第三章母材熔化和焊缝成形课件.ppt

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1、第三章母材熔化和焊缝成形母材熔化和焊缝成形焊缝形成过程及焊缝形状尺寸3.1熔池形状与焊接电弧热的关系3.2熔池受力及其对焊缝成形的影响3.3焊接工艺对焊缝成形的影响3.43.5焊缝成形缺陷及其防止本章提示本章重点: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。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。3.1焊缝形成过程及焊缝形状尺寸

2、3.1.1焊缝(weld)形成过程母材熔化形成熔池(moltenpool)/熔池凝固形成焊缝——熔池形状与焊缝质量有关。3.1.2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3-3H——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。3.1焊缝形成过程及焊缝形状尺寸(2)成形系数φφ=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≈10φ的大小

3、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。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。3.2熔池形状与焊接电

4、弧热的关系3.2.1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。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=ηQ0η——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3.2熔池形

5、状与焊接电弧热的关系常用焊接方法的大致热效率如表:焊接方法热效率η/%埋弧焊90-99MIG/MAG/焊条电弧焊66-85TIG焊60-70等离子弧焊(熔入型)60-75等离子弧焊(小孔型)45-653.2熔池形状与焊接电弧热的关系3.2.2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3.2熔池形状与焊接电弧热的关系3.2.3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3.

6、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3-83.2熔池形状与焊接电弧热的关系3.2.4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.613.3熔池受力及其对焊缝成形的影响3.3.1力对熔池的影响力作用于熔池,促进液态熔融金属

7、对流,影响熔池形状,从而影响焊缝形状、尺寸。3.3.2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。影响熔池轮廓。电流电磁力熔池图3.3电磁力引起的对流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

8、张力梯度dσ/dr。表面张力熔池图3.4表面张力引起的对流3.3熔池受力及其对焊缝成形的影响(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

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