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第1章 電弧焊基礎(chǔ)知識(shí)1焊接的概念：焊接的概念：通過(guò)適當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)過(guò)程（加熱或者加壓，或者兩者同時(shí)進(jìn)行，用或不用填充材料）使兩個(gè)分離的固態(tài)物體產(chǎn)生原子（分子）間結(jié)合力而連接成一體的連接方法。2電弧的概念：電弧是在一定條件下電荷通過(guò)電極間氣體空間的一種導(dǎo)電過(guò)程，或者說(shuō)是一種氣體放電現(xiàn)象。三 電弧中帶電粒子的產(chǎn)生：電弧是由兩個(gè)電極和它們之間的氣體空間組成。電弧中的帶電粒子主要依靠?jī)呻姌O之間的氣體電離和電極發(fā)射電子兩個(gè)物理過(guò)程所產(chǎn)生的，同時(shí)也伴隨著解離、激勵(lì)、擴(kuò)散、復(fù)合、負(fù)離子的產(chǎn)生等過(guò)程。四 電離與激勵(lì)（一）電離：在一定條件下中性氣體分子或 原子分離為正離子和電子的現(xiàn)象稱(chēng)為電離。 電離的種類(lèi)： 1 .熱電離： 2. 電場(chǎng)電離： 3.光電離：（二）電子發(fā)射： 1、熱發(fā)射 金屬表面承受熱作用而產(chǎn)生的電子發(fā)射現(xiàn)象。高溫下氣體粒子受熱的作用相互碰撞而產(chǎn)生的電離稱(chēng)為熱電離。熱陰極： W、C 電極的最高溫度不能超過(guò)沸點(diǎn)； 冷陰極： Fe,Cu,Al,Mg等。影響因素：溫度、材質(zhì)、表面形態(tài) 2、電場(chǎng)發(fā)射： 當(dāng)金屬表面空間存在一定強(qiáng)度的正電場(chǎng)時(shí)，金屬內(nèi)的自由電子受此電場(chǎng)靜電庫(kù)倫力的作用，當(dāng)此力達(dá)到一定程度時(shí)，電子可飛出金屬表面，這種現(xiàn)象稱(chēng)電場(chǎng)發(fā)射。對(duì)低沸點(diǎn)材料，電場(chǎng)發(fā)射對(duì)陰極區(qū)提供帶電粒子起重要作用。影響因素：溫度、材質(zhì)、電場(chǎng)大小3、光發(fā)射： 當(dāng)金屬表面接受光輻射時(shí)，也可使金屬表面自由電子能量增加，沖破金屬表面的約束飛到金屬外面來(lái)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為光發(fā)射。4、粒子碰撞發(fā)射： 高速運(yùn)動(dòng)的粒子（電子或離子）碰撞金屬表面時(shí)，將能量傳給金屬表面的自由電子，使其能量增加而跑出金屬表面，這種現(xiàn)象稱(chēng)為粒子碰撞發(fā)射。（三）.負(fù)離子形成 n在一定條件下，有些中性原子或分子能吸附一個(gè)電子而形成負(fù)離子，形成過(guò)程中放出熱量。表征形成負(fù)離子的能力，用電子親和能表示。親和能大，電弧氣氛中形成的負(fù)離子就多，電弧的導(dǎo)電能力就差。負(fù)離子形成一般發(fā)生在電弧的外圍溫度低的區(qū)域，中性原子或分子捕獲運(yùn)動(dòng)動(dòng)能較低的電子。 五、焊接電弧的構(gòu)成及其導(dǎo)電特性陰極區(qū) 10-410-6cm ； 弧柱區(qū) ; 陽(yáng)極區(qū) 10-210-3cm六陰極區(qū)的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)1.熱發(fā)射型導(dǎo)電機(jī)構(gòu)；2.電場(chǎng)發(fā)射型導(dǎo)電機(jī)構(gòu)；3.等離子型導(dǎo)電機(jī)構(gòu)七、斑點(diǎn)1.陰極斑點(diǎn)：陰極通過(guò)微小的斑點(diǎn)發(fā)射電子，這些斑點(diǎn)上的電流密度很高，稱(chēng)為陰極斑點(diǎn)。電流密度：5105107A/cm 2。 形成陰極斑點(diǎn)的條件決定了焊接過(guò)程中一些現(xiàn)象的產(chǎn)生，即陰極表面上熱發(fā)射性能強(qiáng)的物質(zhì)有吸引電弧的作用；陰極斑點(diǎn)有自動(dòng)跳向溫度高、熱收射強(qiáng)的物質(zhì)上的性能。如果金屬表面有低逸出功的氧化膜存在時(shí)，陰極斑點(diǎn)有自動(dòng)尋找氧化膜的傾向。 2.陽(yáng)極斑點(diǎn)： 由于陽(yáng)極斑點(diǎn)的形成條件之一是金屬的蒸發(fā)，因此金屬表面覆蓋氧化膜時(shí)，同陰極斑點(diǎn)的情況相反，陽(yáng)極斑點(diǎn)則有避開(kāi)氧化膜而去自動(dòng)尋找純金屬表面的傾向。 八、電弧力1.電磁力： 當(dāng)電流在一個(gè)導(dǎo)體中流過(guò)時(shí)，整個(gè)電流可看成是由許多平行的電流線(xiàn)組成，這些電流線(xiàn)間將產(chǎn)生相互吸引力，使導(dǎo)體斷面有收縮的傾向，這種收縮現(xiàn)象謂之電磁收縮效應(yīng)，而作用的力稱(chēng)為電磁收縮力或電磁力。 2.等離子流力：在電弧中由于電弧推力引起高溫氣流的運(yùn)動(dòng)所形成的力稱(chēng)為等離子流力。 等離子流力除影響焊縫形狀外，它還有促進(jìn)熔滴過(guò)渡、攪拌熔池、增加電弧的挺度等作用。3.斑點(diǎn)力：斑點(diǎn)力在一定條件下將阻礙焊條熔化金屬的過(guò)渡。4.爆破力： 熔滴短路過(guò)渡時(shí)由電磁收縮力及液柱小橋氣化爆斷引起，促進(jìn)短路過(guò)渡，但會(huì)造成飛濺。5.細(xì)熔滴沖擊力： 富Ar氣體射流過(guò)渡焊接時(shí)，熔化金屬形成連續(xù)細(xì)滴沿焊絲軸向高速射向熔池，產(chǎn)生很大的沖擊力，九、電弧自身磁場(chǎng)的作用（一）是產(chǎn)生磁收縮力，促進(jìn)熔滴過(guò)渡，保證一定的熔深，使電弧具有剛直性；影響因素 ：電流大?。粴怏w介質(zhì) 壓縮程度；電極形狀（二）是在一定條件下，會(huì)帶來(lái)磁偏吹現(xiàn)象，使電弧不穩(wěn)定，影響焊接過(guò)程及焊縫成形。種類(lèi)導(dǎo)線(xiàn)接線(xiàn)位置引起的磁偏吹（直流）電弧附近的鐵磁物質(zhì)引起的磁偏吹；剩磁引起的磁偏吹；交流電弧的磁偏吹。解決辦法： 以交代直 ；短弧焊；工件消磁、避免周?chē)F磁物質(zhì) ；對(duì)于長(zhǎng)和大的工件可采用兩邊連接地線(xiàn)的方法；選用厚皮焊條。十、焊絲的熔化速度、熔化系數(shù)及影響因素（一） 熔化速度：?jiǎn)挝粫r(shí)間熔化焊絲的重量或長(zhǎng)度（m/h；g/h）。（二） 熔化系數(shù)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)單位電流時(shí)焊絲熔化的重量或長(zhǎng)度（m/Ah;g/Ah）。影響因素：焊接電流與電壓 電流極性 保護(hù)氣體介質(zhì) 電阻熱十一、熔滴過(guò)渡概念：焊絲（條）端頭的金屬在電弧熱作用下被加熱熔化形成熔滴，并在各種力的作用下脫離焊絲（條）進(jìn)入熔池，稱(chēng)之為熔滴過(guò)渡。十二熔滴上的作用力（一）表面張力 表面張力一方面使熔滴形成縮頸，另一方面是熔滴的主要維持力。 1 與材料成分有關(guān)2 熔滴上有表面活化物質(zhì)時(shí)，可以大大降低表面張力系數(shù)3 與氣體介質(zhì)有關(guān) 4 與熔滴溫度有關(guān)（二）重力：作用：平焊（推力）； 立、仰焊（阻力）（三）電磁力 ：當(dāng)dGdD易過(guò)渡; dGI臨 接觸過(guò)渡 短路過(guò)渡形式的電弧穩(wěn)定，飛濺較小，成形良好，是目前薄板件和全位置焊接生產(chǎn)中常用的焊接方式 。渣壁過(guò)渡：形成條件：涂料焊條手弧焊，埋弧焊十四 焊縫和熔池的形狀及尺寸（一）焊縫形狀 焊縫形狀是指焊縫橫截面的形狀，一般以熔深H 、熔寬 B和余高a來(lái)表示。（二）焊接條件對(duì)焊縫成形影響：1電流主要確定熔深；2.電弧電壓主要確定熔寬；3.焊接速度重要參數(shù)其他因素的影響1.電流種類(lèi)、極性 熔化極焊直流反接時(shí)的H、B大， Pk大 。TIG焊正接時(shí)H，B大，PA大 2.焊絲直徑和伸出長(zhǎng)度： - 電弧收縮 F-H； B一般情況下，同時(shí)需提高UfL-Pm m a 第三章 埋弧焊埋弧焊（含埋弧堆焊及電渣堆焊等）是一種重要的焊接方法，其固有的焊接質(zhì)量穩(wěn)定、焊接生產(chǎn)率高、無(wú)弧光及煙塵很少等優(yōu)點(diǎn)，使其成為壓力容器、管段制造、箱型梁柱等重要鋼結(jié)構(gòu)制作中的主要焊接方法。近年來(lái)，雖然先后出現(xiàn)了許多種高效、優(yōu)質(zhì)的新焊接方法，但埋弧焊的應(yīng)用領(lǐng)域依然未受任何影響。從各種熔焊方法的熔敷金屬重量所占份額的角度來(lái)看，埋弧焊約占10%左右，且多年來(lái)一直變化不大。當(dāng)焊絲確定以后（通常取決于所焊的鋼種），配套用的焊劑則成為關(guān)鍵材料，它直接影響焊縫金屬的力學(xué)性能（特別是塑性及低溫韌性）、抗裂性能、焊接缺陷發(fā)生率及焊接生產(chǎn)率等。焊絲與焊劑的配用重量比為焊絲：焊劑=1.11.6，視焊接接頭類(lèi)型、所用焊劑種類(lèi)、焊接規(guī)范參數(shù)而定。與熔煉焊劑相比，燒結(jié)焊劑用量較為節(jié)省，約可少用20%左右。我國(guó)采用焊劑量在5萬(wàn)噸左右波動(dòng)，其中70%約為熔煉焊劑，余為非熔煉焊劑。歐美工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家以非熔煉型焊劑為主，約在80%、90%以上，但仍然有熔煉型焊劑生產(chǎn)銷(xiāo)售，熔煉焊劑這種持久的生產(chǎn)力與其固有的一些特點(diǎn)有關(guān)。近年來(lái)，在我國(guó)出現(xiàn)了一種鋼筋的新的焊接方法，即豎向鋼筋電弧電渣壓力焊。與以前的鋼筋搭接手工電弧焊法相比，可節(jié)約鋼材15%以上，生產(chǎn)率大大提高，焊接材料消耗費(fèi)用也有所降低，確有取代后者的發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)用日益廣泛。該方法主要使用熔煉焊劑，它起到維弧、電渣加熱、金屬凝固模體等作用。目前我國(guó)熔煉焊劑的五分之一左右用于豎向鋼筋的焊接。我國(guó)的錳礦資源比較缺乏，特別是適于生產(chǎn)熔煉焊劑的品位高、磷含量低、鐵含量低的錳礦就更少了。全國(guó)僅在廣西、云南、湖南等省有錳礦礦脈，經(jīng)過(guò)多年開(kāi)采，符合生產(chǎn)焊劑的錳礦商品日漸緊張。為取代高錳渣系焊劑，研制、推廣中錳、低錳焊劑已成為客觀需要的緊迫任務(wù)。隨著含適量錳焊絲的生產(chǎn)供應(yīng)的擴(kuò)大，中錳、低錳渣系焊劑應(yīng)該有廣闊的市場(chǎng)。關(guān)于商品焊劑的技術(shù)性能說(shuō)明，目前在行業(yè)上的通常作法是，熔煉焊劑給出其化學(xué)成分及配一種焊絲的熔敷金屬力學(xué)性能，燒結(jié)焊劑只給出其渣系構(gòu)成及配一種焊絲的熔敷金屬力學(xué)性能。這似乎實(shí)用性不夠。很少有用戶(hù)對(duì)焊劑的化學(xué)成分逐批進(jìn)行化學(xué)成分分析，因?yàn)槌朔治龇椒霸O(shè)備上的難度外，其結(jié)果與用戶(hù)的使用要求之間尚相距甚遠(yuǎn)。建議焊劑生產(chǎn)商在產(chǎn)品說(shuō)明中提供含如下技術(shù)內(nèi)容的信息。首先是焊劑的堿度，可按IIW的推薦公式來(lái)計(jì)算。在焊接低合金高強(qiáng)度鋼用焊劑的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)此亦有說(shuō)明，參見(jiàn)GB12470，低合金鋼埋弧焊用焊劑。焊劑堿度是標(biāo)志焊劑冶金性能、工藝性能、電流種類(lèi)及可焊鋼材等級(jí)等的第一位的技術(shù)指標(biāo)。其次是提供最適合于匹配使用的幾種焊絲熔敷金屬的力學(xué)性能，使用戶(hù)選材有較大的空間。要特別推薦焊劑生產(chǎn)商提供焊劑的冶金行為圖，即結(jié)構(gòu)鋼用焊劑對(duì)合金元素的燒損過(guò)渡圖（簡(jiǎn)指增硅量、焊絲含錳量中性點(diǎn)百分含量），不銹鋼用焊劑的增碳傾向及鉻含量的燒損過(guò)渡圖。這樣，用戶(hù)可根據(jù)所選用焊絲的化學(xué)成分、焊劑對(duì)含金元素的燒損過(guò)渡影響，接頭類(lèi)型及焊接規(guī)范參數(shù)等因素，預(yù)測(cè)出所焊焊縫金屬的化學(xué)成分及力學(xué)性能，與其待焊產(chǎn)品的技術(shù)要求作比較，具有直接的參考作用，就目前焊劑業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)家的技術(shù)能力而言，完成這樣的工作確實(shí)有一定的難度，建議他們與科研單位、大型用戶(hù)合作，形成能反映本企業(yè)焊劑產(chǎn)品特點(diǎn)、技術(shù)內(nèi)容含量高的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)。進(jìn)一步說(shuō)，科研單位可開(kāi)發(fā)出這樣的軟件，供用戶(hù)使用或補(bǔ)充已有的焊接技術(shù)計(jì)算機(jī)專(zhuān)家系統(tǒng)。一 定義 埋弧焊是 電弧在焊劑層下燃燒 ，焊絲自動(dòng)送進(jìn)的電弧焊方法。 優(yōu)點(diǎn): 1） 生產(chǎn)效率高 2 ）焊縫質(zhì)量高(氣、渣聯(lián)合保護(hù)） 3）勞動(dòng)條件好（無(wú)弧光輻射，自動(dòng)化操作） 4 )適合于焊黑色金屬和不易氧化的金屬；厚板;長(zhǎng)縫；平焊縫 缺點(diǎn)二 焊劑的分類(lèi)1按制造方式分： 1）熔煉焊劑 熔煉溫度1500 1600 2） 燒結(jié)焊劑 3） 粘結(jié)焊劑； 2按熔渣堿度分 1）酸性 工藝性能好，交直流兩用，焊縫韌性低 2）中性 性能介于酸堿性之間3） 堿性 反之； 3化學(xué)成分分類(lèi)： 1） MnO（無(wú)、低、中、高） 2）SiO2（低、中、高） 3）CaF2（低、中、高）三 常用埋弧焊技術(shù):1 焊前準(zhǔn)備1）.坡口設(shè)計(jì)及加工：14mm，可不開(kāi)坡口 ；1422mm，開(kāi)“V”坡口 ；2250mm，開(kāi)“X”坡口。 ；另還有“U”、雙面“U”形，因加工較難故用得較少。 坡口加工：用刨邊機(jī)或氣割 2） 焊前清理 焊縫20毫米內(nèi)的銹斑、油污、氧化皮清理干凈四 常見(jiàn)缺陷及防止辦法： 1.成形缺陷 熔寬不均勻、余高大、咬邊、未焊透、燒穿、熔池流淌2.冶金缺陷 : 1)氣孔 2)裂縫 3)夾渣第四章 熔化極氣體保護(hù)電弧焊一、熔化極氣體保護(hù)焊原理二依據(jù)焊絲結(jié)構(gòu)分類(lèi)：1 實(shí)芯焊絲氣體保護(hù)焊 2 藥芯焊絲電弧焊;依據(jù)保護(hù)氣體分類(lèi)：1)惰性氣體保護(hù)焊 2）混合氣體保護(hù)焊 3 CO2氣體保護(hù)焊三、氣體選擇遵循的原則:1 對(duì)焊縫性能無(wú)害原則 2 改善工藝及焊縫質(zhì)量原則 3 提高工藝技術(shù)水平原則四 熔滴過(guò)渡類(lèi)型的選擇 ：1 MIG焊常用的熔滴過(guò)渡形式主要有連續(xù)射流過(guò)渡（包括射流過(guò)渡、亞射流過(guò)渡和旋轉(zhuǎn)射流過(guò)渡） 、脈沖射流過(guò)渡和短路過(guò)渡。 2 射流過(guò)渡主要用于中厚板和大厚板的水平對(duì)接及水平角接；脈沖射流過(guò)渡除可用于上述情況外，還可用于全位置焊接； 3 短路過(guò)渡一般用于薄板及全位置焊接五、焊縫起皺及解決辦法 ：1 定義 在增大電流時(shí)，當(dāng)陰極斑點(diǎn)在弧坑集中，引起電弧力劇增，從而將高溫熔化金屬由弧坑排擠到工件表面，形成未熔合和氧化 、氮化。這種過(guò)程引起的焊縫表面焊接質(zhì)量問(wèn)題總稱(chēng)為焊縫起皺。2 解決辦法：1） 減小焊接電流，減小電弧力 2） 壓低電弧，減小陰極斑點(diǎn)的活動(dòng)區(qū) 3） 加強(qiáng)氣體保護(hù)，防止弧坑金屬與工件表面金屬氧化、氮化六 熔滴過(guò)渡類(lèi)型1亞射流過(guò)渡的特點(diǎn)：短弧，碟狀電弧，“啪啪”聲，熔滴過(guò)渡頻率減小，熔滴尺寸增大。2 鋁焊絲亞射流過(guò)渡重要特性：焊絲熔化系數(shù)隨可見(jiàn)弧長(zhǎng)的縮短而增大 。七 熔化極混合氣體保護(hù)焊1、He比Ar 熱導(dǎo)率高，電弧電壓高，價(jià)格高 Ar+He電弧溫度提高，射流射滴，改善焊縫成形，提高焊縫致密度，尤其適于焊鋁及其合金，銅及其合金和熱敏感性強(qiáng)的高導(dǎo)熱材料。2、Ar+O2 Ar+15%O2焊不銹鋼、高合金鋼，克服陰極漂移，射流過(guò)渡，指狀熔深。Ar+20%O2焊普低鋼，提高電弧溫度，改善指狀熔深3 Ar+CO2 Ar+30%CO2 ：焊碳鋼、普低鋼，沖擊韌性好，工藝性能好，克服了純Ar陰極漂移、氣孔、咬邊、焊縫成形不良、指狀熔深等問(wèn)題 。4 Ar+CO2+O2 Ar+15%CO2+5%O2：焊低碳鋼、低合金鋼，最佳的焊縫成形，接頭質(zhì)量，熔滴過(guò)渡和電弧的穩(wěn)定性。5 Ar+N2 Ar+20%N2提高電弧功率，價(jià)廉，質(zhì)量不如Ar+He 存在飛濺、成形稍差。焊銅及其合金 。6 Ar+H2 焊Ni及其合金Ar+0,I=0）; 2、 焊接 （ FFw，0,I=Iw ） 3 、維持（ F0 ,I=0 ） 4、休止（ F0,I=0七 對(duì)焊特點(diǎn)與形式特點(diǎn)：效率高、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊形式：電阻對(duì)焊 閃光對(duì)焊 滾對(duì)焊 八 閃光對(duì)焊 特點(diǎn)；應(yīng)用 連續(xù)閃光對(duì)焊焊接循環(huán)由閃光、頂鍛、保持、休止等程序組成。預(yù)熱閃光對(duì)焊則在其焊接循環(huán)中上設(shè)有預(yù)熱程序第九章 金屬焊接性基礎(chǔ)一、金屬焊接性的定義： 金屬材料在限定的施工條件下，焊接成按規(guī)定設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，并滿(mǎn)足預(yù)定服役要求的能力 1 金屬的焊接性能包括兩方面的內(nèi)容：工藝性能；使用性能。工藝性能 ：工藝焊接性是指在一定焊接工藝條件下，能否獲得優(yōu)質(zhì)、無(wú)缺陷的焊接接頭的能力。包括熱焊接性和冶金焊接性?xún)煞矫妗?1） 熱焊接性是指焊接熱過(guò)程對(duì)焊接熱影響區(qū)組織性能及產(chǎn)生缺陷的影響程度，它用于評(píng)定被焊金屬對(duì)熱作用的敏感性。2）冶金焊接性是指冶金反應(yīng)對(duì)焊縫性能和產(chǎn)生缺陷的影響程度，它包括合金元素的氧化、還原、蒸發(fā)、氫、氧、氮的溶解，對(duì)氣孔、夾雜、裂紋等缺陷的敏感性。使用性能： 使用焊接性是指焊接接頭或整體結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足各種使用性能的程度，其中包括常規(guī)的力學(xué)性能，低溫韌性，高溫蠕變，疲勞性能，持久強(qiáng)度，以及抗腐蝕性和耐磨性等。2、 影響焊接性的因素 1. 材料因素 母材、焊接材料 2. 工藝因素 焊接方法、焊接工藝參數(shù)和焊后熱處理等 3 . 設(shè)計(jì)因素 結(jié)構(gòu)形式、接頭形式、接口斷面的過(guò)渡、焊縫的位置，以及某些部位焊縫的集中程度造成多向應(yīng)力的狀態(tài)等 4. 服役條件 工作溫度、受載類(lèi)別和工作環(huán)境等。三鋼焊接性判據(jù) ： 1 碳當(dāng)量法 2 冷裂紋敏感指數(shù)（Pc）。四、常用焊接性試驗(yàn)方法 ： （一） 斜Y形坡口焊接裂紋試驗(yàn)法主要用于評(píng)定母材金屬焊接熱影響區(qū)