焊缝成形
formation of weld
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焊缝成形


弧焊过程中，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。 厚度较大的可用多层多道焊。
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焊缝成形

焊缝成形系数 B/H，余高系数 B/a，熔合比 Fm/(Fm+FH)
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焊缝成形


对接接头焊缝的最重要尺寸是熔深H， 它直接影响到接头的承载能力。 另一重要尺寸是焊缝宽度B。 B 与H之比是焊缝成形系数 = B/H，其 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。
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电弧热对熔池的作用

不同的焊接条件热损失大小不同，因而 η 值也不同。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η 减小。
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电弧热对熔池的作用


有了 η 值就可求出 q（或者用量热法测 定），有了 q 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。 由计算可得，熔池尾部的长度l2与q成正 比，与热源移动速度v无关。熔池前部的 长度l1虽随q增大而增大但非正比的关系， 与热源移动速度则成反比关系。当v大时， 熔池长度近似等于熔池的尾部长度。熔 池宽度 B 和熔池深度 H 近似地与 q1/2 成正 比关系，与v 1/2成反比的关系。
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焊接工艺参数对焊缝尺寸的影响

焊接电流、电弧电压和焊接速度是决定焊缝 尺寸的主要能量参数。
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焊接工艺参数对焊缝尺寸的影响

焊接电流增大时（其它条件不变）， 焊缝的熔深和余高都会增大，而熔宽 变化不大（或略为增大）。
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焊接工艺参数对焊缝尺寸的影响

电流增大，工件所受电弧力和热输入均增大，热源位置 下移，导致熔深增加。熔深与焊接电流近乎成正比关系： H＝KmI 熔深系数Km与弧焊方法、焊丝直径、电流种类 等有关。
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熔池与焊缝成形


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。 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、母材边缘和焊丝金属的熔 化情况、熔滴的过渡方式（熔滴金属对熔 池冲击力的大小）等有关。
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焊缝成形


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的敏感性）的制约。 埋弧焊的焊缝成形系数一般要求大于1.25。 堆焊时，为了保证堆焊层材料的成分和生产 率，要求熔深浅、宽度大，成形系数可达到 10。
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焊缝成形


焊缝的另一个尺寸是余高 a 。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载荷能力。 余高过大将引起应力集中，因此要限制余高 的尺寸。通常，对接接头的 a = 0-3 mm或者 余高系数 B/a 大于4-8。当焊件接头的疲劳寿 命是所考虑的主要问题时，焊后应将余高去 除。理想的角焊缝表面最好是凹形的，可在 焊后磨成。

电流增大后，焊丝熔化量成比例地增多，由于熔宽基本 不变，所以余高增大。
电流增大后，弧柱直径增大，但是电弧潜入工件的深度 增大，电弧斑点移动范围受到限制，因而熔宽近乎不变， 焊缝成形系数则由于熔深增大而减小，熔合比亦有所增 大。
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焊接工艺参数对焊缝尺寸的影响

弧压增加后，电弧功率加大，工件热输 入有所增大；但同时弧长变大，分布半 径增大，比热流值减小，因此熔深略有 减小而熔宽增大。而余高减小，是因为 熔宽增大，焊丝熔化量却稍有减小。
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电弧热对熔池的作用

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 算电弧对工件的热输入 q = 0.24ηUI。
电弧加热工件热效率η = 工件热输入 / 电弧热功率 = (电弧热功率电弧热损失的总合) / 电弧SGM
电弧热对熔池的作用
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力对熔池尺寸的影响



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。 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。

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； 飞溅造成的热损失。
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电弧热对熔池的作用


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。 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，因而埋弧焊的工件加热效率最高。
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焊缝成形

为了确定焊缝横截面的轮廓形状，定义熔 合比 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 = Fm / (Fm + FH )
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。
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熔池与焊缝成形


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 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，还可能产生焊缝成形方面的缺陷。