相线至1100℃，宽度约1～3mm。因受高温影响，晶粒急剧长大，甚至产生过热组织，因而其塑性和冲击韧性降低，特别是对于容易淬火硬化的钢材，其危害性更大。

第三章母材熔化和焊缝成形汇总

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磁力引起的对流
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3.1 焊缝形成过程及焊缝形状尺寸
（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）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。
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3.2 熔池形状与焊接电弧热的关系
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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第三章母材熔化与焊缝成形

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。

3母材熔化与焊缝成形

式中：A——物体的吸收率，A＝QA／Q0； R——物体的反射率，R＝QR／Q0； D——物体的穿透率，D＝QD／Q0。
图3.7 辐射能的分配
A、R、D的大小与物体的温度、表面情况、性质及射线的波长等有关。如果A＝1，则R＝D＝0，说明落在物体上的全部辐射能都被该物体所吸收，这类物体叫作绝对黑体。如果 R＝ l，则 A＝ D＝0，即所有落在物体上的辐射能，完全被该物体反射出来。一种是正常反射，称为镜体；另一种是乱反射，则称为绝对白体。对于介于黑体与白体之间的物体，一律称为灰体。如果D＝1，则A＝R＝0，即所有落在物体上的辐射能，完全透过该物体，这一类物体称为绝对透明体或透热体。在自然界中并不存在绝对的黑体、白体和透明体。该处的黑体、白体、透明体，不是对可见光而言，而是对热辐射线而言。
对于牛顿流体，对流传热为：
Qc ac (T T0 ) Ft
（3-32）
式中 ac——对流传热系数。 αc的影响因素很多：
ac f (T , T0 , , , cp , ,,...)
3、辐
射
辐射能是物体受热后，内部原子振动而出现的一种电磁波能量传递。辐射能主要是以热能形式发射出的一种能量。在放热体和吸热体之间的辐射是彼此往复的。 QA+QR+QD＝Q0 A+R+D=1 (3-33)
qmf Q f
2 AB

（3-12）
前半个椭圆的半轴是 af和 bh。假定电弧传给焊件的热能中，有95％落在双椭圆内，则有：
2 q f (0, bh ) qmf exp(Bbh ) 0.05qmf
3 B 2 bh
同理：
（3-13）
q f (a f ,0) qmf exp( Aa2 f ) 0.05qmf

焊接方法与设备——第三章母材熔化和焊缝成形

dr
讨论：
1）不含O、S等表面活性物质
d 0
dr
表面：从中心向四周流中心：从下至上熔池浅而宽。 2）含O、S、Bi 正好与前面相反
§3-3 焊缝形状参数及工艺因素对它的影响
一）、焊缝形状参数及其与焊缝质量的关系基本参数有：H、B、a 1、熔深H：Hweld=Hpool，直接影响承载能力
2、熔宽B：Bweld=Bpool
5、熔合比：母材金属在焊缝中的含量
FM FM FH
调整熔合比可调整焊缝化学成分，改善性能。一般通过开坡口来实现。
二）、影响焊缝形状尺寸的因素（一）焊接电流Ia
Ia增大，H增大，a增大，B基本不变 1、 Ia↑ Fa↑→热源下移→H↑
q= IU↑ → H↑ H=km I 2、 Ia增大，电弧分布半径增大但潜入工件深度大，限制r有效增大，B基本不变。减小。 3、 Ia↑，焊丝熔化量增加，B不变， a↑
FP及FC
电弧力
细熔滴的冲击力
二、影响熔池对流的力
1、TIG焊时的等离子流力等离子流挺度较小，碰到熔池后，沿着熔池向外走。
因此：表面：从中心向四周流中心：从下至上熔池浅而宽。
2、浮力
中心：从下至上熔池浅而宽。
1、电磁力
熔池上形成斑点时，电流进入熔池后发散，形成向下的推力，导致涡流换热。增大熔深
（二）电弧电压 Ua↑ q增加不多， r增大，qm减小，因此，B、增大，H、a 减小。通常，Ia选定后，Ua也基本上定下来了。总是根据板厚选Ia ，再由Ia选定Ua。
（三）焊接速度
将q/w 定义为线能量，即单位长度的焊缝上输入的热量。
w增大时，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ/w减小，H、B、a等均减小

第三章母材的熔化和焊缝成形

第三章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,U增大→H略有减小,B增大, h减小. ①U增大→弧长增大→电弧斑点飘动范围变宽→熔宽增加. ②U↑→电弧功率增加.但由于电弧长度增加.弧柱的散热增加.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.而电弧力却因熔宽增加而分散了.故熔深略有减小. ③对h. U高时,U对Um影响不大 U低时, U↑→Um↓ 又因B↑焊丝的熔化量并无增大,故h↓.
第三章母材的熔化和焊缝成形
以上分析可知: 电流主要影响熔深.是决定熔深的主要因素. 电弧电压主要影响熔宽.是影响熔宽的主要因素.
第三章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H↓B↓h↓ 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↓
2) 电弧电流对比热流的影响电流增加，qm增加，分布半径ra增大
图3-7 电弧电流与比热流分布q(r)之间的关系
第三章母材的熔化和焊缝成形
3) 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布过渡到近似于直角分布，同时qm变小。
图3-8 钨极端部角度θ和端部直径d对比热流分布的影响
第三章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.

铜陵学院焊接原理第一章3母材熔化及焊缝成形

15
二、焊接条件对焊缝成形的影响
（4）电流种类和极性：熔化极电弧焊直流反接法的熔深和熔宽要
比直流正接的要大（产热？）熔化极电弧焊交流电弧焊介于上述两者之
间非熔化极电弧焊，正接时熔深较大，反接
时较小（产热？）
16
二、焊接条件对焊缝成形的影响
（5）焊丝直径与伸出长度：在一定的范围内，同样的焊接电流，焊丝
焊缝余高
5
2．熔池及焊缝的描述
➢ 焊缝形状系数Φ：Φ＝ B/H
➢ 焊缝余高系数ψ：ψ= B/a
➢ 熔合比γ:
焊缝中母材金属所占的面积与焊缝总
面积的比值为熔合比γ＝Am/（Am +AH）
6
2．熔池及焊缝的描述
设计时Φ、ψ、γ必须在合理的范围内，否则容易造成缺陷
➢ 裂纹、气孔夹渣， Φ=1.3~2
堆焊时 Φ－10
➢ 应力集中, a<3mm
➢ 焊缝成分与性能与母材相差大
7
2．熔池及焊缝的描述
但是焊缝成形缺陷总是难以避免：
8
2．熔池及焊缝的描述
9
2．熔池及焊缝的描述
10
2．熔池及焊缝的描述
11
2．熔池及焊缝的描述
12
二、焊接条件对焊缝成形的影响
（1）电流：
随着焊接电流的增大，熔深成比例增加、熔宽略有增加，余高增加，成形系数及余高系数减小。
18
二、焊接条件对焊缝成形的影响
（7）间隙和坡口：间隙和坡口尺寸越大，余高越小。
19
二、焊接条件对焊缝成形的影响
（8）电极的倾角：
20
二、焊接条件对焊缝成形的影响
（9）工件位置及焊接位置：
21
二、焊接条件对焊缝成形的影响

母材的熔化与焊缝的成形

埋弧焊φ>1.25避免产生裂纹及气孔
堆焊φ=10要求熔深深浅,焊缝宽熔大
2、余高a
有利一面:①避免熔池金属凝固收缩时形成缺陷;
②↑焊缝的截面积-提高承载能力;
有害一面:③↑应力集中;
④↓疲劳寿命.
H、B、a确定之后基本上确定了焊缝截面轮廓,但不能确定形状.
3、熔合比:确定了母材金属在焊缝中横截面与焊缝横截面之比
(2)焊剂的密度↓堆积高度↓- H↓C↑B↑;
(3)熔渣的粘度↑熔点↑-焊缝表面将形成压坑，成形变差
2、保护气体:成份将影响电弧的极区压降和弧柱的电位梯度;
原因:导热系数↑-弧柱导电截面↓-动压力及比热流发生变化
P85图3-20保护气体的成份对焊缝成形的影响.
第四节焊缝成形缺陷及缺陷形成的原因
电弧焊时的气孔,裂纹和夹渣等缺陷虽然和焊缝的成形有关,但主要是冶金因素的因素,这里不再讨论.常见的成形缺陷有未焊透、未焊合、烧穿、咬边、焊瘤等缺陷.原因:坡口尺寸不合适,规范选择不当,焊缝未对准焊缝沿.
2、空间位置施焊,由于重力不利,应限熔池的尺寸和强制成形:如电气立焊及电渣焊时.
第二节熔池受到的力及熔池尺寸的影响因素
前面只讨论了热的影响,实际上还受到各种力的影响.在焊接电弧的作用下,熔池表面凹陷液态金属被排向尾部,使熔池尾部液面高出工件表面,凝固后形成余高.力还使熔池也产生流动,从而使焊缝各处的成份比较一致,同时将影响到熔池的形状和焊缝的成形.
r=Fm/(Fm+FH)
Fm-母材金属在焊缝截面中所占的面积
FH-填充金属在焊缝截面中所占的面积
※:坡口及熔池形状改变,r将发生变化
r的影响:
①可调整焊缝的化学成份;
②↓裂纹的敏感性.坡口形状对r的影响,改变坡口形状

母材熔化与焊缝成型

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。

材料成型原理与工艺之焊接部分总结

焊接参数控制：控制焊接电流、电压、速度等参数，保证焊接质量
焊接设备维护：定期检查和维护焊接设备，确保设备性能稳定
焊接人员培训：对焊接人员进行技能培训，提高焊接质量意识
焊接质量检验：对焊接产品进行质量检验，及时发现并纠正质量问题
焊接工艺改进：根据焊接质量检验结果，不断改进焊接工艺，提高焊接质量
保护气体
常见气体：氩气、氦气、二氧化碳等
作用：保护焊接区域免受氧化和氮化
应用：广泛应用于各种焊接工艺，如TIG、MIG、激光焊接
等
注意事项：选择合适的保护气体，避免焊接缺陷和影响焊接
质量
焊接缺陷与质量控制
焊接缺陷类型与成因
气孔：焊接过程中产生的气体未能及时排出，导致气孔形成
裂纹：焊接过程中产生的应力过大，导致裂纹形成
焊接方法与工艺
熔化焊
原理：通过加热使焊料和母材熔化，冷却后形成焊缝
特点：焊接强度高，适用于各种金属材料
应用：广泛应用于汽车、船舶、航空航天等领域
工艺：包括电弧焊、气焊、激光焊等
压焊
原理：利用压力将两个金属表面紧密接触，通过加热或加压使金属熔化或塑性变形，实现焊接
特点：焊接速度快，生产效率高，成本低，适用于大批量生产
焊丝
焊丝类型：不锈钢焊丝、铝焊丝、铜焊丝等
焊丝直径：根据焊接工艺和材料选择合适的直径
焊丝成分：根据焊接材料和工艺要求选择合适的成分
焊丝质量：选择质量可靠的焊丝，保证焊接质量
焊剂
焊剂类型：酸性焊剂、碱性焊剂、中性焊剂等焊剂作用：保护焊缝，防止氧化，提高焊接质量焊剂成分：主要成分为盐酸、氢氧化钠、硼酸等焊剂选择：根据焊接材料、焊接工艺、焊接环境等因素选择合适的焊剂

母材熔化与焊缝成形

母材熔化与焊缝成形母材熔化, 焊缝成形母材熔化与焊缝成形电弧焊过程中，熔化焊丝与母材的焊接热源不断地移动，使得不同位置的焊缝所受的热循环作用不同，焊缝成形特点和规律也不同。

本节主要介绍对接接头单道焊缝的成形规律与影响因素、缺陷的形成原因及其改善措施。

一、焊缝形成过程在电弧热的作用下焊丝与母材被熔化，在焊件上形成一个具有一定形状和尺寸的液态熔池。

随着电弧的移动熔池前端的焊件不断被熔化进入熔池中，熔池后部则不断冷却结晶形成焊缝。

熔池的形状不仅决定了焊缝的形状，而且对焊缝的组织、力学性能和焊接质量有重要的影响。

接头的形式和空间位置不同，则重力和表面张力对熔池的作用也不同；焊接工艺方法和焊接参数不同，则熔池的体积和熔池的长度等都不同。

平焊位置时熔池处于最稳定的位置，容易得到成形良好的焊缝。

在生产中常采用焊接翻转机或焊接变位机等装置来回转或倾斜焊件，使接头处于水平或船形位置进行焊接。

在空间位置焊接时，由于重力的作用有使熔池金属下淌的趋势，因此要限制熔池的尺寸或采取特殊措施控制焊缝的成形。

例如采用强迫成形装置来控制焊缝的成形，在气电立焊和电渣焊时皆采用这种措施。

二、焊缝形状与焊缝质量的关系焊缝的形状即是指焊件熔化区横截面的形状，它可用焊缝有效厚度s、焊缝宽度ｃ和余高ｈ三个参数来描述。

图1-30所示为对接和角接接头的焊缝形状以及各参数的意义。

合理的焊缝形状要求s、ｃ和ｈ之间有适当的比例，生产中常用焊接成形系数φ=ｃ／Ｓ和余高系数ψ＝ｃ／ｈ来表征焊缝成形的特点。

焊缝厚度是焊缝质量优劣的主要指标，焊缝宽度和余高则应与焊缝厚度有合理的比例。

焊缝成形系数φ小，表示焊缝深而窄，既可缩小焊缝宽度方向的无效加热范围，又可提高热效率和减小热影响区，因而从热利用的角度来看是十分有利的。

若想得到焊缝成形系数小的焊缝就必须有热量集中的热源，获得较高的能量密度。

但若φ过小，焊缝截面过窄，则不利于气体从熔池中逸出，容易在焊缝中产生气孔，且使结晶条件恶化，增大产生夹渣和裂纹的倾向。

熔焊方法与设备

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。

第三章熔池的凝固和焊缝的固态相变

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徐州工程学院教案纸
对于熔池来说，非自发晶核起重要作用。焊接时，为了改善焊缝金属的力学性能，通过焊接材料加入一定量的 Me(Mo、V、Nb、Ti B 等)可以作为熔池中的非自发晶核的质点，从而使焊缝晶粒细化。 2、熔池中的晶核长大（1）从靠近熔合线处母材上联生地长大起来（2）当晶粒长大的方向与散热最快方向（温度梯度最大的方向）一致有利于晶粒的长大。实践证明：熔池结晶的方向和结晶速度对焊接质量影响很大，特别是对裂纹、气孔，夹杂等形成影响很大。三、熔池结晶的线速度晶粒成长的平均线速度是变化的平均线速度是变化的： 1、晶粒成长的平均线速度是变化的：熔合线上最小（等于零），焊缝中心最大（等于焊速）。 2、焊接速度对晶粒的长大方向及平均线速度的影响很大（1）V 焊↑晶粒主轴的成长方向越垂直于焊缝中心。故采用过大焊速时，主轴的成长方向垂直于焊缝中心易形成脆性结合面，常在焊缝的中心产生纵向裂纹。（2）V 焊↑，晶粒成长的平均线速度↑（Vc=Vcosθ）易利于柱状晶的形成。对于焊缝金属，开始凝固时并不形核，而是在母材基础上冷却速度↑-联生长大。过冷度↑ 熔池的结晶形态：易出现柱状晶和少量等轴晶（等轴树枝晶）四、熔池的结晶形态：过冷度：实际结显微镜下观察，每个柱状晶内部还有不同的形态：如平晶温度 Th 与理面晶、胞晶、树枝状晶。论结晶温度 To 之纯金属结晶的形态： 1、纯金属结晶的形态：凝固点为恒温度，过冷度的大小取决于间的温度差温度梯度。 △T=Th-T0 正温度梯度：（1）正温度梯度：液相温度高于固相温度，且距界面越远，过冷度↑实际结液相温度越高，因此过冷度小或为负，使伸入液态金属内部的晶温度↓ 晶体成长缓慢形成平面晶。（G>0） T 液态金属与固负温度梯度：（2）负温度梯度：液态内部的温度比界面低，过冷度大形成 0 态金属共同存在树枝晶，（使伸入液态金属内部的晶体长成速度很快）距界面，的平衡临界点。越远液相的温度越低。（G<0） 2、固溶体合金的结晶过冷度由于两方面的原因造成（1）温度梯度造成（温度过冷）（2）存在由于固液相界面成份起伏而造成的过冷（成份过冷），因此固溶体合金结晶时，不需要大的过冷就可出现树枝晶，而且

材料成型工艺基础材料连接成形焊接方法教学

【缺点】焊接时电弧不可见，不能及时发现问题，接头的加工与装配要求较高，焊前准备时间长。
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第3章材料的连接成形
熔焊二、气体保护焊-氩弧焊
气体保护电弧焊简称气体保护焊或气电焊。它是利用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊，简称气体保护焊。根据所用保护气体的不同，气体保护焊可分为：氩弧焊、二氧化碳气体保护焊、氦弧焊等。
精选课件激光焊接机 Nhomakorabea精选课件
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激光焊接机原理
激光焊接的机理有两种：
1、热传导焊接：当激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，将光能转化为热能而加热熔化，材料表面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递，最后将两焊件熔接在一起。
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激光焊接机
2、激光深熔焊:当功率密度比较
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第3章材料的连接成形
熔焊四、电渣焊
（一）电渣焊焊接过程
电渣焊的特点： ①焊接厚板时，生产效率高，成本低 ②焊缝金属洁净 ③热影响区宽，晶粒较粗大
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第3章材料的连接成形
熔焊五、等离子弧焊
等离子弧焊接是借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离
子弧进行焊接的方法。
108 ~1010w/c2m
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激光加工简介
激光加工特点
适应性强：激光加工的功率密度高，几乎能加工任何材料，如各种金属、陶瓷、石英、金刚石、橡胶等。
加工精度高：激光束可聚焦成微米级的光斑（理论上直径可小于1um），适合精密微细加工。
加工质量好：激光加工能量密度高，热作用时间很短，整个加工区几乎不受热的影响，工件热变形极小，故可加工对热冲击敏感的材料。

材料成型工艺基础-焊接(机类)1课件.

电弧焊
爆炸焊
五、焊接特点
上部的铸件需要在三个面上造型、钻孔并加工成圆锥台，如果把三个管状件与一个加工好的立方体用螺纹配合起来，再使用硬钎焊，事情就容易多了。
例
六、焊接应用
液化天然气储罐
焊接应用
第一节电弧焊
电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法。它包括有：手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。在形成接头时，可以采用也可以不采用填充金属。所用的电极是在焊接过程中熔化的焊丝时，叫作熔化极电弧焊，所用的电极是在焊接过程中不熔化的碳棒或钨棒时，叫作不熔化极电弧焊，诸如钨极氩弧焊、等离子弧焊等。
一、焊接冶金过程与电焊条
（一）焊接电弧
电弧适合于焊接的特性电极材料电弧热Q=U*I 阴极区、阳极区、弧柱区电弧温度分布、热量分布

等离子弧与普通电弧的比较
直流电源焊接时的正接和反接
焊条电弧焊电源 1. 电源的要求焊条电弧焊电源应具有适当的空载电压和较高的引弧电压，以利于引弧，保证安全；当电弧稳定燃烧时，焊接电流增大，电弧电压应急剧下降；还应保证焊条与焊件短路时，短路电流不应太大；同时焊接电流应能灵活调节，以适应不同的焊件及焊条的要求。
压焊
采用比母材金属熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材溶化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。
钎焊
熔焊----气焊
压焊----点焊
钎焊----烙铁钎焊
四、焊接热源
焊接热源有哪些？
Байду номын сангаас
古代焊接技术长期停留在铸焊、锻焊和钎焊的水平上，使用的热源都是炉火，温度低、能量不集中，无法用于大截面、长焊缝工件的焊接，只能用以制作装饰品、简单的工具和武器。

母材熔化和焊缝成形

3 母材熔化焊缝成形
• 3. 2 电弧和熔池形状的关系
1，电弧热输入对熔地形状尺寸的影响焊接熔池的计算：将T=Tm、x=-R和x=R分别代入式(3-1), 得到熔池后部长度l2和前部长度l1:
P l2 = 2Tm
a P l1 = (ln -ln l1 ) v 2Tm a P ln v 2Tm
3 母材熔化焊缝成形
• 3. 4 焊缝成形的控制
1，平面内直缝的焊接立焊和横焊
3 母材熔化焊缝成形
• 3. 4 焊缝成形的控制
2，环缝的焊接
3 母材熔化焊缝成形
• 3. 4 焊缝成形的控制
3，引弧、收弧和成形控制焊接过程的引弧控制
3 母材熔化焊缝成形
• 3. 4 焊缝成形的控制
3，引弧、收弧和成形控制焊接过程的引弧控制
3 母材熔化焊缝成形
• 3. 1焊缝和熔池的形状及尺寸
1，焊缝形状尺寸及其影响 • 焊缝成形系数：
B = H
焊缝余高系数：
B = a
3 母材熔化焊缝成形
• 3. 1焊缝和熔池的形状及尺寸
1，焊缝形状尺寸及其彤响 • 焊缝成形系数：
B = H
焊缝余高系数：
B = a
3 母材熔化焊缝成形
• 3. 2 电弧和熔池形状的关系
3 母材熔化焊缝成形
1，电弧热输入对熔地形状尺寸的影响焊接熔池的计算：不同的P和v值时熔池尺寸的计算值
3 母材熔化焊缝成形
• 3. 2 电弧和熔池形状的关系
1，电弧热输入对熔地形状尺寸的影响工件上的比热流分布及对熔池尺寸的影响
q( r )=qm e qm = k
2，力对熔地形状尺寸的影响
3 母材熔化焊缝成形