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1、第三章母材的熔化与焊缝的成形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第一节母材的熔化与焊缝的成形1、母材的熔化和热输入：、母材的熔化和热输入：1.1母材：被焊的材料（工件、焊件）；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：在熔化焊时，组成焊缝的熔化金属有两部分组成：由焊丝熔化而得的熔化金属（有时没有此部分）由焊丝熔化而得的熔化金属（有时没有此部分）由母材熔化而得的熔化金属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；以后形成焊缝；熔池不断的移动和更新，不断的冷却形成焊
2、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、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；尺寸和运动又与母材的熔化有关；1.2母材的熔化热：母材的熔化热：主要是电弧热：主要是电弧热：直流正接：直流正接：用于加热母材的热为用于加热母材的热为PA；直流反接：直流反接：用于加热母材的热为用于加热母材的热为PK；用直流电焊接时，一般可用以下公式计算母材用直流电焊接时，一般可用以下公式计算母材的热输入：的热输入：q=0.24IU:热效率系数热效率系数埋弧焊
3、的埋弧焊的最高：最高：0.80.9;1.3熔池的形状：熔池的形状：电弧正下方熔化的液态熔池金属在电弧力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（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，定形状和尺寸的熔池，如图所示如图所示。1.4熔池的温度：熔池的温度：母材过热熔化形成熔池；母材过热熔化形成熔池；一般熔池的
4、温度比熔滴低一般熔池的温度比熔滴低200左右，但比母左右，但比母材的熔点高；材的熔点高；例如：钢的熔池的温度为例如：钢的熔池的温度为17002100;（过热（过热200600 ）铝的熔池的温度为铝的熔池的温度为9001200;（过热（过热250550）熔池的温度分布不均匀，熔池的温度分布不均匀，如图所示如图所示。根据温度。根据温度分布情况，可把熔池分为两部分：头部和尾部。分布情况，可把熔池分为两部分：头部和尾部。熔池形状示意图熔池形状示意图 1-电弧电弧 2-液体金属液体金属 3-已凝固的焊缝金属已凝固的焊缝金属H-熔池深度熔池深度 B-熔池宽度熔池宽度 L-熔池长度熔池长度 h-余高余高熔池
5、内沿焊缝纵向轴线上的熔池内沿焊缝纵向轴线上的温度分布示意图温度分布示意图 1-熔池头部熔池头部 2-熔池尾部熔池尾部2、焊缝的主要尺寸和形状系数：、焊缝的主要尺寸和形状系数：2.1主要尺寸：主要尺寸：如图如图3-1所示所示熔深（熔深（H）：）：在焊缝横截面中，从焊趾连线到在焊缝横截面中，从焊趾连线到焊缝背面的距离；焊缝背面的距离；熔宽（熔宽（B）：）：在焊缝表面两焊趾之间的距离；在焊缝表面两焊趾之间的距离；余高（余高（a）：）：焊缝表面焊趾连线上面那部分金焊缝表面焊趾连线上面那部分金属的高度；属的高度；焊趾：焊缝表面与母材交界处；焊趾：焊缝表面与母材交界处；2.2形状系数：形状系数：2.2.1
6、成形系数（成形系数（）：）：大：则焊缝宽而浅；大：则焊缝宽而浅；小：则焊缝深而窄；小：则焊缝深而窄；一般要求一般要求1（BH）:例如：手工电弧焊例如：手工电弧焊12；埋弧焊埋弧焊1.25；堆焊堆焊可达到可达到10;2.2.2焊缝的增高系数（焊缝的增高系数（）：）：余高存在的优点：余高存在的优点：避免熔池金属收缩时形成缺陷；避免熔池金属收缩时形成缺陷；可增大焊缝截面，提高承受静载的能力；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，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；不能起加强作用，反而易于促使脆断；一般一般 48;2.2.3焊缝的熔合
7、比焊缝的熔合比：熔焊中，被熔化的母材部熔焊中，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）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；母材熔化的横截面积；FH:填充金属的横截面积；填充金属的横截面积；可用调整可用调整来改变焊缝的化学成分，从而调整接来改变焊缝的化学成分，从而调整接头的性能；头的性能；一般一般01；=0.10.85第二节第二节 焊缝成形的基本规律焊缝成形的基本规律1、电弧能量参数对焊缝成形的影响：、电弧能量参数对焊缝成形的影响：1.1焊接电流的影响：焊接电流的影响：当当IH、a、B基本不变；基本不变；交流埋弧焊电流对焊缝尺寸的影响交流埋弧焊
8、电流对焊缝尺寸的影响电弧电压：电弧电压：3638V 焊丝直径：焊丝直径：5mm 焊速：焊速：40m/h1.2焊接电压的影响：焊接电压的影响：当当UB、H、a;所以，为了得到合适的焊缝成形，通常在增加焊所以，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，使接电流的同时，也适当增加焊接电压，使H、B、a改变均匀；改变均匀；交流埋弧焊电压对焊缝尺寸的影响交流埋弧焊电压对焊缝尺寸的影响 电弧电流电弧电流 800A 焊丝焊丝5mm 焊速焊速40m/h 1.3焊接速度焊接速度V焊焊：V焊焊qm/v（焊接线能量）焊接线能量）H、B、a；V焊焊焊接生产率提高；焊接生产率提高；所以，焊接
9、速度的选择应考虑以上两个方面的所以，焊接速度的选择应考虑以上两个方面的因素综合考虑；因素综合考虑；交流埋弧焊焊速对焊缝尺寸的影响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、其它工艺条件的影响：（：（I、U、V焊焊基本不变基本不变的情况下）的情况下）2.1焊丝直径焊丝直径ds：ds H、a、B;2.2焊丝干伸长焊丝干伸长L干干：L干干 a；（；（当当较大、较大、S较较小、小、L干干较大时，此种影响就越大）较大时，此种影响就越大）2.3电极（焊丝）的倾角：电极（焊丝）的倾角：2.3.1前倾：前倾：如图所示如图所示；前倾会使前倾会使H、B、a，并且前倾角度越小，这并且前倾角度越小，这一影响
10、越明显；一影响越明显；2.3.2后倾：如图后倾：如图3-18a所示；所示；后倾与前倾的情况相反，它使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电极倾角对焊缝成形的影响a)前倾前倾 b)后倾后倾 c)倾角影响倾角影响2.4工件的倾角：工件的倾角：2.4.1上坡焊：上坡焊：如图所示如图所示；重力有助于熔池金属向尾部排，所以重力有助于熔池金属向尾部排，所以H、B、a；上坡焊的倾角上坡焊的倾角612时，易产生咬边；时，易产生咬边；2.4.2下坡焊：如图所示；下坡焊：如图所示；它使它使 H、B、a，过大时，则熔深不足，过大时，则熔深不足，焊缝流溢；焊缝流溢；2.5坡口和间隙：坡口和间
11、隙：当坡口、间隙的尺寸增大时当坡口、间隙的尺寸增大时a、；可以用此方法控制可以用此方法控制a、调整熔合比，从而控制性调整熔合比，从而控制性能；能；坡口和间隙对焊缝成形的影响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：焊缝成形缺陷常见的有：未焊透、未熔合、烧穿、咬边、焊瘤等；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。未焊透：熔焊时，接头根部未完全焊透的现象。原因：原因：焊接电流小；焊接电流小；焊速过高；焊速过高；坡口尺寸不合适；坡口尺寸不合适；焊丝未对准焊缝中心；焊丝未对准焊缝中心；2.未熔合
12、：熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊未熔合：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；道之间，未能完全熔化结合的部分叫做未熔合；原因：熔池金属在电弧力的作用下被排向尾部而原因：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；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，形烧穿：熔焊时，熔化金属自焊缝背面流出，形成穿孔的现象叫做烧穿；成穿孔的现象叫做烧穿；原因：原因：焊接电流过大；焊接电流过大；焊速过小；焊速过小；间隙、坡口尺寸过大；间隙、坡口尺寸过大；4.咬边：熔焊时，在沿着焊趾的母材部位，烧熔咬边：熔焊时，在沿着焊
13、趾的母材部位，烧熔形成凹陷或沟槽的现象叫做咬边；形成凹陷或沟槽的现象叫做咬边；原因：原因：大电流、高速焊时比较容易出现咬边；大电流、高速焊时比较容易出现咬边；5.焊瘤：熔焊时，熔化金属流淌到焊缝以外未熔焊瘤：熔焊时，熔化金属流淌到焊缝以外未熔化的母材上形成金属瘤的现象叫做焊瘤，也叫化的母材上形成金属瘤的现象叫做焊瘤，也叫做满溢；做满溢；原因：原因：填充金属过多；填充金属过多；焊速过低；焊速过低；间隙、坡口尺寸小；间隙、坡口尺寸小；电压过小或焊丝伸出长度过大；电压过小或焊丝伸出长度过大；此外，还有凹坑、塌陷等缺陷；此外，还有凹坑、塌陷等缺陷；凹坑：焊后在焊缝表面或背面形成的低于母材表凹坑：焊后在
14、焊缝表面或背面形成的低于母材表面的局部低洼部分；面的局部低洼部分；塌陷：单面熔化焊时，由于焊接工艺不当，造成塌陷：单面熔化焊时，由于焊接工艺不当，造成焊缝金属过量透过背面，使焊缝正面塌陷，背焊缝金属过量透过背面，使焊缝正面塌陷，背面凸起的现象叫做塌陷；面凸起的现象叫做塌陷；第五节焊缝成形的控制第五节焊缝成形的控制主要考虑平面内直缝的焊接：主要考虑平面内直缝的焊接：1、平焊：主要考虑保证根部的完全焊透，为此、平焊：主要考虑保证根部的完全焊透，为此可以采用双面焊、单面多道焊、单面焊双面成可以采用双面焊、单面多道焊、单面焊双面成形；形；单面焊双面成形：单面焊双面成形：A)自由成形：靠表面张力与重力、
15、电弧力相平衡自由成形：靠表面张力与重力、电弧力相平衡达到双面成形，此时所焊的板厚是有限的；达到双面成形，此时所焊的板厚是有限的；B)衬垫承托的强制成形：适用于厚板；衬垫承托的强制成形：适用于厚板；2、立焊、横焊：、立焊、横焊：可以自由成形、也可以强制成形；可以自由成形、也可以强制成形；例如：立焊的强制成形：例如：立焊的强制成形：如图所示如图所示；3.曲面焊缝的焊接：最常见的是环形焊缝的焊接，曲面焊缝的焊接：最常见的是环形焊缝的焊接，如：筒节与筒节或筒节与封头之间的环缝的焊接；如：筒节与筒节或筒节与封头之间的环缝的焊接；3.1焊头固定：焊头固定：工件转动、焊头固定的条件下焊接；工件转动、焊头固定
16、的条件下焊接；为保证熔池始终位于接近水平位置，焊丝应逆工为保证熔池始终位于接近水平位置，焊丝应逆工件旋转方向偏移一段距离，件旋转方向偏移一段距离，如图所示如图所示；3.2全位置焊接：全位置焊接：工件固定、焊枪绕工件转动进行全位置焊接；工件固定、焊枪绕工件转动进行全位置焊接；一般采用小电流、细焊丝、多层焊，并且随时改一般采用小电流、细焊丝、多层焊，并且随时改变焊条或焊枪的角度、运条方法及焊接线能量变焊条或焊枪的角度、运条方法及焊接线能量参数来控制焊缝成形；参数来控制焊缝成形；先内后外，内爬外溜 环缝焊接时的焊丝位置环缝焊接时的焊丝位置思考题：思考题：1.什么是熔合比？熔合比的大小对焊缝质量有什么
17、是熔合比？熔合比的大小对焊缝质量有何影响？试举例说明在生产实践中采用什么何影响？试举例说明在生产实践中采用什么方法调节熔合比的大小？方法调节熔合比的大小？2.焊接电流、焊接电压、焊接速度各对焊缝成焊接电流、焊接电压、焊接速度各对焊缝成型有什么影响？为什么？其影响规律如何？型有什么影响？为什么？其影响规律如何？3.什么是上坡焊、下坡焊？各对焊缝成型有何什么是上坡焊、下坡焊？各对焊缝成型有何影响？为什么？影响？为什么？补充内容：常用的焊接名词术语；补充内容：常用的焊接名词术语；1.一般术语：一般术语：1.1坡口：根据设计或工艺需要，在焊件的待焊坡口：根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工的一定几
18、何形状的沟槽；部位加工的一定几何形状的沟槽；1.2钝边：焊件开坡口时，沿焊件厚度方向未开钝边：焊件开坡口时，沿焊件厚度方向未开坡口的端面部分；坡口的端面部分；1.3焊接接头：用焊接方法连接的接头，包括：焊接接头：用焊接方法连接的接头，包括：焊缝、熔合区和热影响区；焊缝、熔合区和热影响区；1.4热影响区：焊接或切割过程中，材料因受热热影响区：焊接或切割过程中，材料因受热的影响（但未熔化）而发生金相组织和力学的影响（但未熔化）而发生金相组织和力学性能变化的区域；性能变化的区域；1.5熔合区：焊接接头中，焊缝向热影响区过渡熔合区：焊接接头中，焊缝向热影响区过渡的区域；的区域；1.6焊脚：角焊缝的横截
19、面积中，从一个焊件上焊脚：角焊缝的横截面积中，从一个焊件上的焊趾到另一个焊件表面的最小距离；的焊趾到另一个焊件表面的最小距离；1.7预热：焊接开始前，对焊件的全部（或局部）预热：焊接开始前，对焊件的全部（或局部）进行加热的工艺措施；进行加热的工艺措施；1.8后热：焊接后立即对焊件的全部（或局部）后热：焊接后立即对焊件的全部（或局部）进行加热或保温，使其缓冷的工艺措施。它不等进行加热或保温，使其缓冷的工艺措施。它不等于焊后热处理；于焊后热处理；1.9焊后热处理：焊后，为改善焊接接头的组织焊后热处理：焊后，为改善焊接接头的组织和性能或消除残余应力而进行的热处理；和性能或消除残余应力而进行的热处理；
20、2.熔焊名词术语：熔焊名词术语：2.1熔池：熔焊时，在焊接热源的作用下，焊件上熔池：熔焊时，在焊接热源的作用下，焊件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分；所形成的具有一定几何形状的液态金属部分；2.2弧坑：弧焊时，由于断弧或收弧不当，在焊道弧坑：弧焊时，由于断弧或收弧不当，在焊道末端形成的低洼部分。末端形成的低洼部分。2.3焊道：每次熔敷所形成的一条单道焊缝。焊道：每次熔敷所形成的一条单道焊缝。2.4焊层：多层焊时的每一个分层。每个分层可由焊层：多层焊时的每一个分层。每个分层可由一条焊道或几条并排相搭的焊道所组成。一条焊道或几条并排相搭的焊道所组成。2.5焊接位置：熔焊时焊件接缝所处的空间
21、位置，焊接位置：熔焊时焊件接缝所处的空间位置，有平焊、横焊、立焊和仰焊等位置。有平焊、横焊、立焊和仰焊等位置。2.6窄间隙焊：厚板对接接头，焊前不开坡口或只窄间隙焊：厚板对接接头，焊前不开坡口或只开小角度坡口，并留有窄而深的间隙，采用气体开小角度坡口，并留有窄而深的间隙，采用气体保护焊或埋弧焊的多层焊完成整条焊缝的高效率保护焊或埋弧焊的多层焊完成整条焊缝的高效率焊接方法。焊接方法。3.焊接缺陷术语：焊接缺陷术语：3.1夹渣：焊后残留在焊缝中的熔渣。夹渣：焊后残留在焊缝中的熔渣。3.2夹杂物：由于焊接冶金反应产生的，焊后残夹杂物：由于焊接冶金反应产生的，焊后残留在焊缝金属中的非金属杂质（如氧化物、硫化留在焊缝金属中的非金属杂质（如氧化物、硫化物）。物）。3.3热裂纹：焊接过程中，焊缝和热影响区的金热裂纹：焊接过程中，焊缝和热影响区的金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹。属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹。3.4冷裂纹：焊接接头冷却到较低温度下（对钢冷裂纹：焊接接头冷却到较低温度下（对钢来说在来说在Ms点以下）时产生的焊接裂纹。点以下）时产生的焊接裂纹。