第三章 母材熔化与焊缝(土木)

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1、第三章　母材的熔化与焊缝的成形第一节　母材的熔化与焊缝的成形1、母材的熔化和热输入：1.1母材：被焊的材料（工件、焊件）；在熔化焊时，组成焊缝的熔化金属有两部分组成：ⅰ由焊丝熔化而得的熔化金属（有时没有此部分）ⅱ由母材熔化而得的熔化金属；以上两部分熔化金属混合在一起组成熔池，冷却以后形成焊缝；熔池不断的移动和更新，不断的冷却形成焊缝，所以要获得一条形状和尺寸均完好的焊缝，就要保证熔池的形状和尺寸不变。而熔池的形状、尺寸和运动又与母材的熔化有关；1.2母材的熔化热：主要是电弧热：直流正接：用于加热母材的热为PA；直流反接：用于加热母材的热为PK；用直流

2、电焊接时，一般可用以下公式计算母材的热输入：q=0.24ηIUη:热效率系数埋弧焊的η最高：η＝0.8~0.9;1.3熔池的形状：电弧正下方熔化的液态熔池金属在电弧力（电磁收缩力、等离子流力等）、熔滴冲击力的作用下，克服重力和表面张力被推向电弧移动的后方，并在电弧力、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，如图所示。1.4熔池的温度：母材过热熔化形成熔池；一般熔池的温度比熔滴低200℃左右，但比母材的熔点高；例如：钢的熔池的温度为1700~2100℃;（过热200～600℃）铝的熔池的温度为900~1200℃;（

3、过热250～550℃）熔池的温度分布不均匀，如图所示。根据温度分布情况，可把熔池分为两部分：头部和尾部。熔池形状示意图1-电弧2-液体金属3-已凝固的焊缝金属H-熔池深度B-熔池宽度L-熔池长度h-余高熔池内沿焊缝纵向轴线上的温度分布示意图1-熔池头部2-熔池尾部2、焊缝的主要尺寸和形状系数：2.1主要尺寸：如图3-1所示熔深（H）：在焊缝横截面中，从焊趾连线到焊缝背面的距离；熔宽（B）：在焊缝表面两焊趾之间的距离；余高（a）：焊缝表面焊趾连线上面那部分金属的高度；焊趾：焊缝表面与母材交界处；2.2形状系数：2.2.1成形系数（φ）：φ大：则焊缝宽而

4、浅；φ小：则焊缝深而窄；一般要求φ＞1（B＞H）:例如：手工电弧焊φ＝1~2；埋弧焊φ＞1.25；堆焊φ可达到10;2.2.2焊缝的增高系数（τ）：余高存在的优点：ⅰ避免熔池金属收缩时形成缺陷；ⅱ可增大焊缝截面，提高承受静载的能力；余高存在的缺点：在动载或交变载荷下，不能起加强作用，反而易于促使脆断；一般τ≥4~8;2.2.3焊缝的熔合比γ：熔焊中，被熔化的母材部分在焊缝金属中所占的比例。（用面积代表质量）Fm:母材熔化的横截面积；FH:填充金属的横截面积；可用调整γ来改变焊缝的化学成分，从而调整接头的性能；一般0≤γ≤1；γ=0.1~0.85第二节

5、焊缝成形的基本规律1、电弧能量参数对焊缝成形的影响：1.1焊接电流的影响：当I↑→H↑、a↑、B基本不变；交流埋弧焊电流对焊缝尺寸的影响电弧电压：36~38V焊丝直径：5mm焊速：40m/h1.2焊接电压的影响：当U↑→B↑、H↓、a↓;所以，为了得到合适的焊缝成形，通常在增加焊接电流的同时，也适当增加焊接电压，使H、B、a改变均匀；交流埋弧焊电压对焊缝尺寸的影响电弧电流800A焊丝φ5mm焊速40m/h1.3焊接速度V焊：V焊↑→qm/v↓（焊接线能量）→H↓、B↓、a↓；V焊↑→焊接生产率提高；所以，焊接速度的选择应考虑以上两个方面的因素综合考虑

6、；交流埋弧焊焊速对焊缝尺寸的影响2、其它工艺条件的影响：（I、U、V焊基本不变的情况下）2.1焊丝直径ds：ds↓→H↑、a↑、B↓;2.2焊丝干伸长L干：L干↑→a↑；（当ρ较大、S较小、L干较大时，此种影响就越大）2.3电极（焊丝）的倾角：2.3.1前倾：如图所示；前倾会使H↓、B↑、a↓，并且前倾角度越小，这一影响越明显；2.3.2后倾：如图3-18a所示；后倾与前倾的情况相反，它使H↑、B↓、a↑；电极倾角对焊缝成形的影响a)前倾b)后倾c)倾角影响2.4工件的倾角：2.4.1上坡焊：如图所示；重力有助于熔池金属向尾部排，所以H↑、B↓、a↑

7、；上坡焊的倾角α＞6°~12°时，易产生咬边；2.4.2下坡焊：如图所示；它使H↓、B↑、a↓，α过大时，则熔深不足，焊缝流溢；2.5坡口和间隙：当坡口、间隙的尺寸增大时→a↓、γ↓；可以用此方法控制a、调整熔合比，从而控制性能；坡口和间隙对焊缝成形的影响第四节　焊缝成形的缺陷及产生原因焊缝成形缺陷常见的有：未焊透、未熔合、烧穿、咬边、焊瘤等；1.未焊透：熔焊时，接头根部未完全焊透的现象。原因：①焊接电流小；②焊速过高；③坡口尺寸不合适；④焊丝未对准焊缝中心；2.未熔合：熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未能完全熔化结合的部分叫做未熔合；原因：

8、熔池金属在电弧力的作用下被排向尾部而形成沟槽，沟槽处容易产生未熔合；3.烧穿：熔焊时，熔化金属自焊缝背面流出