母材的熔化和焊缝成形
焊缝成形系数
焊缝成形系数焊缝成形系数是指焊接过程中焊缝形状的完整程度和焊缝尺寸与母材尺寸之间的比值。
它是评价焊接质量的重要指标之一，能够直接影响焊接接头的强度和密封性能。
在实际焊接过程中，通过合理控制焊接参数和采取适当的焊接工艺，可以提高焊缝成形系数，从而获得高质量的焊接接头。
焊缝成形系数与焊接参数有着密切的关系。
焊接参数包括焊接电流、电压、焊接速度等。
在焊接过程中，如果电流和电压过高，焊接速度过快，会导致焊缝过深、过宽，甚至烧穿母材，从而降低焊缝成形系数。
因此，在选择焊接参数时，需要根据焊接材料的特性和焊接接头的要求进行合理的调整，以保证焊缝成形系数的达标。
焊接工艺也对焊缝成形系数起着重要的影响。
焊接工艺包括焊接方法、焊接位置、焊接顺序等。
不同的焊接方法和焊接位置会使焊接接头的形状和尺寸发生变化，进而影响焊缝成形系数。
同时，合理的焊接顺序可以避免焊接过程中产生应力集中和变形，进一步提高焊缝成形系数。
因此，在制定焊接工艺时，需要考虑焊接接头的结构和形状，选择合适的焊接方法和位置，并制定科学的焊接顺序，以确保焊缝成形系数的优化。
焊接材料也对焊缝成形系数有一定的影响。
焊接材料的选择和配比会影响焊缝的熔化性能和流动性。
如果焊接材料与母材的熔点差异过大或者焊接材料的流动性较差，容易造成焊缝不完整或者焊缝尺寸偏大，从而降低焊缝成形系数。
因此，在选择焊接材料时，需要考虑焊接材料与母材的相容性和熔点匹配性，以及焊接材料的流动性和熔化性能，以保证焊缝成形系数的提高。
焊缝成形系数是评价焊接质量的重要指标，合理控制焊接参数、采取适当的焊接工艺和选择合适的焊接材料，能够提高焊缝成形系数，获得高质量的焊接接头。
只有在焊接过程中充分考虑这些因素，并进行正确的操作和控制，才能够最大程度地提高焊缝成形系数，确保焊接接头的强度和密封性能，从而达到预期的焊接效果。
电弧焊熔化现象
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2．表面张力流及微量元素的影响 表面张力与熔滴过渡、熔池形成及其内部的流动都有紧
密的联系。因此。凡是影响表面张力的因素，都会对表面张 力流产生影响，进而影响熔池形状。
影响表面张力的主 要因素：
合金系； 温度； 微量表面活性元素；
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对影响熔池形状的元素进行探讨，试验研究结果显示：对于 TIG 焊，当 母材中含有 O、S 等第VI族元素及卤族元素时可以增大熔深；Se、Te 的存在 也有同样作用，而 Ce 的存在作用相反；
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母材熔化形态变化的原因是源于电弧力或等离子气流对 熔池的挖掘作用。
电弧力和等离子气流对熔他的压力都是起因于流经弧 柱的电流，把两者合并考虑，力的数值可以用下式表达：
式中， k是与电弧形状有关的比例常数，δ为电极端部电弧 的电流密度。设焊丝直径为d，则可以用下式近似表示：
综合上面两式可看出，熔池受到的挖掘力与电流的平方
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焊件倾角：上坡焊——相当于后倾焊； 下坡焊——相当于前倾焊；
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四、焊缝缺陷及形成原因
焊接缺陷有多种，包括内部缺陷和外部缺陷、微观组织缺陷和宏观缺等。 气孔、夹渣、裂纹缺陷除与焊接规范和工艺有关外，更主要的是受到焊缝 冶金因亲和焊接热循环的影响，其成因相对比较复杂。 以下仅探讨焊缝成形方面所出现的宏观缺陷，这些缺陷的成因主要是焊接 工艺参数不合理。
道形状的影响
1—余高 2—熔深 3—焊道宽度
○—焊丝直径Φ1.2mm,
焊接电流250A ；
●—焊丝直径Φ1.6mm,
焊接电流350A(保护气 体Ar95%+CO25%，气 流量25L/min) ；
坡口角度及间隙：增大，则余高及熔合比减小； 板厚：增大，则熔深及余高减小；
金属熔焊原理 第3版 第二单元 焊缝金属的构成
过
程 的
熔滴过渡的特性对焊接热输入有一定的影响，改变熔滴
影
过渡的特性可以在一定程度上调节焊接热输入，从而改
响
变焊缝的结晶过程和热影响区的尺寸及性能
熔滴过渡的作用力
3 熔滴过渡的作用力
（1）重力
当焊丝直径较大而焊接电流较小 时，在平焊位置的情况下，使熔滴脱 离焊丝的力主要是重力，其大小为
金属熔焊原理
第二单元 焊缝金属的构成
焊条（焊丝）的加热与熔化
熔滴过渡
母材的熔化与焊缝的形成
1 理解焊条（焊丝）的加热 2 掌握焊条的熔化速度 3 了解焊条药皮的熔化及过渡
焊条（焊丝）的加热
1 焊条（焊丝）的加热
焊条（焊丝）： 电弧放电的电极之一 与熔化的母材混合成焊缝
电弧焊时，加热和熔化焊条的能量有： 焊接电流通过焊芯时所产生的电阻热； 焊条电弧传给焊条端部的热能； 化学冶金反应产生的反应热（可忽略）
vm
m
I
式中vm——焊条的平均熔化速度（g/h）； m——熔化的焊芯质量（g）； τ——电弧燃烧的时间（h）； ɑp——焊条的熔化系数（g/(h·A)）。
ɑp=
m Iτ
ɑp的物理意义是： 熔焊过程中，在单位时间内使用单位电流时焊芯（焊丝）的熔化量。
2 焊条的熔化速度
单位电流、单位时间内焊芯（或焊丝）熔敷在焊件上的金属量称为熔
αH=（1-ψ）αP
真正反映焊条金属利用率及生产率的指标是熔敷系数。
焊条药皮的熔化及过渡
3 焊条药皮的熔化及过渡
焊条药皮是压涂在焊芯表面上的涂 料层，它是具有不同物理和化学性 质的细颗粒物质的紧密混合物
化合物分解
各 组 成 物 间 相 互 作 用
水分的蒸发
焊接名词解释
1．熔焊（熔化焊）将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法。
2．熔池熔焊时在焊接热源作用下，焊件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分。
3．弧坑弧焊时，由于断弧或收弧不当，在焊道未端形成的低洼部分。
4．熔敷金属完全由填充金属熔化后所形成的焊缝金属。
5．熔敷顺序堆焊或多层焊时，在焊缝横截面上各焊道的施焊次序。
6．焊道每一次熔敷所形成的一条单道焊缝。
7．根部焊道多层焊时，在接头根部焊接的焊道。
8．打底焊道单面坡口对接焊时，形成背垫（起背垫作用）的焊道。
9．封底焊道单面对接坡口焊完后，又在焊缝背面侧施焊的最终焊道（是否清根可视需要确定）。
10．熔透焊道只从一面焊接而使接头完全熔透的焊道，一般指单面焊双面成形焊道。
11．摆动焊道焊接时，电极作横向摆动所完成的焊道。
12．线状焊道焊接时，电极不摆动，呈线状前进所完成的窄焊道。
13．焊波焊缝表面上的鱼鳞状波纹。
14．焊层多层焊时的每一个分层。
每个焊层可由一条焊道或几条并排相搭的焊道所组成。
由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。
16．引弧弧焊时，引燃焊接电弧的过程。
17．电弧稳定性电弧保持稳定燃烧（不产生断弧、飘移和磁偏吹等）的程度。
18．电弧挺度在热收缩和磁收缩等效应的作用下，电弧沿电极轴向挺直的程度。
19．电弧力等离子电弧在离子体所形成的轴向力，也可指电弧对熔滴和熔池的机械作用力。
20．电弧动特性对于一定弧长的电弧，当电弧电流发生连续的快速变化时，电弧电压与电流瞬时值之间的关系。
21．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变化的关系。
一般也称伏-安特性。
22．脉冲电弧以脉冲方式供给电流的电弧。
23．硬电弧电弧电压（或弧长）稍微变化，引起电流明显变化的电弧。
24．软电弧电弧电压变化时，电流值几乎不变的电弧。
25．电弧自身调节熔化极电弧焊中，当焊丝等速送进时，电弧本身具有的自动调节并恢复其弧长的特性。
焊工面试题目及答案
焊工面试题目及答案一、焊接工艺与原理1. 请简要介绍一下焊接工艺及其分类。
焊接工艺是指在进行金属或非金属材料连接时所采用的特定方法和工艺条件。
常见的焊接工艺包括电弧焊、气焊、氩弧焊、电阻焊、激光焊等。
2. 什么是电弧焊？请简述其工作原理。
电弧焊是利用电弧热产生高温，使母材和焊条熔化并冷却后凝固成为一体的焊接方法。
它的工作原理是通过焊接电流在两个电极之间形成电弧，电弧产生的高温可以熔化母材和焊接材料，形成焊缝。
3. 什么是气焊？请简述其工作原理。
气焊是利用氧、乙炔等气体混合燃烧产生高温火焰，将母材熔化并冷却后凝固成为一体的焊接方法。
它的工作原理是将氧气和乙炔通过各自的气管和喷嘴喷出，两者混合后点燃形成高温火焰，将焊接材料熔化。
4. 请简要介绍一下氩弧焊的特点及适用范围。
氩弧焊是利用氩气作为保护气体的电弧焊接方法。
它的特点是焊缝质量高、成形美观、熔池稳定、溶渣少，并且可以焊接多种金属材料。
氩弧焊适用于焊接不锈钢、铝及其合金、镍及其合金等材料。
二、焊接实践知识1. 请描述一下电弧焊的操作步骤。
电弧焊的操作步骤包括准备工作、调整设备、选取焊条、连接电缆、点燃电弧、进行焊接、清理整理等。
2. 电焊草图中，常用的焊接符号有哪些？请简述其含义。
常用的焊接符号有对焊缝做号、焊缝类型符号、焊缝形状和尺寸符号等。
对焊缝做号是在图纸上标出焊缝，并对焊缝进行编号；焊缝类型符号表示焊缝形状；焊缝形状和尺寸符号表示焊缝的形状和尺寸。
3. 请列举一些常见的焊接缺陷，并解释其原因。
常见的焊接缺陷包括焊缝不良、气孔、夹渣、脆性焊缝等。
焊缝不良可能是焊接工艺参数不合适、焊接材料质量差等原因引起的。
气孔常由焊接材料中的气体未完全排出而引起。
夹渣则是焊接过程中未及时清理焊渣导致的。
脆性焊缝可能是由于焊接温度过高或焊接速度过快引起的。
三、焊工安全知识1. 在焊接工作中，应该如何正确佩戴个人防护装备？在焊接工作中，应正确佩戴安全眼镜、手套、防护靴和防护服等个人防护装备，以保护眼睛、手部和身体不受电弧、火花和高温烧伤。
电弧焊熔化现象2 第7次详解
影响焊丝熔化速度的因素
－－－熔滴过渡形式
铝
结论： 以喷射过渡和粗滴过渡临界点处 的临界电流为分界线，熔化特性 曲线的斜率发生变化。在熔滴呈 细小颗粒的喷射过渡区，熔化特 性曲线的倾斜率较大，也就是比 熔化量减小。
原因： 喷射过渡区中从焊丝前端脱落的 熔滴其平均温度高于粗滴过渡区 的熔滴平均温度，熔化同量的焊 丝需要更多的热量输人。
伸区的电流产生的电阻热。
铝焊丝和钢焊丝的电阻率哪 个大？
焊丝的熔化与熔化速度
评价焊丝熔化特性的参数 ? 比熔化量：单位时间．单位电流下的脱落金属
量，称作焊丝的比熔化量MR[单位mg／(A.s)] 比熔化量与电流无关 用于评价同一材料不同直径的焊丝的熔化特性 ? 焊丝熔化速度 焊接参数: 送丝速度
焊接过程稳定的前提下， 焊丝熔化速度＝比熔化量x电流
5. 试分析常见焊缝成形缺陷的产生原因及防止措施。
干伸长与焊丝熔化速度的关系从 直线－曲线的原因？
预热 熔化
注意：
铝焊丝－－电阻产热的效果不显著，常忽略干伸 长区的电流产生的电阻热 钢焊丝－－电阻产热的影响非常大，必须考虑
熔化速度与电流关系 －－不锈钢焊丝与铝焊丝
正比 比熔化量定值
铝焊丝：比熔化量与焊丝直径无关，几乎为定值 不锈钢：非正比 ，比熔化量是变值
影响焊丝熔化速度的因素
比熔化量在弧长 8mm下发生变化
等熔化速度曲线
结论： 1. 电流增加，焊丝送进速度
增加 2. 短路过渡－亚射流过渡－
喷射过渡，功率增大，熔 滴从加热不充分－－加热 充分。 3. 在亚射流区，比熔化量增 大，由于弧长缩短，熔滴 的平均温度降低。 4. 滴状过渡－喷射过渡，由 于电流增加，温度增加， 熔滴表面张力增加
焊接方法及设备思考题
“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。
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
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
熔焊方法及设备总结
熔焊方法及设备总结第一章非自持放电时气体导电需要的带电粒子需要外加措施才能产生，不能通过导电过程本身产生，自持放电不需要外加措施导电机构(1)弧柱区：电子质量小，在同样eE作用下，速度高，载流能力强，电子流占99.9%,正离子流占0.1%,电流l=0.999le+0.001li ；呈中性，大电流、低电压；弧柱温度5000〜50000K热电离(2)阴极区：电子流占(60〜80) %，有时超过97.5%,导电机构类型有热发射型、场致发射型、等离子型；( 3)阳极区：接受弧柱区99.9%电子流，提供弧柱区0.1%正离子流，提供正离子的方式有场致电离和热电离最小电压原理：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截面以保证电弧的电场强度具有最小值，即在固定弧长上的电压最小产热公式：(1 )阳极区：PA=I (UA+UW+UT) (2 阴极区：PK=I (UK-UW-UT) ; (3)弧柱区:PC=IUC焊接电弧力、及其影响因素：焊接电弧中的作用力统称电弧力，主要包括电磁力、等离子流力、斑点压力、短路爆破力等。
电磁力：当电流在一个导体中流过时，整个电流可看成是由许多平行的电流线组成，这些电流线间将产生相互吸引力，使导体断面有收缩的倾向，这种收缩现象谓之电磁收缩效应，而作用的力称为电磁收缩力或电磁力。
电磁力合成方向：小断面指向大断面，靠近电极处电磁力大等离子流力：由等离子流的高速运动产生的气动力，也称电磁动压力。
等离子流力形成原因：沿电弧轴向存在电磁压力梯度，使得电弧中的高温等离子体从高电磁压力区(焊丝)向低压力区流动，形成一股等离子流，同时，又将从上方吸入新气体，被加热电离后继续向低压处流动。
等离子流力除影响焊缝形状外，它还有促进熔滴过渡、搅拌熔池、增加电弧的挺度等作用。
等离子流是由焊条与工件形成锥形电弧而引起的，因此与电流种类和极性无关，运动方向总是由焊条指向工件。
斑点力构成：①电磁收缩力②正离子或电子对电极的撞击力③金属蒸发反作用力•这三个力中，阴极斑点力均较大；斑点力在一定条件下将阻碍焊条熔化金属的过渡。
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。
母材的熔化和焊缝成形
江苏科技大学材料学院
熔焊工艺及设备
1. 焊接温度场的解析计算
第三章 母材的熔化和焊缝成形
利用焊接温度场解析法求解熔池的形状和尺 寸的基本思路是：由于影响焊件实际温度场的因 素很多，为了使问题简化，首先作一些假设，然 后利用热传导微分方程式进行求解。 热传导微分方程式如下：
2 2 2 ( 2 2 2 ) a 2 t c x y z
江苏科技大学材料学院
熔焊工艺及设备
焊件上温度分布不均匀
第三章 母材的熔化和焊缝成形
•熔池：形成，移动
熔池内温度分布不均匀
•熔池前部的固体母材 金属急剧升温并不断被 熔化形成液体金属 •熔池尾部的液体金属 温度降低，不断凝固形 成焊缝
图3-1 熔池内沿焊缝纵向轴线上的温度分布示意图 1－熔池前部 2－熔池尾部
焊缝是由熔池凝固而成的，熔池 的形状将决定焊缝的形状。
School of Material Science & Engineering
江苏科技大学材料学院
熔焊工艺及设备
3.1.2 焊缝形状尺寸
第三章 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，通常用 焊缝熔深H、焊缝熔宽B和焊缝余高h来描述。 •焊缝熔深H是指母材熔化的深度；影响承载能力 •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。0～3mm •焊缝成形系数φ（φ＝B/H）：一般1.3～2，堆焊可10 •余高系数Ψ（Ψ＝B/h）：4～8
熔焊工艺及设备
第三章 母材的熔化和焊缝成形
3.2.2 焊接温度场的解析计算
所谓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法求出熔池的 形状和尺寸。
第二章 电弧焊熔化现象
注意：微量元素会对熔深、熔宽有影响，当采用规范参数 不变时，可通过调整微量元素来改变熔深。
3） 焊接熔池表面张力流的研究（自学） 注意：微量元素会对熔深的影响原因是 引起表面张力的正温度系数变化。氧、
硫使熔深增加的原因如右图：
3
等离子流及电磁对流对熔化现象的影响 等离子流使熔池表面金属产生向着周边的流动。 电磁对流使熔池表面金属产生向着熔池中心的流动。
2）坡口和间隙
采用对接形式焊接薄板时不需留间隙，也不需开坡口； 板厚较大时，为了焊透工件需留一定间隙或开坡口，此时 余高和熔合比随坡口或间隙尺寸的增大而减小，因此，焊 接时常采用开坡口来控制余高和熔合比。
总之，影响焊缝成形的因素很多，想获得良好的焊缝 成形，需根据工件的材料和厚度、焊缝的空间位置、接头 形式、工作条件、对接头性能和焊缝尺寸要求等，选择合 适的焊接方法和焊接工艺参数；否则就可能造成焊缝的成
（一）熔滴上的作用力
1
重力
重力对熔滴过渡的影响依焊接位置的不同而不同。 平焊时，熔滴上的重力促使熔滴过渡；而在立焊及仰 焊位置则阻碍熔滴过渡。 FG＝mg＝(4／3)πRD³ρg
2
表面张力Fσ 此处的表面张力Fσ 是指焊丝端头上保持熔滴的 作用力。
Fσ ＝2π Rσ 式中 ： R——焊丝半径；σ ——表面张力系数。
3） 熔池内部的电流产生的电磁力：指向电流发散方向。
4）熔化金属密度差引起的浮力流。 2 表面张力流与微量元素的影响 1）液态金属的表面张力 （1） 表面张力随温度的增加而降低。
（2） 大多数液态金属，当其含有氧、硫等表面活性元素 时，表面张力会大幅度降低。 注意：当有表面活性元素存在时，表面张力的温度系数会 变为正值。见P65图2.11。 2） 微量元素对熔池现象的影响（自学）
熔焊方法及设备_复习资料
绪论焊接定义：通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使焊件到达原子或分子间结合的一种方法。
焊接物理本质固体材料之所以能保持固定的形状是因为：1 其内部原子之间的距离足够小，原子之间形成了结实的结合力。
2焊接使两种材料连接在一起，即连接的材料外表上原子接近到足够小的距离，使之产生足够的结合力。
焊接方法的分类：分类(族系法〕：熔焊压焊钎焊〔1〕熔焊定义：在不是施加压力的情况下，将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法称为熔焊。
电弧焊：熔化极〔焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊、螺柱焊〕非熔化极〔钨极氩弧焊、等离子弧焊、碳弧焊、原子氢焊、气焊、氧氢、氧乙炔、空气乙炔、铝热焊、电渣焊、电子束焊、激光焊〕〔2〕压焊定义：焊接过程中，必须对焊件施加压力(加热或不加热)，以完成焊接的方法称为压焊。
电阻焊〔点焊、缝焊、凸焊、对焊、高频焊〕冷压焊〔超声波焊、爆炸焊、锻焊、扩散焊、摩擦焊、气压焊〕〔3〕钎焊定义：采用比母材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，低于母材熔化温度，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焊接方法称为钎焊〔火焰、感应、炉中、浸渍、电子束、红外线等〕第一章焊接电弧1.电弧的物理本质：焊接电弧是由焊接电源供给能量，在具有一定电压的两级之间或者电极与母材之间的气体介质中产生的强烈而持久的气体放电现象。
2．两电极间气体导电条件：①两电极之间有带电粒子；②两电极之间有电场。
3.电弧中产生带电粒子的产生：①气体介质的电离②电极电子发射4.气体的电离(1)电离与鼓励气体电离：在外加能量作用下，使中性的气体分子或原子别离成电子和正离子的过程。
鼓励：当中性气体粒子受外加能量作用而缺乏以使其电离，但可能使其内部的电子从原来的能级跃迁到较高的能级的现象。
(2)电离种类〔根据外加能量来源分为〕1)热电离：气体粒子受热的作用而产生电离的过程。
2)场致电离：在两电极间的电场作用下，气体中的带电粒子被加速，当带电粒子的动能增加到一定数值时，那么可能与中性粒子发生非弹性碰撞而使之产生电离的过程。
焊接方法与设备(复习思考题答案)1
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3章 母材的熔化和焊缝成形
熔合比：
Am
Am AH
母材金属在焊缝中所占比例，可用母材金属在焊缝中所占的面积Am与焊缝的 总面积（Am+AH）之比即熔合比γ来表示： 其中AH为填充金属在焊缝截面中 所占面积（图3-3），可见，坡口和熔池形状改变时，熔合比γ都将发生变化。
通过改变熔合比，可以调整焊缝化学成分，降低裂纹倾向和提高焊缝力学性
3-4 焊接参数和工艺因素对焊缝成形的影响
一、电流、电压及焊速的影响
焊接电流、电弧电压和焊接速度是决定焊缝尺寸的主要工艺参数，它们对焊缝形 状的影响规律如下： 1．焊接电流：焊接电流是影响熔深的主要因素。 随焊接电流增大、熔深近于成比例增加（热输入、电弧力增大、热源下移），熔 宽略有增加（电弧截面增加，但潜入深度增加限制斑点移动范围），余高增加 （焊丝熔化量增加），结果使成形系数及余高系数均减小。（见表3-2 熔深系数） 2．电弧电压：电弧电压是影响焊缝熔宽的主要因素。 在其它条件不变时，随着电弧电压增大，焊缝熔宽显著增加（弧长增加，工件上 比热流分布半径增大），熔深和余高略有减小（焊丝熔化量不变，熔宽增加则a.H 减小） 3．焊接速度：焊接速度对焊缝形状和尺寸都有明显的影响。 焊速提高，焊接线能量IUa/vw减小，熔深和熔宽都显著减小。为保证合理的焊缝 尺寸同时又有高的焊接生产率，在提高焊速的同时，应相应提高焊接电流和电弧 电压，并使其保持在稳定的匹配工件范围内。
3．保护气氛和熔滴过渡形式： 保护气体对焊缝成形的影响：
CO2焊大电流细滴过渡，焊缝熔滴较大，底部呈圆弧状；短路过渡焊缝形 状与其类似只是熔深要浅得多。
纯氩保护射流过渡的焊缝中部深陷。通常加入少量的CO2，O2，He等可 使熔深形状得到改善。
4．间隙和坡口：开坡口、留间隙可控制焊缝的余高和调整熔合比。（坡 口尺寸↑→H↑a、γ↓） 5．电极（焊丝）的倾角：电极相对工件倾斜有前倾和后倾两种，习惯的 意义是指电极轴线与上表面之间的夹角α。电极前倾时，电极指向未焊方 向，电弧力使熔池金属向后排出的作用减弱，熔池底部的液体金属层变
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
熔透和焊透如何理解
熔透和焊透如何理解
熔透:只从接头单面焊接的完全焊透的焊缝，一般指单面焊双面成形焊缝，可以加焊接材料，也可以不加焊接材料，用热量熔化母材本身也可形成熔透的焊缝。
就焊接而言，熔透的焊缝也可以称为焊透。
焊透: 焊接时接头根部完全熔透的现象称为焊透。
这里的焊指的是用焊接的方法熔透接头根部，但这个根部不一定在母材的另一面，也可能在双面焊的中间部分。
其他观点：
其实是不一样的，全焊透主要是坡口钝边处，两边的焊缝能够对接起来，但是并不能保证钝边处的母材完全熔透。
在焊接厚板时，很容易出面这样的问题。
在焊接薄板时，由于焊接参数选用不当，或者电流选择过小，只是焊透，但是不能熔透。
这两个概念有相通之处，但是本质是不一样的。
深熔焊应该是一种焊接工艺，它可以开坡口或者不开坡口，只要能达到要求的焊缝厚度即可，通常情况下，是要开坡口的，就是那种坡口较小，钝边较大的坡口；
全焊透指的是接头形式，就是要求整个接头都要焊透，焊缝金属要贯穿整个母材厚度，它也是可以开坡口，也可以不开，只要工艺合理都能达到全焊透的目的，打个比方说，10mm左右的拼板自动双面焊，一般是不需要开坡口的，但是更厚的办或者用其他焊接方法，可能就要开适当的坡口了；
部分焊透接头是相对全焊透接头来说的，它就是要求焊缝尺寸（厚度）能够达到图纸要求即可，不要求整个接头都焊透，它可以开坡口，也可以不开，通常情况下图纸上会要求开，所以解释起来有点像深熔焊，但是它们是完全不同的两个概念，一个是焊接工艺，一个是接头形式。
来源：网络。
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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。
第三章 母材的熔化和焊缝成形
3.2 熔池形状与焊接电弧热的关系
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。
第三章 母材的熔化和焊缝成形
3.2.1 焊接电弧的热输入功率
用直流电焊接时热输入公式计算：
p＝ 0.24ηUI
图3-1 熔池内沿焊缝纵向轴线上的温度分布示意图 1－熔池前部 2－熔池尾部
第三章 母材的熔化和焊缝成形 图3-2熔池结晶过程示意图
第三章 母材的熔化和焊缝成形
3.1.2 焊缝形状尺寸
焊缝的形状一般是指焊缝横截面的形状。 焊缝的表示参数： 焊缝熔深H：指母材熔化的深度； 焊缝熔宽B：两焊趾之间的距离 焊缝余高h： 焊缝成形系数φ：φ＝B/H 余高系数Ψ：Ψ＝B/h
焊条电弧焊
η 0.65～0.85
埋弧自动焊
0.80～0.90
CO2气体保护焊 熔化极氩弧焊（MIG）
0.75～0.90 0.70～0.80
钨极氩弧焊
0.65～0.70
第三章 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热 之间的关系，人们试图利用焊接温度场解析法 求出熔池的形状和尺寸。
(3-5) (3-6)
第三章 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 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： （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； （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
4）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。
5）初始温度为零。 6）不考虑力的作用和熔池金属的流动。 7）物体上的传热过程已达到极限饱和状态，即t=∞。
第三章 母材的熔化和焊缝成形
对于作用在半无限物体表面上以v速移动 点热源, 焊件上任意一点A点的温度解析表达 式：
T (r, x) p exp v(x r) / 2a
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
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。
第三章 母材的熔化和焊缝成形
2 r
T:点A的加热温度；
r:点A到动坐标系原点O的空间距离； x:是运动坐标系中点A在轴上的坐标； v:是点热源的运动速度；
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。
第三章 母材的熔化和焊缝成形 图3-4 熔池形状示意图
第三章 母材的熔化和焊缝成形
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
第三章 母材的熔化和焊缝成形
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。
熔合比γ用下式计算： γ= AM/( AM+ Ah) （3－1）
第三章 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，为了使问题 简化，计算焊接温度场时作如下假定：
1) 材料的物理特征值导热系数、密度、比热等均不随温度 变化。
2) 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。
3) 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。
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，这也是很有意义的。
第三章 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. ① p增大熔池体积增加 ② p增加熔池长度增加. ③ p增加熔池宽度也增加. ④ v增加熔池体积Vm明显减小. ⑤ v