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1、清华大学 机械工程系 Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University? ?弧焊过程中，预开坡口的被焊工件上形成熔池和焊缝；弧焊过程中，预开坡口的被焊工件上形成熔池和焊缝； ? ?厚度较小的工件，通常用单面单道焊或双面单道焊；厚度较小的工件，通常用单面单道焊或双面单道焊； ? ?厚度较大的可用多层多道焊。厚度较大的可用多层多道焊。清华大学 机械工程系 Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University焊缝成形? ?焊缝成形系数焊缝成形系数 B/HB/H，余高系数，余
2、高系数 B/aB/a，熔合比，熔合比 F Fmm/( /(F Fmm+F+FH H) ) 清华大学 机械工程系 Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University问题问题焊缝成形尺寸的意义焊缝成形尺寸的意义？清华大学 机械工程系 Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University焊缝成形尺寸焊缝成形尺寸? ?对接接头焊缝的最重要尺寸是熔深对接接头焊缝的最重要尺寸是熔深H H，它直接影响到，它直接影响到 接头的承载能力。接头的承载能力。? ?另一重要尺寸是焊缝宽度另一重
3、要尺寸是焊缝宽度B B ，其与熔深之比是焊缝，其与熔深之比是焊缝 成形系数成形系数 = B/H= B/H。 值大小会影响到熔池中气体逸出的难值大小会影响到熔池中气体逸出的难 易、熔池的结晶方向、焊缝中心偏析程度等。焊缝成形系易、熔池的结晶方向、焊缝中心偏析程度等。焊缝成形系 数的大小要受熔池的合理冶金条件（焊缝产生裂纹和气孔数的大小要受熔池的合理冶金条件（焊缝产生裂纹和气孔 的敏感性）的制约。的敏感性）的制约。? ?埋弧焊的焊缝成形系数一般要求大于埋弧焊的焊缝成形系数一般要求大于1.251.25；堆焊时，；堆焊时， 为了保证堆焊层材料的成分和生产率，要求熔深浅、宽度为了保证堆焊层材料的成分和生
4、产率，要求熔深浅、宽度 大，成形系数可达到大，成形系数可达到10 10 清华大学 机械工程系 Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University焊缝成形尺寸焊缝成形尺寸? ?焊缝的另一个尺寸是余高焊缝的另一个尺寸是余高 a a ， 余高可避免熔池金属余高可避免熔池金属 凝固收缩时形成缺陷，也可增大焊缝截面从而提高承受静凝固收缩时形成缺陷，也可增大焊缝截面从而提高承受静 载荷能力。载荷能力。? ?余高过大将引起应力集中，因此要限制余高尺寸。余高过大将引起应力集中，因此要限制余高尺寸。 通常，对接接头的通常，对接接头的 a = 0a
5、= 0- -3 mm3 mm或者余高系数或者余高系数 B/a B/a 大于大于4 4- -8 8。 当焊件接头的疲劳寿命是所考虑的主要问题时，焊后应将当焊件接头的疲劳寿命是所考虑的主要问题时，焊后应将 余高去除。理想的角焊缝表面最好是凹形的，可在焊后磨余高去除。理想的角焊缝表面最好是凹形的，可在焊后磨 成。成。清华大学 机械工程系 Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University焊缝成形尺寸焊缝成形尺寸? ?定义熔合比定义熔合比 为母材金属在焊缝中的横截面面积与焊为母材金属在焊缝中的横截面面积与焊 缝横截面面积之比缝横截面面积之
6、比 = F= Fmm/ (F/ (Fmm+ F+ FH H) )? ?坡口和熔池形状改变时，熔合比都将发生变化。在碳坡口和熔池形状改变时，熔合比都将发生变化。在碳 钢、合金钢和有色金属的电弧焊接中，可通过改变熔合比的钢、合金钢和有色金属的电弧焊接中，可通过改变熔合比的 大小，调整焊缝的化学成分，降低裂纹的敏感性，提高焊缝大小，调整焊缝的化学成分，降低裂纹的敏感性，提高焊缝 的机械性能。的机械性能。清华大学 机械工程系 Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University熔池与熔池与焊缝成形焊缝成形? ?母材金属和焊丝金属在电弧作用下
7、被熔化而且混母材金属和焊丝金属在电弧作用下被熔化而且混 合在一起形成熔池，电弧正下方的熔池金属在电弧力的合在一起形成熔池，电弧正下方的熔池金属在电弧力的 作用下克服重力和表面张力被排向熔池尾部。随着电弧作用下克服重力和表面张力被排向熔池尾部。随着电弧 前移，熔池尾部金属冷却并结晶形成焊缝。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、母材接头的型式和空间位置、坡口和间隙的形状尺寸、母材 边缘和焊丝金属的熔化情况、熔滴的过渡方式（熔滴金边缘和焊丝金属的熔化情况、熔滴的过
8、渡方式（熔滴金 属对熔池冲击力的大小）等有关。属对熔池冲击力的大小）等有关。清华大学 机械工程系 Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University熔池与熔池与焊缝成形焊缝成形? ?平焊位置时熔池处于最稳定的位置，容易得到成平焊位置时熔池处于最稳定的位置，容易得到成 形良好的焊缝，在生产中常通过变位机等装置使接头处形良好的焊缝，在生产中常通过变位机等装置使接头处 于水平或船形位置进行焊接。在空间位置焊接时，由于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势，因此要限制熔池重力的作用有使熔池金属下
9、淌的趋势，因此要限制熔池 的尺寸或采取特殊措施控制焊缝的成形。的尺寸或采取特殊措施控制焊缝的成形。? ?焊接工艺方法和规范参数不同，则熔池的体积和焊接工艺方法和规范参数不同，则熔池的体积和 熔池的长度等都不同。当坡口和间隙、焊接规范参数等熔池的长度等都不同。当坡口和间隙、焊接规范参数等 不合适时，除了可能产生裂纹和气孔等缺陷外，还可能不合适时，除了可能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。产生焊缝成形方面的缺陷。清华大学 机械工程系 Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University电弧热的作用? ?电弧的热量使
10、工件受热熔化，但输入工件的只是电电弧的热量使工件受热熔化，但输入工件的只是电 弧热量中的一部分。一般可用下列简化公式计算电弧对工弧热量中的一部分。一般可用下列简化公式计算电弧对工 件的热输入件的热输入 q = 0.24q = 0.24 U U I I? ?电弧加热工件热效率电弧加热工件热效率 = = 工件热输入工件热输入 / / 电弧热功率电弧热功率 = (= (电弧热功率电弧热功率 电弧热损失的总合电弧热损失的总合) / ) / 电弧热功率电弧热功率清华大学 机械工程系 Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University电弧热的
11、作用电弧热损失中包括：电弧热损失中包括： ?用于加热碳极或钨极、焊条头、焊钳或导电喷嘴用于加热碳极或钨极、焊条头、焊钳或导电喷嘴 等的热损失；等的热损失； ?用于加热和熔化焊条药皮或焊剂的损失，但不包用于加热和熔化焊条药皮或焊剂的损失，但不包 括熔渣传导给工件的那部分热量；括熔渣传导给工件的那部分热量； ?电弧热辐射和气流带走的热量损失；电弧热辐射和气流带走的热量损失； ?飞溅造成的热损失。飞溅造成的热损失。清华大学 机械工程系 Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University电弧热的作用? ?熔化极电弧焊时电极所吸收的热量可由
12、熔滴带至工熔化极电弧焊时电极所吸收的热量可由熔滴带至工 件，故熔化极电弧焊的热效率比非熔化极的高。非熔化极件，故熔化极电弧焊的热效率比非熔化极的高。非熔化极 电弧焊时钨极的伸出长度、直径和钨极尖角的大小等都会电弧焊时钨极的伸出长度、直径和钨极尖角的大小等都会 影响到电极上热损失的大小。影响到电极上热损失的大小。? ?埋弧焊时电弧空间被液态的渣膜所包围，电弧辐埋弧焊时电弧空间被液态的渣膜所包围，电弧辐 射、气流和飞溅等造成的热损失很小，因而埋弧焊的工件射、气流和飞溅等造成的热损失很小，因而埋弧焊的工件 加热效率最高。加热效率最高。清华大学 机械工程系 Department of Mechanic
13、al Engineering, Tsinghua University电弧热的作用? ?不同的焊接条件热损失大小不同，因而不同的焊接条件热损失大小不同，因而值也值也 不同。如深坡口窄间隙焊时热效率比在平板上堆焊时不同。如深坡口窄间隙焊时热效率比在平板上堆焊时 高。电弧拉长时，辐射和对流的热损失增大，因而高。电弧拉长时，辐射和对流的热损失增大，因而 减小。减小。清华大学 机械工程系 Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University电弧热的作用? ?有了有了值就可求出值就可求出q q（或者用量热法测定），有（或者用量热法测定），有
14、了了q q可以利用热计算公式来近似地分析工件上温度分可以利用热计算公式来近似地分析工件上温度分 布及熔池形状尺寸。布及熔池形状尺寸。? ?由计算可得，熔池尾部的长度由计算可得，熔池尾部的长度l l2 2与与q q成正比，与成正比，与 热源移动速度热源移动速度v v无关。熔池前部的长度无关。熔池前部的长度l l1 1虽随虽随q q增大而增大而 增大但非正比的关系，与热源移动速度则成反比。当增大但非正比的关系，与热源移动速度则成反比。当 v v大时，熔池长度近似等于熔池的尾部长度。熔池宽大时，熔池长度近似等于熔池的尾部长度。熔池宽 度度B B和熔池深度和熔池深度H H近似地与近似地与q q1/21
15、/2成正比关系，与成正比关系，与v 1/2v 1/2成成 反比的关系。反比的关系。清华大学 机械工程系 Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University电弧对熔池的作用清华大学 机械工程系 Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University力对熔池的作用力对熔池的作用? ?熔池受到各种力的作用，包括电弧的静压力和动压熔池受到各种力的作用，包括电弧的静压力和动压 力、熔滴金属对熔池的冲击力、熔池金属的重力、熔池金属力、熔滴金属对熔池的冲击力、熔池金属的重力、熔池金属
16、的表面张力、熔池金属所受电磁力等。的表面张力、熔池金属所受电磁力等。 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。焊缝的余高。 ? ?力还使熔池金属产生流动。熔池金属的流动使熔化了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。金属的流较一致。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形状和焊缝成形。动也必然影响到熔池形状和焊缝成形。清华大学 机械工程系 Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University问题问题? ?焊接工艺参数？焊接工艺参数？ ? ?对焊缝尺寸的影响？对焊缝尺寸的影响？清华大学 机械工
