第三章母材的熔化和焊缝成形ppt课件.ppt

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1、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。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－熔池尾部图3-2熔池结晶过程示意图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/h3.1.2焊缝形状尺寸图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

2、－填充金属熔化面积，AM－母材熔化面积熔合比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）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。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.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

3、能知道熔池形状尺寸。3.2熔池形状与焊接电弧热的关系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;表3-1各种弧焊方法的热效率η弧焊方法η焊条电弧焊0.65～0.85埋弧自动焊0.80～0.90CO2气体保护焊0.75～0.90熔化极氩弧焊（MIG）0.70～0.80钨极氩弧焊0.65～0.703.2.2焊接温度场焊接温度场是指焊接过

4、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。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。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

5、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=∞。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: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；图3-4熔池形状示意图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。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

6、：(3-5)(3-6)式中，Tm是被焊材料的熔化温度。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

7、；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。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。4.工件热输入和焊速对熔池尺寸和体积的影响.①p增大熔池体积增加②p增加熔池长度增加.③p增加熔池宽度也增加.④v增加熔池体积Vm明显减小.⑤v增大熔池长度虽然有些减小但变化不大.⑥v增大熔池宽度B减小.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