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1、电弧焊基础,二、焊丝的熔化和熔滴过渡 Chapter 2: Wire melting and droplet transfer,2007年春季学期1-8周 周1、周3的3-4节，正新314,母材的熔化热和温度分布,铝合金熔池表面的温度远高于材料的熔点； 钢材料熔池金属过热程度较低，温度值比较接近于熔点温度；,铝合金,钢,母材熔化的断面形状,母材的熔化形态由母材的热物理参数(比热、热传导率等)、母材的形状、焊接速度等决定 受到电弧对母材的热输入量及电弧燃烧形态的影响 理论计算所形成的焊缝断面形状是呈半圆形的 实际焊接中得到的焊缝断面形状是多种多样的，依据焊接条件(弧长、电流、速度)、焊丝直径、熔
2、滴过渡形态等而有显著变化。,母材熔化的断面形状,单纯熔化型 中心熔化型 周边熔化型,母材熔化的断面形状,单纯熔化型(热传导型熔化) 常见于SMAW及TIG焊中 在GMAW中，采用小热输入的短路过渡 熔池中熔化金属的对流比较自由，热量通过熔池和固体金属的界面均匀流出 呈现半圆形,母材熔化的断面形状,中心熔化型 与周围区域相比，电弧正下方产生了很深的熔化 产生在细丝大电流焊接中 源于电弧力或等离子气流对熔池的挖掘作用,母材熔化的断面形状,周边熔化型 周边区的熔化比中心区深 熔池内金属向外侧流动(如图中箭头指示)，从电弧正下方进入的热量通过熔化金属的对流被逐渐传送到周边区，促进周边区的熔化 电弧较长
3、或焊接速度较慢时,MIG焊的熔池形状,指状熔深：等离子流力的挖掘作用导致 圆形熔深：CO2焊接，SAW焊接 梨形熔深：CO2,焊缝形状尺寸,成形系数 深宽比(Depth to width ratio) 余高 可避免熔池金属凝固收缩时形成缺陷，也可增加焊缝承载能力 余高过大将引起应力集中或降低抗疲劳强度,焊接参数与工艺对焊缝成形的影响,焊接电流 电弧电压 焊接速度 电流的种类和极性 钨极端部形状、焊丝直径和伸出长度的影响 焊接工艺因素对焊缝尺寸的影响,焊接电流,焊接电流增大时，焊缝的熔深和余高增加，而熔宽略有增加 熔深与焊接电流近于成正比关系,电弧电压,电弧电压增大后， 电弧功率加大，工件热输入
4、有所增大。 由于电弧电压的增加是以增加电弧长度实现的，使得电弧热源半径增大，工件热输入能量密度减小，因此熔深略有减小而熔宽增大。 由于焊接电流不变，焊丝送进速度和焊丝熔化量没有改变，使得焊缝余高减小。,焊接速度,焊速提高时焊接线能量(q/v)减少，熔宽和熔深都减小，余高也减小。 因为单位焊缝长度上的焊丝金属熔敷量与焊速v成反比，而熔宽则近似于与v1/2成反比。 从提高焊接生产率考虑，在提高焊接速度时要相应提高焊接电流和电弧电压，这三个量是相互联系的。 但在大功率下高速焊接，有可能在工件熔化及凝固中形成焊接缺陷，比如裂纹、咬边等，所以对焊速的提高一般需要加以限制,焊接工艺因素对焊缝尺寸的影响,焊
5、接工艺因素对焊缝成形也有影响，如坡口形式、尺寸、间隙的大小，电极与工件间的倾角，接头的空间位置及焊接方式等。 总之，影响焊缝成形的因素很多，要获得良好的焊缝成形，需要根据工件的材料、厚度、接头的形式及焊缝的空间位置，以及对接头性能和焊缝尺寸方面的要求，选择适宜的焊接方法、焊接规范和焊接工艺。,焊缝成形缺陷及形成原因,焊接缺陷有多种 内部缺陷和外部缺陷 微观组织缺陷和宏观缺陷 等 气孔、夹渣、裂纹缺陷除于焊接规范和工艺有关外，更主要的是受到焊缝冶金因素和焊接热循环的影响 焊缝成形方面所表现出的明显缺陷,未焊透和未熔合,未焊透 单面焊接时，接头根部未完全焊透的现象 未熔合 单层焊、多层焊或双面焊时
6、，焊道与母材之间、焊道与焊道之间未能完全结合的部分称作,未焊透和未熔合,未焊透、未熔合有相同的产生原因， 主要是焊接电流小、焊速过高， 或者是坡口尺寸不合适， 以及电弧中心线偏离焊缝、电弧产生偏吹等， 细丝短路过渡CO2焊接，由于工件热输入量少，容易产生这种缺陷。 薄板焊接中，如果夹具对焊件背面的散热程度大，也会出现未焊透，或背面一部分焊透、一部分未焊透的成形不均现象。,焊穿,焊穿 焊接时熔化金属自焊缝背面流出并脱离焊道形成穿孔的现象 原因： 焊接电流过大、焊速过小都可能出现这种缺陷。 厚板焊接时，熔池过大，固态金属对熔化金属的表面张力不足以承受熔池重力和电弧力的作用，从而形成熔池脱落。 在薄
7、板焊接时，如果电弧力过于集中，或者对缝间隙过大也会出现焊穿。,咬边和凹坑,咬边和凹坑的形成受到熔池形态的影响,对应于高速焊接的电弧和熔池，由于焊速很快，焊缝两侧的金属没有被很好熔化，同时熔化金属受表面张力的作用容易聚集在一起而对焊趾部位的润湿性不好，容易形成固液态剥离，凝固后出现咬边,焊瘤,表现形态 熔化金属流淌到焊缝区以外未熔化母材上聚集成金属瘤，这是由于填充金属过多引起的，或熔池重力作用的结果； 直接在焊缝上聚集成大的金属瘤，多数情况是由于不稳定的熔滴过渡造成。,其它焊缝成形缺陷,大电流MIG焊接当电弧阴极斑点的清理作用消失、阴极斑点进入熔池内部时，电弧力集中到熔池底部，对熔池金属有激烈的
8、搅动作用，将出现类似大象皮肤的不良焊缝，称作起皱焊缝。,缺陷的抑制,可以采取多种办法： 使电弧作用区分散开来、减小电弧力、采用粗径焊丝、给焊丝一个前倾角使电弧吹向前方、采用下坡焊等措施， 埋弧焊有合适的焊剂层厚度，合适的焊丝伸出长度， 二氧化碳电弧焊中采用小电流区下的短路过渡方式，在大电流区采用潜弧方式焊接，以及增加保护效果，稳定熔滴过渡等。,焊丝的加热和熔化,焊丝的熔化特性,铝合金焊接电弧的固有调节作用,气体介质对焊丝熔化的影响,熔滴过渡形态对熔化速度的影响,电阻热对熔化速度的影响,熔滴的作用力,熔滴的作用力,熔滴过渡分类,自由过渡 熔滴通过电弧空间的过渡 滴状过渡，根据熔滴尺寸和熔滴形态，区分为大滴过渡、排斥过渡和细颗粒过渡； 喷射过渡，因熔滴尺寸和过渡形态又区分为射滴过渡、射流过渡和旋转射流过渡； CO2电弧焊和焊条电弧焊中经常看到的爆破过渡。 接触过渡 熔滴通过与熔池表面接触后出现的过渡 渣壁过渡 埋弧焊情况是部分熔滴沿着熔渣壳过渡， 焊条电弧焊是部分熔滴沿药皮套筒壁过渡。,熔滴过渡的示例,射滴过渡,短路过渡,飞溅,射流过渡,