焊接物理冶金：母材的熔化与焊缝的形成.pdf

第二篇! 焊接物理冶金 第五章! 母材的熔化与焊缝的形成 第一节! 母材的熔化与熔池的形成 电弧焊时，在电弧热的作用下填充金属（焊丝或焊条）熔化的同时，母材也发生局部 熔化，母材局部熔化所需热量主要依靠电弧中阳极区（正接时）或阴极区（反接时）析出 的那一部分，大约占电弧总热量的#$ 以上，见图% % % 。 在母材上由熔化的填充金属与局部熔化的母材共同组成一个具有一定几何形状的 液态金属区，称之为熔池。如果是不加填充金属的钨极氩弧焊或等离子弧焊，则熔池仅 由局部熔化的母材组成。 熔池的形成是热与力共同作用的结果。母材在被加热的同时也伴随着散热，热传导 使母材上出现温度场。在母材上只有加热达到其熔点温度以上那一部分金属才发生熔 化，因此，在温度场上母材熔点的等温面便是熔池与固体母材的界面。该等温面的空间 形状和尺寸，也就是熔池的轮廊形状和尺寸。另一方面熔池除受到第三章第六节所述的 电磁收缩力、等离子流力等电弧力的作用外，还受到熔滴过渡的冲击力、液体金属的重力 和表面张力等的作用，这些力都在不同程度上改变着熔池的形状和尺寸。所以，影响母 材温度场和各种作用力的因素，都对熔池的形成及其形状尺寸发生影响。 第二节! 熔池的形状与焊缝的形成 ’( 熔池的形状 熔池的形状、尺寸、温度、存在时间及池内液体金属的流动状态，对熔池中的冶金反 应、结晶方向、晶体结构、夹杂物的数量和分布，以至于焊接缺陷的产生均有极重要的影 响。它直接决定着焊缝的成形，焊缝外观和内在质量。 平焊情况下当焊接热源固定时，如电弧点焊，其熔池一般呈半球形；当热源作直线移 ’)# 第二篇! 焊接物理冶金 动时，多呈半椭球形。图 # $ # % 是半椭球形熔池的示意图，熔池的宽度 和深度 沿 # 轴是变化的。熔池底部的曲面正好就是母材上温度等于其熔点的等温面，它可以通过 热计算或实测等手段进行确定。 图 # $ # %! 熔池的一般几何形状 $—熔池长度! ! —熔宽! —熔深 ’( ’( 熔池的温度分布不均匀，见图 # $ # 。 图 # $ # ! 熔池的温度分布 %—熔池中部! —前部! ) —后部 $—熔池长度! —熔深! !—熔宽! %—余高 根据温度分布把熔池分成前部和后部，前部为升温区，温度梯度陡升；后部为降温 区，其梯度缓降。随着电弧的移动，电弧下方母材不断熔化，熔池与电弧同步地前移。由 于熔池后部受电弧加热作用减弱，输入热量小于散失热量，于是降温。当温度降至熔点 以下，便凝固结晶形成焊缝。焊缝的横截面形状和尺寸与熔池具有最大熔化宽度! ’* 的横截面形状和尺寸基本一致，见图 # $ # % 的’() 截面。 + 熔池形状对焊缝的影响 熔池形状对焊缝的影响主要表现在对焊缝成形、焊缝金属化学成分和焊缝结晶结构 的影响。 （% ）对焊缝成形的影响 %,% 第二篇! 焊接物理冶金 熔池冷凝后便形成了焊缝的外形，焊缝横截面的形状和尺寸，反映了熔池的最大横 截面的轮廓形状和尺寸。通常用熔宽!、熔深 和余高# 三个基本参数及它们之间的比 例表示焊缝横截面（也是熔池最大横截面的特征），见图 # $ # 和图 # $ # % 。 ）焊缝成形系数 ! 单道焊缝横截面上熔宽! 与熔深 之比值称焊缝成形系数，即 !