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1、1,第二章 电弧焊熔化现象 Chapter 2: Phenomena in wire melting,电弧焊基础,2,第一节 母材熔化和焊缝成形,2.1.1 母材熔化特征和焊缝形状尺寸,1.母材的熔化热与温度分布 电弧热输入量： Q=*I*Ua 热效率随焊接工艺的不同而不同：TIG和PAW为50-70，MAG为70-80。,3,实测热循环曲线,4,数值计算热循环曲线 4047铝合金激光焊接，1800W，900mm/min,5,激光热传导焊接工件上表面温度场,6,激光热传导焊接工件纵断面温度场,7,2.母材的熔化断面形状,8,单纯熔化型 中心熔化型 周边熔化型,9,单纯熔化型 常见SMAW和TI
2、G焊中； 在SMAW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流出。 熔池横断面呈现半圆形。,10,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。 源于电弧力和等离子力对熔池的挖掘作用。 ParcI*I,11,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，电弧从正下方输入的热量被金属流体带到熔池的周围，促进了周边区的熔化 在弧长较长或焊接速度较慢时产生。,12,MIG熔池的形状,指状熔深：熔池冲击力和电弧力的挖掘作用 圆形熔深：CO2焊接，SAW焊接 梨形熔深：CO2 结论：母材的熔化形状与热输入和
3、电弧力有关,13,2. 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。,14,2.1.2 熔池金属的对流和对流驱动力 1. 熔池金属的对流驱动力 外力促使熔池液体金属流动： 等离子气流 表面张力 电磁力 浮力,15,2. 表面张力 （1）液体金属的表面张力 液体金属的表面张力对流动有重要的影响； 纯金属液体的表面张力随温度的升高而减少； 用试验法测定液体金属的表面张力； 表面活性元素降低表面张力； 在有表面活性元素存在的情况下，表面张力温度系数会变为正值。,16
4、,2. 表面张力 （2）微量元素对熔池现象的影响 微量元素对母材的熔化构成影响，进而影响到熔池形态，其作用机制尚不明朗。 氧、硫等元素在TIG焊中可增加熔深。 （3） 焊接熔池表面张力流的研究 熔池中流体的流态与熔深的关系：,17,18,表面张力温度系数： 表面活性元素的存在使得表面张力温度系数发生变化。 为正，B/H大； 为负，B/H小。,19,3. 等离子流及电磁对流对熔化现象的影响,电弧形态对流动的影响,20,电磁对流和等离子气流对熔池形状的影响,21,22,23,24,2.1.3 焊接参数与工艺的影响,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,2.2
5、.1 焊丝的熔化与熔化速度 焊丝的熔化热 由焊丝前端产热和焊丝干伸长电阻产热两部分构成： PmI*(Um+I*Re) Um为电弧热等价电压； Re为干伸长焊丝等价电阻。,38,干伸长的定义,39,2. 电极焊丝的熔化速度和比熔化量 A 向连续送进的焊丝提供的热量等于脱落过渡的金属带走的热量： PmQm 整理得到：MRW/I 称W/I为比熔化量: 单位时间、单位电流下的脱落金属量。,40,比熔化量与焊接电流无关！,41,B 焊丝熔化速度 由来自电弧的热输入量及焊丝的电阻产热所决定，与焊丝干伸长呈线性关系。 vf=*I+Le*I*I 焊丝熔化速度与电流呈抛物线关系，与干伸长呈正比。,42,43,4
6、4,3. 影响焊丝熔化速度的因素 基本由电流、焊丝直径和干伸长决定；焊丝极性、保护气种类、可见弧长、熔滴过渡形态等也有影响。,焊丝极性及保护气混合比对熔化速度的影响,45,熔滴过渡形态与焊丝熔化速度的关系,46,铝焊丝熔化速度与电流及电弧电压的关系,47,2.2.2 熔滴上的作用力与熔滴过渡分类 GMA中，焊接电流和焊接电压决定熔滴过渡形态。其它因素也有影响。 1. 熔滴过渡的作用力 主要有重力、表面张力、电磁力和摩擦力。 表面张力：F2R; 重力：Fgvg; 电磁力：FmJB,48,49,电磁力对熔滴过渡的影响,50,2. 熔滴过渡形态的分类,51,熔滴过渡录像： 滴状过渡 射滴过渡 旋转射流过渡 爆炸过渡 短路过渡,
