第三章 母材的熔化與焊縫(土木)

1、第三章母材的熔化與焊縫的成形第三章母材的熔化與焊縫的成形第一節(jié)母材的熔化與焊縫的成形第一節(jié)母材的熔化與焊縫的成形1、母材的熔化和熱輸入：、母材的熔化和熱輸入：1.1母材：被焊的材料（工件、焊件）；母材：被焊的材料（工件、焊件）；在熔化焊時(shí)，組成焊縫的熔化金屬有兩部分組成：在熔化焊時(shí)，組成焊縫的熔化金屬有兩部分組成：由焊絲熔化而得的熔化金屬（有時(shí)沒(méi)有此部分）由焊絲熔化而得的熔化金屬（有時(shí)沒(méi)有此部分）由母材熔化而得的熔化金屬由母材熔化而得的熔化金屬；以上兩部分熔化金屬混合在一起組成熔池，冷卻以上兩部分熔化金屬混合在一起組成熔池，冷卻以后形成焊縫；以后形成焊縫；熔池不斷的移動(dòng)和更新，不斷的冷卻形成焊

2、縫，熔池不斷的移動(dòng)和更新，不斷的冷卻形成焊縫，所以要獲得一條形狀和尺寸均完好的焊縫，就所以要獲得一條形狀和尺寸均完好的焊縫，就要保證熔池的形狀和尺寸不變。而熔池的形狀、要保證熔池的形狀和尺寸不變。而熔池的形狀、尺寸和運(yùn)動(dòng)又與母材的熔化有關(guān)；尺寸和運(yùn)動(dòng)又與母材的熔化有關(guān)；1.2母材的熔化熱：母材的熔化熱：主要是電弧熱：主要是電弧熱：直流正接：直流正接：用于加熱母材的熱為用于加熱母材的熱為PA；直流反接：直流反接：用于加熱母材的熱為用于加熱母材的熱為PK；用直流電焊接時(shí)，一般可用以下公式計(jì)算母材用直流電焊接時(shí)，一般可用以下公式計(jì)算母材的熱輸入：的熱輸入：q=0.24IU:熱效率系數(shù)熱效率系數(shù)埋弧焊

3、的埋弧焊的最高：最高： 0.80.9;1.3熔池的形狀：熔池的形狀：電弧正下方熔化的液態(tài)熔池金屬在電弧力電弧正下方熔化的液態(tài)熔池金屬在電弧力（電磁收縮力、等離子流力等）、熔滴沖擊力（電磁收縮力、等離子流力等）、熔滴沖擊力的作用下，克服重力和表面張力被推向電弧移的作用下，克服重力和表面張力被推向電弧移動(dòng)的后方，并在電弧力、重力和表面張力等共動(dòng)的后方，并在電弧力、重力和表面張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，形成了具有一定形狀和尺寸的熔池，定形狀和尺寸的熔池，如圖所示如圖所示。1.4熔池的溫度：熔池的溫度：母材過(guò)熱熔化形成熔池；母材過(guò)熱熔化形成熔池；一般熔池

4、的溫度比熔滴低一般熔池的溫度比熔滴低200左右，但比母左右，但比母材的熔點(diǎn)高；材的熔點(diǎn)高；例如：鋼的熔池的溫度為例如：鋼的熔池的溫度為17002100;（過(guò)熱（過(guò)熱200600 ）鋁的熔池的溫度為鋁的熔池的溫度為9001200; （過(guò)熱（過(guò)熱250550 ）熔池的溫度分布不均勻，熔池的溫度分布不均勻，如圖所示如圖所示。根據(jù)溫度。根據(jù)溫度分布情況，可把熔池分為兩部分：頭部和尾部。分布情況，可把熔池分為兩部分：頭部和尾部。 熔池形狀示意圖熔池形狀示意圖 1-電弧電弧 2-液體金屬液體金屬 3-已凝固的焊縫金屬已凝固的焊縫金屬H-熔池深度熔池深度 B-熔池寬度熔池寬度 L-熔池長(zhǎng)度熔池長(zhǎng)度 h-余高

5、余高熔池內(nèi)沿焊縫縱向軸線上的熔池內(nèi)沿焊縫縱向軸線上的溫度分布示意圖溫度分布示意圖 1-熔池頭部熔池頭部 2-熔池尾部熔池尾部2、焊縫的主要尺寸和形狀系數(shù)：、焊縫的主要尺寸和形狀系數(shù)：2.1主要尺寸：主要尺寸：如圖如圖3-1所示所示熔深（熔深（H）：在焊縫橫截面中，從焊趾連線到）：在焊縫橫截面中，從焊趾連線到焊縫背面的距離；焊縫背面的距離；熔寬（熔寬（B）：在焊縫表面兩焊趾之間的距離；）：在焊縫表面兩焊趾之間的距離；余高（余高（a）：焊縫表面焊趾連線上面那部分金）：焊縫表面焊趾連線上面那部分金屬的高度；屬的高度；焊趾：焊縫表面與母材交界處；焊趾：焊縫表面與母材交界處；2.2形狀系數(shù)：形狀系數(shù)：2

6、.2.1成形系數(shù)（成形系數(shù)（）：）：HB大：則焊縫寬而淺；大：則焊縫寬而淺； 小：則焊縫深而窄；小：則焊縫深而窄；一般要求一般要求1（BH）:例如：手工電弧焊例如：手工電弧焊12；埋弧焊；埋弧焊1.25；堆焊堆焊可達(dá)到可達(dá)到10;2.2.2焊縫的增高系數(shù)（焊縫的增高系數(shù)（）：）：aB余高存在的優(yōu)點(diǎn)：余高存在的優(yōu)點(diǎn)：避免熔池金屬收縮時(shí)形成缺陷；避免熔池金屬收縮時(shí)形成缺陷；可增大焊縫截面，提高承受靜載的能力；可增大焊縫截面，提高承受靜載的能力；余高存在的缺點(diǎn)：在動(dòng)載或交變載荷下，余高存在的缺點(diǎn)：在動(dòng)載或交變載荷下，不能起加強(qiáng)作用，反而易于促使脆斷；不能起加強(qiáng)作用，反而易于促使脆斷；一般一般 48;

7、2.2.3焊縫的熔合比焊縫的熔合比：熔焊中，被熔化的母材部：熔焊中，被熔化的母材部分在焊縫金屬中所占的比例。（用面積代表質(zhì)量）分在焊縫金屬中所占的比例。（用面積代表質(zhì)量）HmmFFFFm:母材熔化的橫截面積；母材熔化的橫截面積；FH:填充金屬的橫截面積；填充金屬的橫截面積；可用調(diào)整可用調(diào)整來(lái)改變焊縫的化學(xué)成分，從而調(diào)整接來(lái)改變焊縫的化學(xué)成分，從而調(diào)整接頭的性能；頭的性能；一般一般01； =0.10.85第二節(jié)第二節(jié) 焊縫成形的基本規(guī)律焊縫成形的基本規(guī)律1、電弧能量參數(shù)對(duì)焊縫成形的影響：、電弧能量參數(shù)對(duì)焊縫成形的影響：1.1焊接電流的影響：焊接電流的影響：當(dāng)當(dāng)IH、a、B基本不變；基本不變； 交

8、流埋弧焊電流對(duì)焊縫尺寸的影響交流埋弧焊電流對(duì)焊縫尺寸的影響電弧電壓：電弧電壓：3638V 焊絲直徑：焊絲直徑：5mm 焊速：焊速：40m/h1.2焊接電壓的影響：焊接電壓的影響：當(dāng)當(dāng)UB、H、a;所以，為了得到合適的焊縫成形，通常在增加焊所以，為了得到合適的焊縫成形，通常在增加焊接電流的同時(shí)，也適當(dāng)增加焊接電壓，使接電流的同時(shí)，也適當(dāng)增加焊接電壓，使H、B、a改變均勻；改變均勻； 交流埋弧焊電壓對(duì)焊縫尺寸的影響交流埋弧焊電壓對(duì)焊縫尺寸的影響 電弧電流電弧電流 800A 焊絲焊絲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（焊接線能量）（焊接線能量）H、B、a；V焊

9、焊焊接生產(chǎn)率提高；焊接生產(chǎn)率提高；所以，焊接速度的選擇應(yīng)考慮以上兩個(gè)方面的所以，焊接速度的選擇應(yīng)考慮以上兩個(gè)方面的因素綜合考慮；因素綜合考慮；交流埋弧焊焊速對(duì)焊縫尺寸的影響交流埋弧焊焊速對(duì)焊縫尺寸的影響2、其它工藝條件的影響、其它工藝條件的影響：（：（I、U、V焊焊基本不變基本不變的情況下）的情況下）2.1焊絲直徑焊絲直徑ds： ds H、a、B;2.2焊絲干伸長(zhǎng)焊絲干伸長(zhǎng)L干干： L干干 a；（當(dāng)；（當(dāng)較大、較大、S較較小、小、 L干干較大時(shí)，此種影響就越大）較大時(shí)，此種影響就越大）2.3電極（焊絲）的傾角：電極（焊絲）的傾角：2.3.1前傾：前傾：如圖所示如圖所示；前傾會(huì)使前傾會(huì)使H、B、

10、a，并且前傾角度越小，這，并且前傾角度越小，這一影響越明顯；一影響越明顯；2.3.2后傾：如圖后傾：如圖3-18a所示；所示；后傾與前傾的情況相反，它使后傾與前傾的情況相反，它使H、B、a；電極傾角對(duì)焊縫成形的影響電極傾角對(duì)焊縫成形的影響a) 前傾前傾 b)后傾后傾 c)傾角影響傾角影響2.4工件的傾角：工件的傾角：2.4.1上坡焊：上坡焊：如圖所示如圖所示；重力有助于熔池金屬向尾部排，所以重力有助于熔池金屬向尾部排，所以H、B、a；上坡焊的傾角上坡焊的傾角612時(shí)，易產(chǎn)生咬邊；時(shí)，易產(chǎn)生咬邊；2.4.2下坡焊：如圖所示；下坡焊：如圖所示；它使它使 H、B、a， 過(guò)大時(shí)，則熔深不足，過(guò)大時(shí)，則

11、熔深不足，焊縫流溢；焊縫流溢；2.5坡口和間隙：坡口和間隙：當(dāng)坡口、間隙的尺寸增大時(shí)當(dāng)坡口、間隙的尺寸增大時(shí)a、；可以用此方法控制可以用此方法控制a、調(diào)整熔合比，從而控制性、調(diào)整熔合比，從而控制性能；能；坡口和間隙對(duì)焊縫成形的影響坡口和間隙對(duì)焊縫成形的影響第四節(jié)焊縫成形的缺陷及產(chǎn)生原因第四節(jié)焊縫成形的缺陷及產(chǎn)生原因焊縫成形缺陷常見(jiàn)的有：焊縫成形缺陷常見(jiàn)的有：未焊透、未熔合、燒穿、咬邊、焊瘤等；未焊透、未熔合、燒穿、咬邊、焊瘤等；1.未焊透：熔焊時(shí)，接頭根部未完全焊透的現(xiàn)象。未焊透：熔焊時(shí)，接頭根部未完全焊透的現(xiàn)象。原因：原因：焊接電流??；焊接電流小；焊速過(guò)高；焊速過(guò)高；坡口尺寸不合適；坡口尺寸

12、不合適；焊絲未對(duì)準(zhǔn)焊縫中心；焊絲未對(duì)準(zhǔn)焊縫中心；2.未熔合：熔焊時(shí)，焊道與母材之間或焊道與焊未熔合：熔焊時(shí)，焊道與母材之間或焊道與焊道之間，未能完全熔化結(jié)合的部分叫做未熔合；道之間，未能完全熔化結(jié)合的部分叫做未熔合；原因：熔池金屬在電弧力的作用下被排向尾部而原因：熔池金屬在電弧力的作用下被排向尾部而形成溝槽，溝槽處容易產(chǎn)生未熔合；形成溝槽，溝槽處容易產(chǎn)生未熔合；3.燒穿：熔焊時(shí)，熔化金屬自焊縫背面流出，形燒穿：熔焊時(shí)，熔化金屬自焊縫背面流出，形成穿孔的現(xiàn)象叫做燒穿；成穿孔的現(xiàn)象叫做燒穿；原因：原因： 焊接電流過(guò)大；焊接電流過(guò)大；焊速過(guò)??；焊速過(guò)小；間隙、坡口尺寸過(guò)大；間隙、坡口尺寸過(guò)大；4.咬

13、邊：熔焊時(shí)，在沿著焊趾的母材部位，燒熔咬邊：熔焊時(shí)，在沿著焊趾的母材部位，燒熔形成凹陷或溝槽的現(xiàn)象叫做咬邊；形成凹陷或溝槽的現(xiàn)象叫做咬邊；原因：原因：大電流、高速焊時(shí)比較容易出現(xiàn)咬邊；大電流、高速焊時(shí)比較容易出現(xiàn)咬邊；5.焊瘤：熔焊時(shí)，熔化金屬流淌到焊縫以外未熔焊瘤：熔焊時(shí)，熔化金屬流淌到焊縫以外未熔化的母材上形成金屬瘤的現(xiàn)象叫做焊瘤，也叫化的母材上形成金屬瘤的現(xiàn)象叫做焊瘤，也叫做滿溢；做滿溢；原因：原因：填充金屬過(guò)多；填充金屬過(guò)多；焊速過(guò)低；焊速過(guò)低；間隙、坡口尺寸?。婚g隙、坡口尺寸小；電壓過(guò)小或焊絲伸出長(zhǎng)度過(guò)大；電壓過(guò)小或焊絲伸出長(zhǎng)度過(guò)大；此外，還有凹坑、塌陷等缺陷；此外，還有凹坑、塌陷等

14、缺陷；凹坑：焊后在焊縫表面或背面形成的低于母材表凹坑：焊后在焊縫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：?jiǎn)蚊嫒刍笗r(shí)，由于焊接工藝不當(dāng)，造成塌陷：?jiǎn)蚊嫒刍笗r(shí)，由于焊接工藝不當(dāng)，造成焊縫金屬過(guò)量透過(guò)背面，使焊縫正面塌陷，背焊縫金屬過(guò)量透過(guò)背面，使焊縫正面塌陷，背面凸起的現(xiàn)象叫做塌陷；面凸起的現(xiàn)象叫做塌陷；第五節(jié)焊縫成形的控制第五節(jié)焊縫成形的控制主要考慮平面內(nèi)直縫的焊接：主要考慮平面內(nèi)直縫的焊接：1、平焊：主要考慮保證根部的完全焊透，為此、平焊：主要考慮保證根部的完全焊透，為此可以采用雙面焊、單面多道焊、單面焊雙面成可以采用雙面焊、單面多道焊、單面焊雙面成形；形；單面

15、焊雙面成形：?jiǎn)蚊婧鸽p面成形：A)自由成形：靠表面張力與重力、電弧力相平衡自由成形：靠表面張力與重力、電弧力相平衡達(dá)到雙面成形，此時(shí)所焊的板厚是有限的；達(dá)到雙面成形，此時(shí)所焊的板厚是有限的；B)襯墊承托的強(qiáng)制成形：適用于厚板；襯墊承托的強(qiáng)制成形：適用于厚板；2、立焊、橫焊：、立焊、橫焊：可以自由成形、也可以強(qiáng)制成形；可以自由成形、也可以強(qiáng)制成形；例如：立焊的強(qiáng)制成形：例如：立焊的強(qiáng)制成形：如圖所示如圖所示；3.曲面焊縫的焊接：最常見(jiàn)的是環(huán)形焊縫的焊接，曲面焊縫的焊接：最常見(jiàn)的是環(huán)形焊縫的焊接，如：筒節(jié)與筒節(jié)或筒節(jié)與封頭之間的環(huán)縫的焊接；如：筒節(jié)與筒節(jié)或筒節(jié)與封頭之間的環(huán)縫的焊接；3.1焊頭固定：

16、焊頭固定：工件轉(zhuǎn)動(dòng)、焊頭固定的條件下焊接；工件轉(zhuǎn)動(dòng)、焊頭固定的條件下焊接；為保證熔池始終位于接近水平位置，焊絲應(yīng)逆工為保證熔池始終位于接近水平位置，焊絲應(yīng)逆工件旋轉(zhuǎn)方向偏移一段距離，件旋轉(zhuǎn)方向偏移一段距離，如圖所示如圖所示；3.2全位置焊接：全位置焊接：工件固定、焊槍繞工件轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行全位置焊接；工件固定、焊槍繞工件轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行全位置焊接；一般采用小電流、細(xì)焊絲、多層焊，并且隨時(shí)改一般采用小電流、細(xì)焊絲、多層焊，并且隨時(shí)改變焊條或焊槍的角度、運(yùn)條方法及焊接線能量變焊條或焊槍的角度、運(yùn)條方法及焊接線能量參數(shù)來(lái)控制焊縫成形；參數(shù)來(lái)控制焊縫成形；先內(nèi)后外，內(nèi)爬外溜 環(huán)縫焊接時(shí)的焊絲位置環(huán)縫焊接時(shí)的焊絲位置思

17、考題：思考題：1. 什么是熔合比？熔合比的大小對(duì)焊縫質(zhì)量有什么是熔合比？熔合比的大小對(duì)焊縫質(zhì)量有何影響？試舉例說(shuō)明在生產(chǎn)實(shí)踐中采用什么何影響？試舉例說(shuō)明在生產(chǎn)實(shí)踐中采用什么方法調(diào)節(jié)熔合比的大?。糠椒ㄕ{(diào)節(jié)熔合比的大?。?. 焊接電流、焊接電壓、焊接速度各對(duì)焊縫成焊接電流、焊接電壓、焊接速度各對(duì)焊縫成型有什么影響？為什么？其影響規(guī)律如何？型有什么影響？為什么？其影響規(guī)律如何？3. 什么是上坡焊、下坡焊？各對(duì)焊縫成型有何什么是上坡焊、下坡焊？各對(duì)焊縫成型有何影響？為什么？影響？為什么？補(bǔ)充內(nèi)容：常用的焊接名詞術(shù)語(yǔ)；補(bǔ)充內(nèi)容：常用的焊接名詞術(shù)語(yǔ)；1.一般術(shù)語(yǔ)：一般術(shù)語(yǔ)：1.1坡口：根據(jù)設(shè)計(jì)或工藝需要，

18、在焊件的待焊坡口：根據(jù)設(shè)計(jì)或工藝需要，在焊件的待焊部位加工的一定幾何形狀的溝槽；部位加工的一定幾何形狀的溝槽；1.2鈍邊：焊件開(kāi)坡口時(shí)，沿焊件厚度方向未開(kāi)鈍邊：焊件開(kāi)坡口時(shí)，沿焊件厚度方向未開(kāi)坡口的端面部分；坡口的端面部分；1.3焊接接頭：用焊接方法連接的接頭，包括：焊接接頭：用焊接方法連接的接頭，包括：焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)；焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)；1.4熱影響區(qū)：焊接或切割過(guò)程中，材料因受熱熱影響區(qū)：焊接或切割過(guò)程中，材料因受熱的影響（但未熔化）而發(fā)生金相組織和力學(xué)的影響（但未熔化）而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域；性能變化的區(qū)域；1.5熔合區(qū)：焊接接頭中，焊縫向熱影響區(qū)過(guò)渡熔合區(qū)：焊接

19、接頭中，焊縫向熱影響區(qū)過(guò)渡的區(qū)域；的區(qū)域；1.6焊腳：角焊縫的橫截面積中，從一個(gè)焊件上焊腳：角焊縫的橫截面積中，從一個(gè)焊件上的焊趾到另一個(gè)焊件表面的最小距離；的焊趾到另一個(gè)焊件表面的最小距離；1.7預(yù)熱：焊接開(kāi)始前，對(duì)焊件的全部（或局部）預(yù)熱：焊接開(kāi)始前，對(duì)焊件的全部（或局部）進(jìn)行加熱的工藝措施；進(jìn)行加熱的工藝措施；1.8后熱：焊接后立即對(duì)焊件的全部（或局部）后熱：焊接后立即對(duì)焊件的全部（或局部）進(jìn)行加熱或保溫，使其緩冷的工藝措施。它不等進(jìn)行加熱或保溫，使其緩冷的工藝措施。它不等于焊后熱處理；于焊后熱處理；1.9焊后熱處理：焊后，為改善焊接接頭的組織焊后熱處理：焊后，為改善焊接接頭的組織和性能或消除殘余應(yīng)力而進(jìn)行的熱處理；和性能或消除殘余應(yīng)力而進(jìn)行的熱處理；2.熔焊名詞術(shù)語(yǔ)：熔焊名詞術(shù)語(yǔ)：2.1熔池：熔焊時(shí)，在焊接熱源的作用下，焊件上熔池：熔焊時(shí)，在焊接熱源的作用下，焊件上所形成的具有一定幾何形狀的液態(tài)金屬部分；所形成的具有一定幾何形狀的液態(tài)金屬部分；2.2弧坑：弧焊時(shí)，由于斷弧或收弧不當(dāng)，在焊道弧坑：弧焊時(shí)，由于斷弧或收弧