《电弧焊熔化现象》课件

电弧焊熔化现象电弧焊是一种利用电弧产生的高温来熔化金属材料的焊接方法。熔化现象是电弧焊过程中的关键环节，直接影响焊接质量。课程目标11.了解电弧焊熔化现象深入理解电弧焊过程中发生的熔化现象，掌握相关理论知识。22.分析熔化过程分析电极熔化、熔滴转移、熔池形成和流动等关键过程，并了解影响因素。33.掌握焊缝成形机理学习焊缝的几何形状、影响因素，以及焊缝宏观和微观成形机理。44.了解焊接热循环影响掌握焊接热循环过程、焊接热量的吸收，以及塑性变形和残余应力等影响。电弧焊概述电弧焊是利用电弧产生的高温热量，熔化金属并使之连接在一起的焊接方法。电弧焊是现代工业中应用最广泛的焊接方法之一，广泛应用于制造、维修、建筑等领域。电弧焊具有操作简便、效率高、成本低、适用范围广等优点，使其成为焊接领域的重要技术。电弧的形成与性质电弧形成电弧是由电极间气体被电离形成的。通过在电极之间施加高压，气体分子被分解成带正负电荷的离子，从而形成导电通路。电弧类型电弧可分为直流电弧和交流电弧。直流电弧稳定且温度较高，而交流电弧则具有周期性变化的特点。电弧温度电弧的温度极高，可达数千摄氏度，足以熔化金属并形成熔池。电弧性质电弧具有高能量密度、高温、电离气体等特点，这些特性使其成为焊接过程的核心要素。电极的熔化过程1电极熔化电极受热，金属原子获得能量。2金属键断裂原子间作用力减弱，材料熔化。3形成熔池熔化的金属形成熔池，为焊接提供材料。电极熔化是焊接过程中的关键步骤，它为焊缝提供熔化的金属材料。电极受热后，金属原子获得能量，原子间的键力减弱，最终导致材料熔化。熔化的金属形成熔池，为焊缝提供材料。熔滴的转移机制1熔滴的形成熔滴形成于电极端部的熔化金属，由电弧热和表面张力作用形成球形或半球形。2熔滴的生长随着电弧热量输入，熔滴逐渐增大，最终脱离电极向熔池转移。3熔滴的转移熔滴的转移过程由多种因素决定，包括表面张力、电磁力、重力等，形成不同的转移模式。熔滴向接头的转移熔滴从电极向熔池的转移是电弧焊过程中关键的一步，它决定了焊缝的成形和质量。1熔化电弧热量使电极熔化，形成熔滴。2脱离熔滴在表面张力和电磁力的作用下，从电极表面脱离。3转移熔滴在电磁力和重力的作用下，转移到熔池中。4熔合熔滴与熔池中的液态金属熔合，形成焊缝。不同熔滴转移模式短路转移熔滴短路至工件，形成短路电流。短路电流会迅速升高，导致熔滴被快速推离电极。短路转移通常发生在低电流和短电弧情况下。喷射转移熔滴以高速喷射方式转移，形成细小的熔滴，产生大量的飞溅。喷射转移通常发生在高电流和长电弧情况下。球状转移熔滴以球形方式转移，形成较大的熔滴，产生的飞溅较少。球状转移通常发生在中等电流和电弧长度情况下。脉冲转移采用脉冲电流，使熔滴以稳定的速度转移，并减少飞溅。脉冲转移通常用于提高焊接质量和降低成本。熔池的形成与熔化1熔池的形成电弧高温作用下，金属材料熔化形成熔池。熔池是焊接过程中最活跃的区域，金属熔化、流动、凝固、成形等一系列过程都在这里进行。2熔池的液态熔池中的金属处于液态，具有流动性。熔池的流动性受多种因素影响，例如焊接电流、焊接速度、焊丝直径、母材材质等等。3熔池的冷却焊接结束后，熔池会逐渐冷却凝固，形成焊缝。冷却过程伴随着金属的物理变化，如体积收缩、晶体结构转变等等。熔池的流动特性熔池的流动性受多种因素影响，如表面张力、重力、热梯度和焊接电流等。熔池流动特性对焊缝成形、金属熔合和焊接质量具有重要影响。熔池流动方向和速度影响着熔滴的转移方式，进而影响焊缝的成形。此外，熔池流动对熔池内部的热量传递和金属元素的混合起着重要作用，影响着焊缝的冶金性能。熔池边界条件气体环境焊接过程中周围气体对熔池形成有重要影响。保护气体可以防止熔池氧化，而空气中的氧气会使熔池产生氧化物，降低焊缝质量。基体材料基体材料的性质，如熔点、热导率和热膨胀系数，会影响熔池的形状和尺寸。不同的材料具有不同的物理性质，对熔池边界条件产生影响。热源类型不同的热源类型，如电弧、激光或电子束，会产生不同的热量分布，进而影响熔池的温度梯度和形状。例如，电弧焊接的熔池通常比激光焊接的熔池更大。焊接参数焊接电流、电压、焊接速度等焊接参数都会影响熔池的大小和形状。例如，增加焊接电流会增加熔池尺寸，而增加焊接速度会减小熔池尺寸。焊缝成形机理焊缝成形机理是指焊缝几何形状的形成过程，它受到多种因素的影响，包括焊接工艺参数、熔池流动特性以及金属材料的性质等。1熔池流动熔池的表面张力、热梯度和重力等因素影响熔池的流动方向和速度。2金属凝固熔化的金属在冷却过程中会发生凝固，形成焊缝的最终形状。3热量传递焊接过程中，热量从电弧传递到工件，导致工件局部熔化。焊接热量的分布以及热量传递速度影响熔池的温度场和流场，进而影响焊缝的形状和尺寸。焊缝的几何形状焊缝形状焊缝的形状取决于焊接工艺参数和焊接材料。焊缝横截面焊缝横截面形状包括凸面、凹面、平面对接等。焊缝坡口坡口设计影响焊缝的形状和强度。影响焊缝形状的因素焊接角度焊接角度直接影响焊缝的宽度和深度。角度过大，焊缝容易过宽，容易产生气孔和裂纹。焊接速度焊接速度过快，焊缝容易过窄，熔池冷却速度过快，易产生裂纹；速度过慢，焊缝容易过宽，容易产生气孔。焊接电流电流过大，熔化金属过多，容易造成焊缝过宽，焊透性差；电流过小，熔化金属不足，容易造成焊缝过窄，焊透性差。焊丝直径焊丝直径过大，熔化金属过多，容易造成焊缝过宽，焊透性差；焊丝直径过小，熔化金属不足，容易造成焊缝过窄，焊透性差。焊缝宏观成形机理1熔池形状熔池的形状与尺寸直接影响焊缝的几何形状2熔池流动熔池内的金属流动是影响焊缝形状的重要因素3热影响区热影响区的尺寸和组织结构也会影响焊缝的成形4冷却速度冷却速度决定了焊缝金属的组织结构和机械性能焊缝宏观成形机理是指在焊接过程中，熔池金属凝固形成焊缝的形状和尺寸的过程。焊缝的形状和尺寸会影响其强度、韧性和抗疲劳性，因此对焊接质量至关重要。焊缝微观成形机理晶粒生长熔池凝固时，金属原子以晶核为中心，按照一定方向排列形成晶粒。晶界形成不同晶粒的生长方向不同，在交界处形成晶界，影响焊缝的力学性能。相变过程熔池冷却过程中，金属的相态发生变化，形成不同的组织结构，影响焊缝的性能。缺陷形成微观结构的缺陷，如气孔、夹渣、裂纹等，会降低焊缝的强度和韧性。焊接热循环过程热量输入焊接过程中，电弧产生的热量传递至工件，导致工件温度升高。温度升高工件温度持续升高，达到熔点时，金属开始熔化。冷却阶段焊接完成后，热量逐渐散失，熔化的金属逐渐冷却凝固。最终状态工件最终恢复到室温，形成焊缝。焊接热循环曲线焊接热循环曲线表示焊接过程中金属温度随时间变化的曲线，它反映了焊接热量的输入和散失过程，对焊缝的组织结构和性能有重要影响。焊接热量的吸收焊接热量吸收因素描述材料比热容材料吸收热量能力，比热容越高，吸收热量越多熔化热熔化温度材料从固态转变为液态所需热量，熔点越高，熔化热越高焊接速度焊接时间焊接速度越快，焊接时间越短，材料吸收的热量越少电流焊接电流焊接电流越大，电弧产生的热量越多，材料吸收的热量越多电压焊接电压焊接电压越高，电弧产生的热量越多，材料吸收的热量越多塑性变形及残余应力塑性变形焊接过程中，热量输入导致金属材料发生局部高温加热，进而发生塑性变形。材料在冷却过程中，由于热膨胀和收缩不均匀，会产生内应力，导致塑性变形。残余应力焊接结束后，金属材料内部仍然存在着无法消除的应力，称为残余应力。残余应力会影响焊缝的性能和结构的稳定性，甚至导致裂纹产生。焊接变形的类型长度变化焊接接头由于热量集中，材料热膨胀系数差异，导致焊接接头长度发生变化。弯曲变形焊接接头受热不均，导致焊接接头发生弯曲变形。扭曲变形焊接接头受热不均，导致焊接接头发生扭曲变形。翘曲变形焊接接头受热不均，导致焊接接头发生翘曲变形。焊接变形的影响因素材料性质材料的热物理性质，如热膨胀系数、热传导率和熔化温度等，会影响焊接热量在焊件中的分布，从而影响变形。焊接工艺参数焊接电流、焊接速度、焊丝直径、焊接方法和焊接位置等参数会影响焊接热量输入和热量分布，进而影响变形。焊件结构焊件的形状、尺寸、厚度和约束程度等因素会影响焊接应力和变形。环境温度环境温度会影响焊接过程的热量损失，从而影响变形。焊接变形的控制方法焊接变形是焊接过程中不可避免的现象，对焊接结构的性能和使用寿命有较大影响。因此，采取有效措施控制焊接变形，确保焊接结构的质量和安全，至关重要。1工艺参数控制合理选择焊接工艺参数，例如焊接电流、焊接速度、电极类型等，可以有效控制焊接热输入，减少焊接变形。2预热与后热预热可以提高焊件温度，降低焊接应力，减少焊接变形；后热可以减缓冷却速度，降低焊接应力，控制焊接变形。3夹具与定位使用夹具和定位装置，可以固定焊件，防止焊接过程中发生位移，有效控制焊接变形。4焊接顺序与层数合理的焊接顺序和层数安排，可以减小焊接热输入的集中，降低焊接变形。除了上述方法，还可以使用焊接变形补偿技术，例如预留变形量、焊接变形校正等方法，以控制焊接变形。焊缝性能评价指标11.抗拉强度焊缝的抗拉强度是衡量焊接接头承受拉力破坏的能力，通常用单位面积上的拉力来表示。22.冲击韧性是指焊接接头抵抗冲击载荷的能力，用冲击试验机测定材料在冲击负荷下的韧性，反映焊接接头的脆性程度。33.疲劳强度焊接接头的疲劳强度是指材料在交变载荷下，抵抗疲劳破坏的能力，反映焊接接头在交变载荷下的使用寿命。44.硬度焊接接头的硬度是指材料抵抗外力压入的能力，反映焊接接头的强度和耐磨性。焊缝缺陷的成因操作因素焊工技术水平、焊接参数、焊接工艺等都会影响焊缝质量。不当的操作会导致焊缝缺陷的产生。材料因素金属材料的成分、性质、表面状况等也会影响焊接过程，导致焊缝缺陷。例如，材料含杂质过多会导致气孔的产生。环境因素焊接环境温度、湿度、风力等会影响焊接过程的稳定性，导致焊缝缺陷。例如，风力过大会导致熔池冷却过快，产生裂纹。设备因素焊接设备性能、维护保养等都会影响焊接过程的稳定性，导致焊缝缺陷。例如，焊接电源不稳定会导致电弧不稳定，产生焊缝缺陷。常见焊缝缺陷类型气孔焊接过程中气体无法及时逸出，导致焊缝中形成的气泡。气孔尺寸大小不一，分布不均匀，影响焊缝的致密性和强度。裂纹焊接过程中金属冷却收缩应力过大，导致焊缝发生断裂。裂纹的长度、宽度和深度各不相同，严重影响焊缝的强度和可靠性。焊缝检验与测试1无损检测X射线探伤、超声波探伤2外观检验目视检查，焊缝表面缺陷3力学性能测试拉伸强度、弯曲性能、冲击韧性4金相检验显微镜观察，微观组织焊缝检验与测试是保证焊接质量的重要环节，通过各种手段检测焊缝的质量，确保焊缝的强度和可靠性，提高焊接安全性和产品质量。焊接质量控制措施11.严格工艺参数控制严格控制焊接电流、电压、速度、焊丝送进速度等参数，确保焊接过程稳定，避免焊缝缺陷。22.焊工技能培训加强焊工技能培训，提高焊工操作熟练度，减少人为操作失误。33.定期设备维护保养定期对焊接设备进行维护保养，确保设备运行正常，保证焊接质量。44.严格检验测试对焊