江苏科技大学：船舶工业《焊接方法与设备》课程教学课件（讲稿）第三章 母材的熔化和焊缝成形

熔焊工艺及设备第三章母材的熔化和辉缝成形第三章母材的熔化和焊缝成形School ofMaterial Science & Engineering江苏科技大学材料学院

熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第三章 母材的熔化和焊缝成形 第三章 母材的熔化和焊缝成形

熔焊工艺及设备第三童母材的熔化和焊缝成形3.1焊缝形成过程及焊缝形状尺寸3.1.1焊缝形成过程电弧焊时，焊缝的形成一般要经历加热、熔化化学冶金、凝固和固态相变等一系列冶金过程其中，熔化和凝固是两个必不可少的过程Schoolof Material Science & Engineering江苏科技大学材料学院

熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第三章 母材的熔化和焊缝成形 3.1 焊缝形成过程及焊缝形状尺寸 3.1.1 焊缝形成过程 电弧焊时，焊缝的形成一般要经历加热、熔化、 化学冶金、凝固和固态相变等一系列冶金过程。 其中，熔化和凝固是两个必不可少的过程

熔焊工艺及设备第三章母材的熔化和焊缝成形T焊件上温度分布不均匀熔池前部的固体母材金属急剧升温并不断被熔池：形成，移动熔化形成液体金属熔池内温度分布不均匀·熔池尾部的液体金属1-温度降低，不断凝固形成焊缝xO焊接方向图3-1熔池内沿焊缝纵向轴线上的温度分布示意图1一熔池前部2一熔池尾部School of Material Science & Engineering江苏科技大学材料学院

熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第三章 母材的熔化和焊缝成形 图3-1 熔池内沿焊缝纵向轴线上的温度分布示意图 1－熔池前部 2－熔池尾部 焊件上温度分布不均匀 •熔池：形成，移动 熔池内温度分布不均匀 •熔池前部的固体母材 金属急剧升温并不断被 熔化形成液体金属 •熔池尾部的液体金属 温度降低，不断凝固形 成焊缝

熔焊工艺及设备第三童母材的熔化和焊缝成形熔池凝固是一个结晶过程熔池金属原子依附于熔合面上的半熔熔合线化和未熔化的晶粒形核（非自发d形核），然后以柱状晶的形式向母材熔池中心生长，直到相遇为止。图3-2熔池结晶过程示意图焊缝是由熔池凝固而成的，熔池的形状将决定焊缝的形状School of Material Science & Engineering江苏科技大学材料学院

熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第三章 母材的熔化和焊缝成形 图3-2熔池结晶过程示意图 熔池凝固是一个结晶过程 金属原子依附于熔合面上的半熔 化和未熔化的晶粒形核（非自发 形核），然后以柱状晶的形式向 熔池中心生长，直到相遇为止。 焊缝是由熔池凝固而成的，熔池 的形状将决定焊缝的形状

熔焊工艺及设备第三章母材的熔化和焊缝成形3.1.2焊缝形状尺寸焊缝的形状一般是指焊缝横截面的形状，通常用焊缝熔深H、焊缝熔宽B和焊缝余高h来描述。·焊缝熔深H是指母材熔化的深度；影响承载能力焊缝熔宽B是两焊趾之间的距离：焊缝余高h是焊缝横截面上焊趾连线之上的那部分焊缝金属的最大高度。0～3mm焊缝成形系数Φ（Φ=B/H）：一般1.3～2，堆焊可10余高系数（=B/h）：4～8School ofMaterialScience&Engineering江苏科技大学材料学院

熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第三章 母材的熔化和焊缝成形 焊缝的形状一般是指焊缝横截面的形状，通常用 焊缝熔深H、焊缝熔宽B和焊缝余高h来描述。 •焊缝熔深H是指母材熔化的深度；影响承载能力 •焊缝熔宽B是两焊趾之间的距离； •焊缝余高h是焊缝横截面上焊趾连线之上的那部分焊 缝金属的最大高度。0～3mm •焊缝成形系数φ（φ＝B/H）：一般1.3～2，堆焊可10 •余高系数Ψ（Ψ＝B/h）：4～8 3.1.2 焊缝形状尺寸

熔焊工艺及设备第三章母材的熔化和焊缝成形ALAM图3-3对接接头和角接接头焊缝形状和尺寸H一焊缝熔深，B一焊缝熔宽，h一焊缝余高Ah一填充金属熔化面积，AM一母材熔化面积School of Material Science & Engineering江苏科技大学材料学院

熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第三章 母材的熔化和焊缝成形 图3-3 对接接头和角接接头焊缝形状和尺寸 H－焊缝熔深，B－焊缝熔宽，h－焊缝余高， Ah－填充金属熔化面积，AM－母材熔化面积

熔焊工艺及设备第三章母材的熔化和焊缝成形熔合比是另一个表征焊缝横截面形状特征的重要参数。所谓熔合比是指单道焊时在焊缝横截面上熔化的母材所占的面积与焊缝的总面积之比。它能反映母材成分对焊缝成分的稀释程度，熔合比越大，说明母材向焊缝中熔入的量越大，稀释程度越大。熔合比用下式计算：(3一1)= AM/( AM+ Ah)AM是熔化的母材在焊缝横截面积中所占的面积Ah是填充金属在焊缝横截面中所占的面积。Schoolof Material Science& Engineering江苏科技大学材料学院

熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第三章 母材的熔化和焊缝成形 熔合比γ是另一个表征焊缝横截面形状特 征的重要参数。所谓熔合比γ是指单道焊时， 在焊缝横截面上熔化的母材所占的面积与焊缝 的总面积之比。它能反映母材成分对焊缝成分 的稀释程度，熔合比γ越大，说明母材向焊缝 中熔入的量越大，稀释程度越大。熔合比γ用 下式计算： γ= AM/( AM+ Ah) （3－1） AM是熔化的母材在焊缝横截面积中所占的面积； Ah是填充金属在焊缝横截面中所占的面积

熔焊工艺及设备第三章母材的熔化和焊缝成形3.2熔池形状与焊接电弧热的关系焊接电弧热中有相当大一部分用于熔化母材和填充金属，它不仅能决定焊接熔池的体积，而且能影响熔池的形状尺寸。其影响结果与电弧的热输入功率和焊件上的温度分布有关。School of Material Science & Engineering江苏科技大学材料学院

熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第三章 母材的熔化和焊缝成形 焊接电弧热中有相当大一部分用于熔化母材 和填充金属，它不仅能决定焊接熔池的体积，而 且能影响熔池的形状尺寸。其影响结果与电弧的 热输入功率和焊件上的温度分布有关。 3.2 熔池形状与焊接电弧热的关系

熔焊工艺及设备第三童母材的熔化和焊缝成形3.2.1焊接电弧的热输入功率通常用电弧加热焊件的热输入功率与电弧热功率的比值卫来反映焊接电弧加热焊件的效率，n称为电源热效率Ⅱ=焊件热输入功率/电弧热功率=（电弧热功率一电弧热损失的总和）/电弧热功率直流电弧焊：q=0.24nUI交流电弧焊：q=0.24nKUIK=0.7-0.9q是焊接热输入功率；Ⅱ是电弧加热工件的热效率，它与焊接方法和焊接参数有关：U提电弧电压：I是焊接电流。电弧热损失：·电弧热辐射和气流带走的热量损失·用于加热和熔化焊条药皮或焊剂的损失焊接飞溅造成的热损失·用于加热钨极或碳棒、焊接头、焊钳或导电喷嘴等的热损失

熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第三章 母材的熔化和焊缝成形 3.2.1 焊接电弧的热输入功率 通常用电弧加热焊件的热输入功率与电弧热功率的比值η 来反映焊接电弧加热焊件的效率， η称为电源热效率 η＝焊件热输入功率/电弧热功率＝（电弧热功率－电弧热损 失的总和）/电弧热功率 直流电弧焊：q＝ 0.24ηUI 交流电弧焊：q＝ 0.24ηKUI K=0.7-0.9 q是焊接热输入功率；η是电弧加热工件的热效率，它与焊 接方法和焊接参数有关；U是电弧电压；I是焊接电流。 电弧热损失： •电弧热辐射和气流带走的热量损失 •用于加热和熔化焊条药皮或焊剂的损失 •焊接飞溅造成的热损失 •用于加热钨极或碳棒、焊接头、焊钳或导电喷嘴等的热损失

熔焊工艺及设备第三章母材的熔化和焊缝成形表3-1各种弧焊方法的热效率n弧焊方法n焊条电弧焊0.65~0.85埋弧自动焊0.80~0.90CO,气体保护焊0.75~0.90熔化极氩弧焊（MIG）0.70~0.80钨极氩弧焊0.65~0.70School of Material Science & Engineering江苏科技大学材料学院

熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第三章 母材的熔化和焊缝成形 表3-1 各种弧焊方法的热效率η 弧焊方法 η 焊条电弧焊 0.65～0.85 埋弧自动焊 0.80～0.90 CO2气体保护焊 0.75～0.90 熔化极氩弧焊（MIG） 0.70～0.80 钨极氩弧焊 0.65～0.70