文档介绍：焊接物理 (Welding Physics)
山东大学材料科学与工程学院孙俊生
第3章焊接冶金基础
3-1 焊接化学冶金过程的特点
一、焊条熔化及熔池的形成
(一)焊条的加热及熔化
1. 焊条的加热
电弧焊时加热和熔化焊条(焊丝)的热能:
电阻热电流通过焊芯时产生,使焊芯和药皮升温.
电弧热加热熔化焊条的主要热能(电弧热的一部分)
化学反应热一般只占1%~3%,可忽略不计。
焊条电弧焊时,在正常焊接规范下,焊接电流对焊芯的预热作用不大。但使用大电流密度焊接时,因电阻热过大,焊芯和药皮温升过高,将引起许多不良后果。如:
飞溅增加,药皮发红、开裂甚至剥落,药皮丧失冶金作用,焊缝成形变差,产生气孔等缺陷.
用不锈钢焊条焊接时,问题更加突出。
因此,焊条电弧焊时,应严格限制焊芯和药皮的加热温度。一般焊接终了时,焊芯温度不应超过600 ~ 650 ℃。
电阻热的影响
焊条端部得到的电弧热是熔化焊条并使液体金属过热和蒸发的主要热能。其中一小部分传导到焊芯的深处,使焊芯和药皮的温度升高。
焊条端部药皮表面温度可达600℃左右,在此处即开始发生冶金反应。
电弧热的影响
2. 焊条的熔化
I ——焊接电流(A);
αp ——焊条的熔化系数(kg/()。
平均熔化速度gM 单位时间内熔化的焊芯质量(kg/h)。
正常焊接参数范围内,gM与I成正比,即
熔化系数αp:熔化焊时,单位电流、单位时间内熔化的焊芯质量。
平均熔敷速度gD 单位时间内真正进入焊缝金属的那一部分金属的质量(kg/h)。它标志焊接生产率的高低。
αH —焊条的熔敷系数(kg/() ,即焊条熔化过程中,单位时间内单位电流熔敷到焊缝金属中的金属质量。
αH 是真正反映焊接生产率的指标。
平均熔敷速度gD与焊接电流I的关系为
损失系数Ψ焊接过程中由于飞溅、氧化和蒸发等损失的那一部分金属质量与熔化的焊芯质量之比。
损失系数ψ、熔化系数αp和熔敷系数αH三者之间的关系为
或
不同类型焊条的熔化(敷)系数是不同的,主要原因在于它们的药皮组成不同。
熔化的焊条金属并非全部形成焊缝,其中有部分损失
3. 焊条金属熔滴及其过渡特性
熔滴:在电弧热的作用下,焊条(或焊丝)端部熔化形成的滴状液态金属。
熔滴过渡:当熔滴长大到一定尺寸时,便脱离焊条/丝,以滴状的形式过渡到熔池中.
熔滴过渡(视频)
熔滴过渡特性对焊接过程的稳定性、焊接冶金和焊缝成形都有很大影响。
(1)熔滴过渡的形式
采用药皮焊条焊接时,熔滴过渡形式主要有三种:短路过渡、颗粒状过渡和附壁过渡。
短路过渡: 在短弧焊时,焊条端部的熔滴长大到一定尺寸后,便与熔池发生接触,形成短路,电弧熄灭;
同时在各种力(重力、电磁力、表面张力等)的作用下溶滴过渡到熔池中,电弧重新引燃。
短路过渡
颗粒状过渡: 当电弧足够长时,焊条端部的熔滴长大到较大尺寸,然后在电弧吹力、重力等各种力的作用下,以颗粒状落入熔池。
颗粒过渡包括粗滴、细滴和射流过渡(大电流密度的气保焊),熔滴随电流密度的增大而变细。
附壁过渡:熔滴沿着焊条端部的药皮套筒壁向熔池过渡的形式。
颗粒过渡
附壁过渡