電弧焊基礎(chǔ)知識培訓(xùn)

1、 定義：定義： 用加熱或加壓力等手段，借助金屬原用加熱或加壓力等手段，借助金屬原 子的結(jié)合與擴散作用，使分離的金屬子的結(jié)合與擴散作用，使分離的金屬 材料牢固地連接起來的方法。材料牢固地連接起來的方法。 焊焊 接接 熔化焊： 電弧焊、電渣 焊、電子束焊、 激光焊、等離 子弧焊等 釬焊： 軟釬焊、 硬釬焊 焊接的分類焊接的分類 壓力焊： 電阻焊、摩擦 焊、冷壓焊、 超聲波焊、爆 炸焊、高頻焊、 擴散焊等 焊接成形的特點焊接成形的特點 接頭牢固、密封性好。接頭牢固、密封性好。 可化大為小、以小拼大?？苫鬄樾?、以小拼大。 可實現(xiàn)異種金屬的連接。可實現(xiàn)異種金屬的連接。 重量輕、加工裝配簡單。重量輕、加

2、工裝配簡單。 焊接結(jié)構(gòu)不可拆卸焊接結(jié)構(gòu)不可拆卸 。 焊接應(yīng)力變形大，接頭易產(chǎn)焊接應(yīng)力變形大，接頭易產(chǎn) 生裂紋、夾渣、氣孔等缺陷。生裂紋、夾渣、氣孔等缺陷。 第一章 電弧焊基礎(chǔ)知識 本章基本內(nèi)容 第一節(jié) 電弧 *第二節(jié) 焊絲熔化與熔滴過渡 *第三節(jié) 母材熔化及焊縫成型 第一節(jié) 焊接電弧 一、焊接電弧物理基礎(chǔ) 二、焊接電弧導(dǎo)電特性 *三、三、焊接電弧工藝特性焊接電弧工藝特性 一、焊接電弧物理基礎(chǔ) （一）電弧及其電場強度分布 電弧定義：電弧是一 種特殊的氣體氣體放電現(xiàn) 象，它是帶電粒子通 過兩電極之間氣體空 間的一種導(dǎo)電過程。 實現(xiàn)了將電能轉(zhuǎn)化為 機械能、熱能和光能。 非自持放電 自持放電 電流最大

3、、 電壓最低、 溫度最高、 發(fā)光最強 氣體是良好的絕緣體 帶電粒子密度電弧輻射光 重要結(jié)論：重要結(jié)論： 當(dāng)電弧空間存在電離電壓（或激勵電壓）不同的 多種氣體的時候，在外加能量的作用下，電離電壓 （或激勵電壓）低的氣體粒子先被電離（或激勵）， 若這種氣體的足以維持電弧的穩(wěn)定燃燒，則整個電弧 燃燒所需要的能量主要取決于這個較低的電壓。因而 電弧所要求的外加能量就比較低。 *意義：穩(wěn)弧劑的作用 電離和陰極電子發(fā)射是電弧產(chǎn)生和維持不 可缺少的必要條件 陰極發(fā)射出的電子，在電場的加速下碰撞電弧空間的中性陰極發(fā)射出的電子，在電場的加速下碰撞電弧空間的中性 粒子使之電離，從而是陰極電子發(fā)射充當(dāng)了維持電弧導(dǎo)電

4、粒子使之電離，從而是陰極電子發(fā)射充當(dāng)了維持電弧導(dǎo)電 的作用的作用。 2、陰極電子發(fā)射 （1）電子發(fā)射與逸出功 定義： 電子發(fā)射：陰極中的自由電子受到一定的 外加能量作用，從陰極表面逸出的過程 逸出功：一個電子從金屬表面逸出所需的 最低外加能量。單位電子伏或者逸出電壓 逸出功的大小受電極材料及表面狀態(tài)的 影響。金屬表面存在氧化物時逸出功會 減小 *（2）陰極斑點 定義：陰極表面經(jīng)?？梢钥吹桨l(fā)出閃爍 的區(qū)域，這個區(qū)域稱為 電子發(fā)射最集中的區(qū)域 電流最集中流過的區(qū)域 陰極清理作用（陰極破碎） 在鋁合金焊接中作用最為明顯 （3）電子發(fā)射的類型 熱發(fā)射 場致發(fā)射 光發(fā)射 粒子碰撞發(fā)射 實際焊接過程中常常

5、是幾種發(fā)射形式共存 （三）帶電粒子的消失 動態(tài)平衡：電弧穩(wěn)定燃燒時，帶電粒子的 產(chǎn)生與消失處于動態(tài)平衡 主要形式： 1 擴散 2 復(fù)合 大多數(shù)粒子親和能比較小，不易形成負離子 f、cl、o2、oh、no等離子親和能比較大， 易于形成負離子。 放熱過程，在高溫下不易穩(wěn)定存在 影響： 電子數(shù)量減少，導(dǎo)電困難，電弧穩(wěn)定性降低 負離子運動速度慢，不能很好的導(dǎo)電 易于正離子復(fù)合 三、焊接電弧的工藝特性 焊接電弧與熱能及機械能有關(guān)的工藝特性， 主要包括電弧的熱能特性、電弧的力學(xué)特 性和電弧的穩(wěn)定性等。 （一）電弧的熱能特性（一）電弧的熱能特性 電弧的溫度分布 熔點限制 導(dǎo)熱條件 （二）電弧的力學(xué)特性（二）

6、電弧的力學(xué)特性 1、電弧力及其作用 電弧力影響著熔深及熔滴的過渡，而且影響到熔 池的攪拌、焊縫成形及金屬的飛濺等 *電弧力主要包括：電弧力主要包括：電磁收縮力、等離子流力、斑點 力等 （1）電磁收縮力電磁收縮力 電磁力：電流流經(jīng)距離不遠 的兩根平行導(dǎo)線時，電流 同向相吸，異向相斥。他 的大小與流過的電流大小 成正比，與兩根導(dǎo)線之間 的距離成反比。 力大 力小 電磁靜壓力：電弧軸向推力 在電弧橫截面上分布不均勻， 弧柱軸線處最大，向外逐漸 減小，在焊件上表現(xiàn)為對熔 池形成的壓力 結(jié)果： 碗狀熔深焊縫形狀。 束縛弧柱直徑 電磁攪拌（細化晶粒，排出氣 體及熔渣） （2）等離子流力：高 溫氣流的高速運

7、動，持 續(xù)的沖向焊件，對熔池 形成附加壓力。也稱為 電磁動壓力。 電弧中等離子氣流具有 很高的速度和加速度， 可達數(shù)百米/秒。 電弧中心線上等離子流 力最大。 電流越大，中心線上的 動應(yīng)力幅值越大，分布 區(qū)域越小。 鎢極氬弧焊的鎢極錐角 較小，電流較大，或者 熔化極電弧焊采用噴射 過渡工藝時，這種電弧 的動壓力較為顯著。 結(jié)果：指狀熔深。 增加電弧挺度，促進過 渡，增大熔深，攪拌 （3）斑點力：電極上形成斑點時，由 于斑點受到帶電粒子的撞擊，或金屬蒸 汽的反作用而對斑點產(chǎn)生的壓力，稱為 ，或斑點壓力。 陰極斑點力大于陽極斑點力 原因：正離子的質(zhì)量遠大于電子的質(zhì)量 陰極斑點電流密度大，蒸汽反作

8、用力也大 斑點力阻礙熔滴 過渡 利用陽極斑點壓 力小的特點，直 流焊接時，采用 直流反接，直流反接，利于 熔滴過渡，減小 飛濺 2.電弧力的主要影響因素： 焊接電流和電壓 焊絲直徑 電極極性 氣體介質(zhì) 鎢極端部幾何形狀 （1）電流和電壓的影響 （2）焊絲直徑的影響 焊接電流一定時，焊絲越細，電流 密度越大，造成電弧錐形越明顯。 （3）極性的影響 斑點力 作用， 熔滴尺 寸不同 （4）氣體介質(zhì)的影響 導(dǎo)熱性強或多原子氣體消耗的熱量多，引起電弧收縮，電弧力 增強。 氣體流量及電弧空間壓力增強，也會引起電弧收縮。 （三）焊接電弧的穩(wěn)定性 定義：電弧產(chǎn)生穩(wěn)定燃燒（不產(chǎn)生斷弧、 飄移和偏吹等）的程度 意

9、義：是保證焊接質(zhì)量的一個重要因素 影響因素：操作技術(shù)、焊接電源特性、焊 接材料特性、焊接工藝特性及磁偏吹等 1.焊接電源的影響： （1）焊接電源的特性 （2）焊接電源的種類 （3）焊接電源的空載電壓 2.焊接材料 藥皮成分（穩(wěn)弧劑、電離能低的成分k、 ca、na的氧化物） 藥皮偏心、局部脫落 3.焊接電流（越大越穩(wěn)定） 電離度、熱發(fā)射能力增強 4.磁偏吹：磁偏吹：實際焊接過 程中，由于受到很多因 素的影響，電弧周圍磁 力線均勻分布的狀態(tài)被 破壞，使電弧偏離焊絲 （條）軸線方向，這種 現(xiàn)象稱為，或者電弧 偏吹。 結(jié)果：影響焊接質(zhì)量 磁偏吹影響因素 導(dǎo)線連接位置 電弧附近電磁鐵 磁性回路 焊接位置

10、 減少磁偏吹的措施 可能時采用交流電源代替直流電源 盡量采用短弧進行焊接 如果工件有剩磁，焊接前應(yīng)消除 避免周圍鐵磁性物質(zhì)的影響 用厚藥皮焊條代替薄藥皮焊條 5.其他影響穩(wěn)定性的因素： 表面清潔狀態(tài) 氣流 焊絲的加熱與熔化特性 熔滴上的作用力 *熔滴過渡的主要形式及特點熔滴過渡的主要形式及特點 第二節(jié) 焊絲的熔化與熔滴過渡 熔化極熔化極電弧焊： 焊絲的熔化主要依靠陰極陰極 區(qū)區(qū)或者陽極區(qū)陽極區(qū)產(chǎn)生的熱量以 及焊絲伸出長度上的電阻熱電阻熱。 弧柱區(qū)產(chǎn)生的熱量對于焊絲 的加熱熔化作用比較小。 非熔化極電弧焊：非熔化極電弧焊： 弧柱區(qū)弧柱區(qū)產(chǎn)熱熔化焊絲產(chǎn)熱熔化焊絲 一、焊絲的加熱與熔化特性 （一）焊

11、絲的熱源 1、電弧熱 2、電阻熱、電阻熱 焊絲與導(dǎo)電嘴接觸點到焊 絲端頭的一段焊絲（即焊焊 絲伸出長度絲伸出長度，用ls表示） 有焊接電流通過，所產(chǎn)生 的電阻熱對焊絲有預(yù)熱作預(yù)熱作 用用，從而影響焊絲的熔化 速度。特別是焊絲比較細 和焊絲的電阻系數(shù)比較大 時（如不銹鋼），這種影 響更加明顯。 （二）焊絲的熔化特性（二）焊絲的熔化特性 焊絲的熔化特性：焊絲的熔化速度和焊接 電流之間的關(guān)系。其主要與焊絲材料及焊絲 直徑有關(guān)。 材料不同：電阻率、熔化系數(shù)不同； 焊絲直徑：電阻不同、導(dǎo)熱能力不同 二、熔滴上的作用力 1、重力 2、表面張力 3、電弧力 4、熔滴爆破力 5、電弧的氣體吹力 1、重力：當(dāng)焊

12、絲直徑較大而電 流較小時，在平焊位置的情 況下，使熔滴脫離焊絲的力 主要是重力。 fg=mg=4/3gr3 重力大于表面張力時，熔滴 就要脫離焊絲。 立焊和仰焊時，重力阻礙熔 滴過渡。 2、表面張力 在焊條端頭上主要保持 熔滴的主要作用力。 f=2r 表面張力系數(shù) 與材料成分（o、s）、溫度、氣 體介質(zhì)等因素有關(guān) 焊絲半徑 3.電弧力：電弧對熔滴和熔池的機械作用力 電弧力只有在焊接電流較大的時候，才對 熔滴過渡起主要作用；電流小時，重力表 面張力其主要作用 4、熔滴爆破力：當(dāng)熔滴內(nèi)部因冶金反應(yīng)而生 成氣體或者含有易蒸發(fā)金屬時，在電弧高 溫的作用下，使氣體體積膨脹而產(chǎn)生的內(nèi) 壓力，致使熔滴爆破，

13、這一內(nèi)壓力稱為， 它促進熔滴過渡，但產(chǎn)生飛濺。 5、電弧的氣體吹力 造氣劑 碳元素氧化 熔滴過渡 定義：電弧焊時，焊絲的末端在電弧的高溫作用 下加熱熔化，形成熔滴通過電弧空間向熔池轉(zhuǎn)移 的過程，稱為 焊絲形成的熔滴作為填充金屬與熔化的母材共同 形成焊縫，因此，焊絲的加熱熔化及熔滴的過渡 過程將對焊接過程和焊縫質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響。 *三、熔滴過渡的主要形式和特點 （一）自由過渡： 熔滴經(jīng)電弧空間自由飛行，焊絲的端頭和熔池不發(fā)生直接接觸。 （二）接觸過渡： 焊絲端部的熔滴與熔池的表面通過接觸而過渡。 熔化極氣體保護焊時，焊絲短路并重復(fù)的引燃電弧，稱為短 路過渡 tig焊時，焊絲作為填充金屬，它與工

14、件之間不引燃電弧， 搭橋過渡 （三）渣壁過渡： 與渣保護有關(guān)，發(fā)生在埋弧焊時，熔滴從熔渣的空腔壁上流下。 圖 熔滴過渡的主要形式 粒狀過渡 噴射 過渡 爆破過渡 短路 過渡 搭橋 過渡 渣壁 過渡 套筒 過渡 （1）粗滴過渡：電流比較小和電壓比較高時， 弧長較長，使熔滴不易與熔池短路。因電流 比較小，弧根面積的直徑小于熔滴直徑，熔 滴與焊絲之間的電磁力不易使熔滴形成縮頸， 同時斑點壓力又阻礙熔滴過渡。隨著焊絲熔 化，顆粒長大，最后重力克服表面張力作用， 而形成大的顆粒過渡。 電弧穩(wěn)定性和焊縫質(zhì)量都比較差。 （一）自由過渡： 1、滴狀過渡 電弧電壓高，根據(jù)電流大小、極性和保護氣體種類不同，又可分

15、為粗 滴過渡和細滴過渡 （2）細滴過渡：電流比較大，相應(yīng)的電磁 收縮力增大，表面張力減小，熔滴存在的 時間短，熔滴細化，過渡頻率增加，電弧 穩(wěn)定性比較高，飛濺少，焊縫質(zhì)量高 氣體介質(zhì)或焊接材料不同時，細滴過渡的 特點不同。co2和酸性焊條電弧焊，熔滴 非軸向過渡；鋁合金熔化極氬弧焊或大電 流活性氣體保護焊焊鋼則軸向過渡 易于出現(xiàn)于氬氣或者富氬氣體保護的焊接 方法中。 過渡時，細小的熔滴從焊絲端部連續(xù)不斷 的高速沖向熔池，過渡頻率快，飛濺少， 電弧穩(wěn)定，熱量集中，對焊件的穿透能力 強，易形成指狀熔深，適合焊接較厚的板 材（3mm），不適合薄板. 在ar或者富ar保護氣體 電流小 1.短路過渡 電

16、弧引燃后隨著電弧的燃燒，焊絲或者 焊條端部形成熔滴并逐漸長大。當(dāng)電流 較小，電弧電壓比較低，弧長比較短， 熔滴未長成大滴就與熔池接觸形成液態(tài) 金屬短路，電弧隨之熄滅，金屬熔滴過 渡到熔池中去。熔滴脫落后，電弧重新 引燃，如此交替，這種過渡稱為 出現(xiàn)場合：堿性焊條的焊 條電弧焊 細絲氣體保護電 弧焊（1.6mm） 短路過渡由燃弧和熄弧兩 個交替的階段組成，電弧 的燃燒是不連續(xù)的。 實質(zhì)：熔化速 度與送絲速度 不一致 短路過渡特點： 燃弧熄弧交替進行 平均電流小，峰值電流大，適合薄板及全位置 焊接 小直徑焊條或焊絲，電流密度大，產(chǎn)熱集中， 焊接速度快 弧長短，焊件加熱區(qū)小，質(zhì)量高 2.搭橋過渡：非

17、熔化極電弧焊。在表面張力、 重力及電弧力的作用下，熔滴進入熔池。 （三）渣壁過渡： 熔滴沿著熔渣壁面流入熔池的一種過渡 形式 出現(xiàn)場合：埋弧焊和焊條電弧焊 第三節(jié) 母材熔化與焊縫成形 主要內(nèi)容： 單道焊縫的形成規(guī)律與影響因素 缺陷的形成原因及改善措施 在電弧熱的作用下，焊 絲與母材被熔化，在焊 件上形成一個具有一定 形狀和尺寸的液態(tài)熔池。 隨著電弧的移動熔池前 端的焊件不斷的被熔化 進入熔池中，熔池后部 則不斷的冷卻結(jié)晶形成 焊縫。 溫度分布不均勻：距熱 源中心距離、散熱條件 熔池的體積主要由電弧的 熱作用決定 熔池的形狀主要由電弧對 熔池的作用力決定： 在電弧壓力作用下 熔池表面出現(xiàn)凹坑 熔

18、滴過渡機械沖擊 力對熔池的表面形狀也有 影響 工藝方法焊接參數(shù)也影響熔池的尺寸 焊縫的結(jié)晶過程與熔池的形狀有密切的關(guān) 系，因而對焊縫的組織和質(zhì)量有重要的影 響。 焊縫結(jié)晶總是從熔池邊緣處母材的原始晶 粒開始，沿著熔池散熱的相反方向進行， 直至熔池中心與不同方向結(jié)晶而來的晶粒 相遇為止。 所有的結(jié)晶晶 粒的方向都與 熔池的池壁相 垂直。 焊縫成形系數(shù)： 熔池的寬度c 與熔池深度之 比s。 成形系數(shù)小，焊縫的枝晶會在焊縫的中心 交叉，易使低熔點的雜質(zhì)聚集在焊縫中心 而形成裂紋、氣孔、夾渣等缺陷 熔池的形狀決定了晶粒的交角，尾部越細 長，焊縫中心晶粒交角越大，雜質(zhì)偏析嚴 重，產(chǎn)生裂紋的可能性越大，焊接速度過 大易出現(xiàn)這種情況 焊縫的有效厚度 焊縫寬度 焊縫余高 焊縫余高系數(shù)：焊縫寬度/焊縫余高