焊接结构学(本科院校)解析.ppt

第四节 对熔化区域的局部热作用 电流加热焊条 由于药皮平均温度T3与焊芯温度T相差很小，因此，以(T-T0)代替(T-T3)，此时放热系数应相应地采用降低了的放热系数。即?t=(0.9～0.95)?3,并取dT2/dt=dT/dt,则 第四节 对熔化区域的局部热作用 电流加热焊条 令 显然 并且 由此推出 --体积比热容（焊芯和药皮的平均值） 第四节 对熔化区域的局部热作用 电流加热焊条 电阻率?*取决于材料和成分，并随温度的升高而增加。右图给出了不同钢材电极的电阻率。 自动焊或半自动焊时，由于使用裸丝，不存在药皮，因而热量不用再加热药皮，所以其升温较快。 第四节 对熔化区域的局部热作用 电弧加热 电弧产生的热作用于熔化电极端部及邻近的大约10㎜以内的区域，在此范围内的温度急剧下降，可以近似用杆的移动面热源的温度计算公式： 其中，T—焊丝端部温升； Tr—由于电阻热造成的温升； Tm*—熔滴的温度（Tm* 〉Tm熔点）； ve—焊丝熔化速度，或送丝速度； a—热扩散率； x—焊线轴向坐标。 第四节 对熔化区域的局部热作用 电弧热与电阻热作用的叠加 在焊缝中，电阻热造成的温升Tr在焊芯中或整个焊条内随焊接时间tw稳定增加，自动送丝时，温度Tr从导电处到焊丝端部接近线性增加。 在这两种情况下， Tr与由电弧造成的按指数形式增加的温升相迭加强度。在自动焊时，其最高温度Trmax随焊丝伸出长度的加长而增加，因此可以获得较高的熔化速率。 第四节 对熔化区域的局部热作用 电极的熔化速度 可以从温度分布和热平衡来描述电极的熔化速度。作用于电极上的电弧有效热功率qe决定于弧端电压U，电流I和热效率?e(?e=0.1): 有效热功率qe使焊丝端部温度升高到Tm**Tm(熔点)，焊丝以速度ve不断送进并熔化， 上式中可引入变量熔化速度me[g/s] 第四节 对熔化区域的局部热作用 电极的熔化速度 电弧熔化的熔滴与电阻热加热的焊丝末端相比较，其单位质量的热含量（即焓）的变化为： 由于?和c是随温度变化的，为简单起见，采用所研究温度范围内的平均值，并考虑熔化潜热加以修正，以 表示, 所以熔化和送丝速度为 第四节 对熔化区域的局部热作用 电极的熔化速度 实际上，熔化速率me和熔化速度ve主要受电流I的控制。 对于焊芯来说：焊接时间tw增加，熔化速率me增加，这是因为Tr增加。因此，焊接过程越快，对于给定的焊芯，在整个焊接过程完成后的温升Trmax就越大，而且裸焊丝比药皮焊条的温升更高。 第四节 对熔化区域的局部热作用 电极的熔化速度 定义?e为单位电流I作用下的熔化速率，即： 如果熔敷速率不是特别高，则?e近似为常数，一般手工焊时?e=5～14g/Ah，埋弧焊时，?e=13～23g/Ah。 熔敷量应为熔化量与质量损耗（蒸发与飞溅等）的差值， 其中，?d为损失系数。 对于普通焊接方法，?d=0.05～0.2，对于埋弧焊， ?d=0.01～0.02。 定义?d为单位电流作用下的熔敷速率， 则 第四节 对熔化区域的局部热作用 母材的熔化 无论是否有填充金属，母材的熔化对被焊接零件间形成牢固的结合都具有重要的意义。理论上讲，只需极薄的一层熔化层就可满足要求，而实际上的目标是获得约1㎜厚的熔化层，以补偿可能因几何、材料和工艺等方面因素造成的偏差，而不至引起未熔合。 第四节 对熔化区域的局部热作用 母材的熔化 在表面堆焊和对接焊缝时，焊接熔池或熔化区的特征尺寸有： lm*—焊接熔池长度; wm—焊接熔池宽度; hd—焊道高度; hm—焊接熔池深度; Ad—焊道横截面积(与填充金属量一致); Am—焊接熔池横截面积(与母材熔化金属量一致)。 其中，wm、hd 、hm、Ad、Am可以从焊缝的横截面上测量。lm可以从凝固后焊缝末尾的弧坑测量。 有时可引入无量纲形状参数，如：相对熔深hm/Wm,其与焊接方法、电极材料和木材有关；而相对熔化面积?=Am/hmWm=0.6～0.8。?相对恒定为常数。 第四节 对熔化区域的局部热作用 Am的计算： 熔化母材的热输入q可由熔化的体积vAm[mm3/s]及其体积比热?im[J/mm2](包括熔化潜热)来决定，并通过熔化效率?m，与电弧热功率相等： 上式中未考虑填充金属，即Ad=0。如果以Ad+Am代替上式中的Am则会更加准确。