电弧物理与现代焊接方法-1

1、2.5 母材熔化和焊缝成形2.5.1 母材熔化和焊缝形状与尺寸(1). 母材加热 q = UaIa = (UA + UC + UP)Ia 焊接过程中，电弧能量的大部分传递给母材，其余将损失于焊条、母材的高温区及弧柱的辐射热、弧柱高温气体的对流和传导，少量熔化金属和熔渣的蒸发以及飞溅等。 由于电弧能量不是全部传给母材，这里把母材吸收的热量与电源供给的热量之比称为焊接电弧的热效率，用v表示。几种典型弧焊方法的热效率v见表2.5 母材熔化和焊缝成形2.5.1 母材熔化和焊缝形状与尺寸(1).母材加热n埋弧焊:90-99%; MIG/电弧焊:70-85%;nTIG焊: 50-70%; 等离子弧焊:60

2、-75%(熔入法);n 等离子弧焊:45-65%(小孔法); 熔化极电弧焊阴极(阳极)的热量传给母材,阳极(阴极)热量传给焊丝(条)后熔滴进入熔池。2.5.1 母材熔化和焊缝形状与尺寸电弧热损失中包括：(1).用于加热电极和焊条头等的热损失；碳极或钨极，焊条头，焊钳或导电喷嘴等的热损失;(2).用于加热和熔化焊条药皮或焊剂的损失(不包括渣传导给工件的那部分热量；(3).电弧热辐射和气流带走的热量损失，(4).飞溅造成的热损失。2.5 母材熔化和焊缝成形2.5.1 母材熔化和焊缝形状与尺寸（2）焊接熔池焊接熔池的尺寸；焊缝的尺寸；2.5 母材熔化和焊缝成形熔池和焊缝的几何参数熔池和焊缝的几何参数

3、 BH CL12.5 母材熔化和焊缝成形焊缝熔合比： 母材熔化面积/（母材熔化面积 + 熔敷填充金属面积）；焊缝成型系数： = B/H ； 深宽比 = H/ B； 2.5.1 2.5.1 母材熔化和焊缝形状与尺寸母材熔化和焊缝形状与尺寸（2 2）焊接熔池）焊接熔池2.5.2焊缝与熔池的关系 母材金属和焊丝在电弧作用下被熔化、混合形成熔池； 电弧处于熔池的正上方，金属在电弧力的作用下克眼重力和表面张力被排向熔池昆部； 随着电弧前移，熔池尾部金属冷却并结晶形成焊缝； 焊缝的形状决定于熔池的形状，熔池的形状又与接头的型式和空间位置，坡口和间隙的形状尺寸； 母材边缘、焊丝金属的熔化情况及熔滴的过渡方式

4、(熔滴金属熔化、过渡和熔池冲击力的大小)等有关。2.5.2焊缝与熔池的关系n接头的型式和空间位置不同，则重力对熔池的作用不同，焊接工艺方法和规范参数不n同，9l炤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，咨易得到成n形良好的焊甄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工件，使接头n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n丸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n焊缝的成形，在气电立焊和电隘焊时皆采用这种措施。2.5.2 焊缝与熔池的关系n当坡口和间隙、焊接规范参数等不合适时，除了可能

5、产生裂纹和气孔等缺陷外，还可能产生焊缝成形方面的缺陷。n未熔合；未焊透；n裂纹；n气孔；夹渣；n外观成型不良，焊穿；焊瘤；咬边；弧坑；宽窄差；高低差；余高；焊缝宽等。2.5.2 焊缝与熔池的关系钨效氩弧的工件热效率与弧长的关系。钨效氩弧的工件热效率与弧长的关系。 2.5.3 熔池的温度场计算2.5.3 熔池的温度场计算热计算分析解的公式是在下列设定条件下得出的1在任何时刻和任何工艺条件下材料都是处于固态，不发生任何相变。 材料各向同性，材质均匀。2导热系数，密度和比热等不随温度变化。3工件除了指定方向外是无限大的。4对时间来讲,条件是稳定的。也就是说在长焊缝的中间进行焊接。热输入，焊接速度和工

6、件上动坐标系内的温度场等是不随时间变化的。5热源集中在体积为零的点、线或面上。6不考虑力的作用和熔池金属的流动。7. 对于作用在半无限物体表面上的热源以稳定的速度移动(点)，工件上任意一点上的温度可表示如前。2.5.3 熔池的温度场计算2.5.3 熔池的温度场计算2.5.4 2.5.4 熔池受到的力和力对熔池尺寸的影响熔池受到的力和力对熔池尺寸的影响 n实际上熔池还受到各种力的作用。在焊接电弧的作用下熔池表面凹陷，液态金属被排向熔池尾部，使熔池尾部的液面高出工件表面，凝固后高出部分成为焊缝的余高；n力还使熔池金属产生流动。熔池金属的流动使熔化了的焊丝金属和母材金属混合均匀，从而使焊缝各处的成分比较一致；金属的流动产生了熔池内部的对流换热。n金属的流动产生了熔池内部的对流换热。金属的流动也必然影响到熔池的形状和焊缝的成形。n力对热源作用位置及熔池形状的影响, 点热源作用在工件表面上，实际的点热源作用在熔池的凹陷处。凹陷越越深，热源下移的距离越大，熔深相应增大；n使熔池表面凹陷的除了电弧的静压力和动压力之外，在熔化极气保护焊射流过渡时还