小型鋼結(jié)構(gòu)件的焊條電弧焊-焊條電弧焊過程（鋼結(jié)構(gòu)焊接）

焊縫金屬的形成焊接熔池的有效熱功率單位時(shí)間內(nèi)（秒）焊接電弧所產(chǎn)生的熱量叫做焊接電弧的熱功率，即：

q0=0.24UhIh

考慮熱效率，則

q=q0ηM=0.24UhIhηM（1）焊條金屬的熔化系數(shù)焊條金屬在焊縫中所占的比例約在30~80%范圍內(nèi)。通常把這個(gè)是指稱為熔合比。

1）熔化系數(shù)焊條熔化系數(shù)是指在一小時(shí)內(nèi)每一安培電流所熔化的焊芯（或焊絲）的重量。

Ap=（Gp/Iht）×3600（克/安時(shí)）其中Gp在t時(shí)間內(nèi)焊條金屬熔化的重量（克），影響焊條熔化系數(shù)的因素主要是焊條藥皮類型，其次是直流焊中的極性和電弧電壓。2.1.2.2焊條金屬的熔化和過渡2、熔敷系數(shù)和損失系數(shù)（飛濺率）實(shí)際落入到熔池中的焊條金屬質(zhì)量用熔敷系數(shù)（aH）表示。熔敷系數(shù)是指單位時(shí)間內(nèi)每一安培電流所能熔敷到焊件上的金屬質(zhì)量，即

aH=GH/Iht×3600（克/安時(shí)）其中GH在t時(shí)間內(nèi)實(shí)際過度到焊件上的焊條金屬質(zhì)量（克）損失系數(shù)（￠）：表示焊條金屬飛濺損失的程度，用下式表示?！?（GP-GH）/GP×100%上述三個(gè)系數(shù)中能夠反映生產(chǎn)率的是熔敷系數(shù)aH。1）表面張力平焊時(shí)對(duì)熔滴起阻礙過渡作用。仰焊時(shí)有利于熔滴過渡。2）熔滴的重力平焊時(shí)有利于熔滴過渡，仰焊立焊阻礙熔滴過渡。3）電磁力在空間任何位置進(jìn)行焊接時(shí)，起促進(jìn)熔滴過渡的作用。4）電弧空間的氣體的吹力無論焊接的空間位置怎樣都有利于熔滴過渡。5）極點(diǎn)壓力帶電的質(zhì)點(diǎn)撞擊在兩極的斑點(diǎn)上，使產(chǎn)生了機(jī)械壓力，它阻礙熔滴過渡。直流正接時(shí)，阻礙熔滴過渡的是正離子，引起極點(diǎn)壓力，直流反接時(shí)，阻礙熔滴過渡的是電子，引起的極點(diǎn)壓力。（2）熔滴過度的作用力（3）熔滴的過渡形式

1）短路過渡當(dāng)電弧長度小于焊條直徑時(shí)，焊條熔化的金屬再焊條末端與熔池之間形成液體金屬小橋，并隨之而向熔池過度，

2）滴狀過渡當(dāng)電弧長度大于焊條直徑時(shí)，焊條金屬的顆粒熔滴形式向熔池過度

3）射流過渡在細(xì)焊絲、大電流，即電流密度超過一定臨界值時(shí)，熔滴不在是較大的滴狀，而以及細(xì)小的顆粒向熔池噴射，這種過度稱為射流過度，焊接接頭的性能焊縫熔合區(qū)過熱區(qū)正火區(qū)部分相變區(qū)2.1.3焊接接頭的金相組織及其機(jī)械性能

2.1.3.1焊接接頭的金屬與組織（1）焊縫金屬焊接工件上溫度的變化各點(diǎn)處：常溫—————較高溫度———————常溫

固態(tài)

液態(tài)

固態(tài)

在焊接過程中，母材因受熱的影響(但未熔化)而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域稱為熱影響區(qū)。熔焊焊縫和母材的交界線叫熔合線，熔合線兩側(cè)有一個(gè)很窄的焊縫與熱影響區(qū)的過渡區(qū)，叫熔合區(qū)，也叫半熔化區(qū)。因此，焊接接頭由焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)組成。

（2）

焊縫的組織和性能

1）焊縫的組織

焊縫組織是由熔池金屬結(jié)晶得到的柱狀的鑄造組織。焊接熔池的結(jié)晶首先從熔合區(qū)中處于半熔化狀態(tài)的晶粒表面開始，晶粒沿著與散熱最快的方向的相反方向長大，因受到相鄰的正在長大的晶粒的阻礙，向兩側(cè)生長受到限制，因此，焊縫中的晶體是方向指向熔池中心的柱狀晶體，焊縫中的鑄態(tài)組織，晶粒粗大，組織不致密，但是，由于焊接熔池小，冷卻快，焊條藥皮、焊劑或焊絲在焊接過程中的冶金處理作用，使得焊縫的金屬的化學(xué)成分優(yōu)于母材，硫、磷含量較低，所以容易保證焊縫金屬的性能不低于母材，特別是強(qiáng)度容易達(dá)到。

2）焊縫形狀與焊接質(zhì)量的關(guān)系

焊縫形狀是焊件熔化區(qū)橫截面的形狀，它可用焊縫熔深s、焊縫熔寬c和余高h(yuǎn)三個(gè)參數(shù)來描述，如圖2－8所示。合理的焊縫形狀要求s、c和h之間有適當(dāng)?shù)谋壤?。生產(chǎn)中常用焊接成形系數(shù)（φ＝c／s）和余高系數(shù)（

＝c／h）來表征焊縫成形的特點(diǎn)。

圖2－8焊縫的橫截面焊縫寬度焊縫余高

焊接參數(shù)決定焊縫輸入的能量，是影響焊縫成形的主要工藝參數(shù)。焊接參數(shù)對(duì)焊縫熔深s、焊縫熔寬c和余高h(yuǎn)的影響如圖4-8所示。焊接電流主要影響焊縫熔深s；電弧電壓主要影響焊縫熔寬c；焊接速度的快慢主要影響母材的熱入，提高焊速焊縫熔深s、焊縫熔寬c、余高h(yuǎn)均減少。圖4－8焊接參數(shù)對(duì)焊縫熔深s、焊縫熔寬c和余高h(yuǎn)的影響a)焊接電流的影響；b)焊接電壓的影響；c)焊接速度的影響。3）

熔合區(qū)的特征熔合區(qū)，又稱半熔化區(qū)，是焊縫與母材的交界區(qū)加熱溫度：1495～1538℃（固、液相線之間）組織：（未熔化但因過熱而長大的）粗晶組織和（部分新

結(jié)晶的）鑄態(tài)組織。特點(diǎn)：該區(qū)很窄，組織不均勻，強(qiáng)度下降，塑性很差，是產(chǎn)生裂紋及局部脆斷的發(fā)源地。

（2）

低碳鋼接頭的熱影響區(qū)

1）熱影響區(qū)：受焊接熱循環(huán)的影響，焊縫附近的母材因焊接熱作用發(fā)生組織或性能變化的區(qū)域。低碳鋼的熱影響區(qū)分為過熱區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)。

A）過熱區(qū)：緊靠熔合區(qū)加熱溫度：1100℃～1490℃（1100℃～固相線）組織：粗大的過熱組織。特點(diǎn)：寬度為1～3mm，塑性和韌性下降。焊接剛度大的結(jié)構(gòu)時(shí)，該區(qū)易產(chǎn)生裂紋。B）正火區(qū)：緊靠著過熱區(qū)加熱溫度：850℃～1100℃（AC3至1100℃）組織：均勻細(xì)小的鐵素體和珠光體組織（近似于正火組織）特點(diǎn)：寬度約1.2～4.0mm，力學(xué)性能優(yōu)于母材。C）部分相變區(qū)加熱溫度：AC1～AC3之間組織：F+P（F粗、細(xì)不均）相變的F，變細(xì)??；未相變的F，變粗大特點(diǎn)：部分組織發(fā)生相變，晶粒不均勻，力學(xué)

性能稍差2）影響熱影響區(qū)的因素有：i焊接材料一看材料的加熱溫度高低；二看熱量是否集中；三看保護(hù)措施如何。ii焊接方法不同的焊接方法，有不同的焊接效果。iii焊接工藝焊接工藝不同焊縫熔深和焊接變形效果有較大的差異。iv焊后熱處理對(duì)焊后變形要求嚴(yán)格的焊件，應(yīng)作焊后熱處理。v接頭形式、工件厚度、施工環(huán)境等是影響焊接工藝的重要因素。（3）

提高焊接接頭質(zhì)量的措施1）

合理的選用焊接方法和焊接規(guī)范，以減少熱影響區(qū)的影響焊接方法：優(yōu)先采用手工電弧焊、氣保焊、埋弧焊等，少用氣焊和電渣焊等。焊接規(guī)范：小直徑焊條（或焊絲）、小電流、快速焊、多層焊等。2）

焊前預(yù)熱、焊后熱處理?xiàng)椉?xì)化晶粒，清除硬化組織。3）加強(qiáng)對(duì)焊縫金屬的保護(hù)。2.1.3.2

焊接接頭的機(jī)械性能

（1）焊縫金屬的機(jī)械性能影響焊接金屬的機(jī)械性能的因素有焊接材料（焊條，焊絲，焊劑），母材的化學(xué)成分，焊接方法及焊接工藝參數(shù)，焊件的尺寸及冷卻速度，焊縫金屬的塑性變形等。

（2）熱影響區(qū)金屬的機(jī)械性能熱影響區(qū)的機(jī)械性能與母材的化學(xué)成分和焊接工藝有關(guān)。粗晶越粗，強(qiáng)度高，塑性降低。熱影響區(qū)的硬度，在熔合線附近的粗晶區(qū)，硬度值最高。焊接船用碳素鋼時(shí)，硬度升高20～30%。為了避免母材重復(fù)或多次受焊接影響區(qū)而使性能（塑性及韌性）降低，一般規(guī)范中規(guī)定，相鄰對(duì)接焊縫的距離不得小于100毫米。

（3）熱影響區(qū)的脆化見圖2-14在低碳鋼粗晶粒及Ac1以下溫度（400～1000℃）的區(qū)域沖擊值最低，形成2個(gè)谷，稱為脆化區(qū)。粗晶粒區(qū)對(duì)不易淬火鋼，易形成粗大的組織；對(duì)易淬火鋼易產(chǎn)生硬脆的淬火組織。焊條電弧焊過程認(rèn)知

電弧是焊接的熱源，它所產(chǎn)生的高溫能將被焊金屬和填充金屬熔化，冷卻凝固后形成焊縫。2.1.1.1焊接電弧的產(chǎn)生過程焊條電弧焊（也稱手工電弧焊）是利用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法。它利用電弧產(chǎn)生的高溫熔化焊條和焊件，使兩塊分離的金屬熔合在一起，從而獲得牢固的接頭，其原理如圖2-1所示。

2.1.1.2、焊條電弧焊的特點(diǎn)設(shè)備簡單、操作靈活待焊接頭裝配要求低可焊金屬材料種類多焊接生產(chǎn)率低焊縫質(zhì)量依賴性強(qiáng)2.1.1.3、電焊條（1）組成由藥皮和焊芯兩部分組成。

（2）作用

焊芯在焊接過程中既是導(dǎo)電的電極，同時(shí)本身又熔化填充金屬，·與熔化的母材共同形成焊縫金屬。藥皮是壓涂在焊條芯表面上的涂料層，焊接時(shí)形成熔渣及氣體。藥皮的主要作用是：(1)保護(hù)作用(2)冶金作用(3)改善焊接