第二篇 熔化極焊接技術篇

1、第二篇 機器人焊接技術篇第一章 焊接根本知識焊接電弧電弧的產(chǎn)生焊接時，將焊絲端部與焊件接觸后很快拉開，在焊絲端部與焊件之間立即就會產(chǎn)生明亮的電弧，這種電弧與一般電火花在本質上是相同的，是一種氣體放電現(xiàn)象，而且是一種自持放電過程。借助這種特殊的氣體放電過程，電能轉換為熱能、機械能和光能。焊接時主要是利用其熱能和機械能來到達連接金屬的目的。電弧中的帶電粒子主要是依靠電弧中的氣體介質的電離和電極的電子發(fā)射兩個物理過程而產(chǎn)生的。電離在一定的條件下中性氣體分子或原子別離成正離子和電子的現(xiàn)象稱為電離。使中性粒子失去第一個電子所需要的最低外加能量稱為第一電離能，通常以電子伏特eV為單位。假設以伏特表示那么為

2、電離電位。不同的氣體或元素，由于原子的構造不同，其電離電位也不同，表為常用元素的電離電位。 表常用元素的電離電位元素電離電壓V元素電離電壓VHHeLiCNOFNaArKCaNiCrMoCsFe13555431455174115736167743978WH2C2N2O2Cl2CONOOHH2OCO2NO2AlMgTiCu804125122131958126711967618168在焊接時使氣體介質電離的方式主要有三種：熱電離 、碰撞電離和光電離。熱電離：在高溫時氣體的分子或原子的運動速度很快，它們中間的電子也以高速度運動。由于焊接電弧具有很高的溫度弧柱的溫度一般在5000K30000K的范圍，這

3、時電子的高速運動所產(chǎn)生的離心力大于原子核對它的吸引力，電子就脫離原子，而使原子變成陽離子和電子。溫度越高，熱電離作用就越大。碰撞電離：帶電質點受電場的作用而加速運動，使它具有很大的動能，當與中性的氣體分子或原子碰撞時，將一局部能量傳給氣體分子或原子中的電子，促使其內能發(fā)生變化，從而使電子脫離原子核的吸引而成為自由電子，原子便成為陽離子。當電弧長度不變，兩極間的電壓越高，帶電質點的運動速度就越大，產(chǎn)生碰撞電離的作用就越強。光電離：中性粒子接受光輻射的作用而產(chǎn)生的電離現(xiàn)象稱為光電離。光電離是電弧中產(chǎn)生帶電粒子的一個次要途徑。電子發(fā)射電弧中擔負導電任務的帶電粒子除了依靠上述電離過程產(chǎn)生外，還需要從電

4、極外表發(fā)射出來。只有從陰極外表發(fā)射的電子在電場作用下才可能參與導電過程。使一個電子由金屬外表飛出所需要的最低外加能量稱為逸出功，單位是電子伏特eV，由于e是一常數(shù)，所以常用V來表示。幾種金屬的逸出功列于表。由表2可見, 所有金屬當外表存在氧化物時其逸出功皆減小。表幾種金屬的逸出功金屬種類WFeAlCuKCaMg逸出功eV純金屬有氧化物 焊接時，根據(jù)陰極所吸收能量的性質不同，電子發(fā)射的方式可分為熱電子發(fā)射、場致電子發(fā)射和碰撞電子發(fā)射。 熱電子發(fā)射：焊接時，陰極外表溫度很高，陰極中的電子運動速度很快，當電子的動能大于電極內部正電荷的吸引時，電子就會沖出陰極外表，而產(chǎn)生熱電子發(fā)射作用。溫度越高，熱電

5、子發(fā)射作用越強烈。 場致電子發(fā)射：在強電場的作用下，由于電場對陰極外表電子的吸引力，電子可以獲得足夠的動能，從陰極外表發(fā)射出來。這種發(fā)射電子的情況除了決定于電極外還決定于電場強度。碰撞電子發(fā)射：當運動速度較高，能量較大的陽離子撞擊陰極外表時，將能量傳給陰極而產(chǎn)生電子發(fā)射。電場強度越大，陽離子的運動速度也越大，那么產(chǎn)生的碰撞電子發(fā)射作用就越強。電弧的構造和溫度焊接電弧可以劃分為三個區(qū)域：陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)圖。陰極區(qū)和陽極區(qū)在電弧長度方向的尺寸皆很小, 約為10-410-6厘米。在陰極區(qū)的陰極外表有一個明亮局部, 稱為陰極斑點。在陽極區(qū)的陽極外表也有一個明亮局部稱為陽極斑點。圖1.1 焊接電弧

6、的構造陰極區(qū)：為了維持電弧的穩(wěn)定燃燒，陰極區(qū)的任務是向弧柱區(qū)提供所需的電子流，I為總電流)，接受弧柱區(qū)送來的正離子流。從陰極發(fā)射出來的電子受到陽極的吸引，很快離開陰極向陽極移動。但陽離子的質量比電子大，運動速度較小，所以在陰極外表每一瞬間陽離子的濃度都比電子大得多，這樣就使得陰極外表附近所有陽離子的總數(shù)大大超過所有電子的總數(shù)，因而造成陰極外表附近空間電荷呈正電性。這樣從陰極外表到陽離子密集的地方就形成較大的電位差，這局部電位差稱為陰極壓降UK。雖然陽離子飛向陰極時，對陰極的撞擊和陽離子與電子結合成中性粒子都要放出熱量，這些熱量傳給陰極，使陰極溫度升高。但由于陰極發(fā)射電子要消耗一些能量，以及陰極

7、金屬材料的熔化、蒸發(fā)要吸收很多熱量，所以陰極的溫度一般都低于陰極金屬材料的沸點。陽極區(qū)：陽極區(qū)的導電機構要比陰極區(qū)簡單得多，為了維持電弧的導電，陽極區(qū)的任務是接受由弧柱流過來的的電子流和向弧柱提供的的正離子流。由于陽極不發(fā)射正離子，弧柱所要求的正離子流不能從陽極得到補充，陽極前面的電子數(shù)必將大于正離子數(shù)，形成負的空間電場，使陽極與弧柱之間連接著一個負電性區(qū)，這就是所謂的陽極區(qū)。陽極區(qū)兩端的電壓降稱為陽極壓降UA。由于每一個電子到達陽極時都向陽極釋放相當于逸出功的能量，從而使陽極區(qū)的溫度比陰極區(qū)的溫度要高，如表所示。表陽極區(qū)和陰極區(qū)的溫度及電壓降電極材料材料沸點陰極區(qū)陽極區(qū)溫度K電壓降V溫度K電

8、壓降VFe28802400812260024Cu25952200121324501011W600036404250 陰極斑點：當陰極材料Fe、Al、Cu等的熔點和沸點較低而導熱性能很強時，即使陰極溫度到達材料的沸點開始蒸發(fā)，此溫度也缺乏以使陰極通過熱發(fā)射產(chǎn)生充分的電子來維持電弧的穩(wěn)定燃燒，陰極將縮小其導電面積，甚至在陰極導電面積前面形成密度很大的正離子空間電荷，所形成很大的陰極壓降值，足以產(chǎn)生較強的電場發(fā)射，以補充熱發(fā)射的缺乏維持電弧的燃燒。此時陰極將形成面積更小，電流密度更大的斑點來導通電流，這種導電斑點稱為陰極斑點。當用高熔點材料C，W作陰極時，只有在電流較小，陰極溫度較低的情況下才可能產(chǎn)

9、生這種陰極斑點。當用低熔點材料作陰極時，那么大多屬于這種情況。采用這些材料作陰極時，陰極外表將產(chǎn)生許多別離的陰極斑點組成的陰極斑點區(qū)。這些別離的斑點在陰極斑點區(qū)內以很高的速度跳動，自動選擇最有利于局部電場發(fā)射和局部熱發(fā)射的點，電弧通過這些點消耗最低的能量。由于陰極斑點處電流密度很高，受到大量正離子的撞擊，斑點上將積聚大量熱能，溫度很高，甚至到達材料的沸點，從陰極斑點產(chǎn)生大量金屬蒸汽，以一定速度射出。這種金屬蒸氣流的反作用力對斑點形成一定的壓力，稱為斑點壓力。在直流正接的熔化極焊接時，焊絲為陰極，陰極斑點壓力對熔滴的過度將起阻礙作用。由于陰極斑點的形成有上述條件的要求，所以陰極外表上的熱發(fā)射性能

10、強的物質有吸引電弧的作用，陰極斑點有自動跳向溫度高，熱發(fā)射強的物質上的性能，如果金屬外表有低逸出功的氧化膜存在時，陰極斑點有自動尋找氧化膜的傾向，鋁合金焊接時的去除氧化膜的作用就是陰極斑點的這種作用所決定的。陽極斑點：當采用低熔點的材料作陽極時Fe、Al、Cu等，一旦陽極外表某處有熔化和蒸發(fā)產(chǎn)生，由于金屬蒸氣的電離能大大低于一般氣體的電離能，在金屬蒸氣大量存在的地方更容易產(chǎn)生熱電離而提供弧柱所需要的正離子流，因此電流更容易從這里進入陽極，陽極上的導電區(qū)將在這里集中而形成陽極斑點。由于陰極斑點往往伴隨著金屬蒸氣的蒸發(fā)，其反作用力對陽極將表現(xiàn)為壓力，因此一旦形成陽極斑點也就產(chǎn)生陽極斑點壓力。由于條

11、件的不同，陽極斑點的電流密度比陰極斑點要小。所以通常陽極斑點壓力要比陰極斑點壓力小。熔化極焊接焊絲接陽極時，那么阻止熔滴過渡的作用力較小，而當焊絲接陰極時那么阻止熔滴過渡的作用力較大，這也是熔化極氣體保護焊多采用反接的主要原因之一。由于大多數(shù)金屬氧化物的熔點和沸點皆高于純金屬，因此當金屬外表覆蓋氧化膜時，陽極斑點有自動尋找純金屬避開氧化膜的傾向與陽極斑點的情況相反，鋁合金焊接時，當工件為陽極時沒有去除氧化膜的作用與陽極斑點的這種特點有密切的關系。電弧的靜特性電弧燃燒時，兩個電極之間的總電壓與電流之間存在一定的關系，表示電弧穩(wěn)態(tài)電壓與穩(wěn)態(tài)電流之間關系的曲線稱為電弧靜特性，表示處于變化狀態(tài)的電流與

12、電壓之間關系的曲線稱為電弧動特性。圖1.2 焊接電弧的靜特性曲線電弧靜特性曲線呈U形，分如下圖的三個不同的區(qū)域。當電流較小時A區(qū)，電弧靜特性是屬負特性，即隨著電流的增加而電壓減小。當電流稍大時B區(qū)，電弧電壓幾乎不變，在此區(qū)間的電弧特性為平特性。鎢極氬弧焊時，一般在小電流區(qū)域為負特性而在大電流區(qū)域為平特性。當電流進一步增大時C區(qū)，電壓隨電流的增加而升高，電弧靜特性屬上升特性。細焊絲的熔化極氣體保護焊時，一般電流密度皆較大，其電弧靜特性皆為上升特性。影響電弧靜特性的因素主要有：電弧長度、周圍氣體種類及氣體介質的壓力。當電流一定時，電弧長度增加，電弧電壓將隨著升高，電弧靜特性的位置將提高。氣體種類對

13、電弧靜特性的影響主要有兩方面的原因：一是氣體的電離能不同；二是氣體的熱物理性能不同。其中第二個原因往往是主要的。氣體的導熱系數(shù)，氣體的解離及解離能等對電弧電壓都有決定性的影響。導熱系數(shù)大和氣體解離時要吸收大量熱量，都會加強對電弧的冷卻作用，熱損失增加，要求較大的IE與之平衡，當I為定值時，E必然要增加，從而使電弧電壓升高。其他參數(shù)不變時，氣體壓力的增加意味著氣體粒子密度的增加，氣體粒子通過散亂運動從電弧帶走的總熱量將增加，電弧電壓將升高。熔滴過渡及焊縫成形 焊絲的熔化 在熔化極電弧焊中，焊絲的穩(wěn)定熔化并過渡到焊接熔池是影響電弧焊生產(chǎn)率和焊縫質量的一個重要因素。焊絲的熔化主要靠陰極區(qū)(正接或陽極

14、區(qū)(反接)所產(chǎn)生的熱，而弧柱的幅射熱居次要地位。除了焊絲端頭處產(chǎn)熱外，從焊絲與導電嘴的接觸點到電弧端頭的一段焊絲上(焊絲的干伸長LS)有焊接電流流過，也將產(chǎn)生電阻熱，這也是焊絲熔化的一局部熱源。 陰極區(qū)與陽極區(qū)的產(chǎn)熱情況是不同的，可分別用下式表示: PA=I(UA+UW+UT) PK=I(UK-UW-UT) 其中 UA陽極壓降 UW逸出功 UT弧柱溫度的等效電壓 UK陰極壓降 很明顯，焊絲端部的產(chǎn)熱都與焊接電流成正比，它的比例常數(shù)等于式中括弧內的數(shù)值，稱為焊絲熔化的等效電壓，用UW表示,焊絲熔化的等效電壓主要與極性、電極材料和保護介質等有關。 焊絲干伸長局部產(chǎn)生的電阻熱為： 式中RSLS段電阻

15、值 焊絲的電阻率 LS焊絲干伸長 S焊絲橫斷面積 電阻熱與材料種類有關。對于導電良好的鋁和銅等金屬，PR與R或PA相比是很小了，可忽略不計，而對鋼和鈦等電阻率較大的材料，特別是在細絲大電流時，干伸長越大，PR對焊絲焊化速率的影響越大，因此對于加熱和熔化焊總熱量P主要由兩局部組成，即P=I(U+IRS)。熔滴過渡形式及其作用力在熔化極電弧焊中，焊絲端頭形成的熔滴，它受到各種力的作用。由于作用力的大小和方向不斷變化，而引起焊絲端頭上的熔滴形狀和位置也不斷變化，從而以不同的形式脫離焊絲飛向熔池。熔滴上的作用力 在焊絲端部的金屬熔滴受以下幾個力的作用：外表張力、重力、電磁收縮力、斑點壓力、等離子流力和

16、其它力。 (1) 外表張力：液態(tài)金屬和其它液體一樣，具有外表張力，焊絲熔化后，液態(tài)金屬并不馬上掉下來，而是在外表張力的作用下形成球狀熔滴懸掛在焊條未端。隨著焊絲的不斷熔化，熔滴體積不斷增大，直到作用在熔滴上的作用力超過熔滴與焊絲界面間的張力時，熔滴才脫離焊絲進入熔池。 外表張力越大，焊絲未端的熔滴越大。外表張力與焊絲直徑、液態(tài)金屬和保護氣體的成分以及溫度等有關。焊絲直徑大,外表張力也大；液態(tài)金屬溫度越高，其外表張力越??；在焊絲內參加一定的活性物質，或在保護氣體中參加氧化性氣體(O2、CO2)，可以顯著降低液體金屬的外表張力，形成細顆粒熔滴向熔池過渡。 (2) 重力：任何物體在重力作用下都有下垂

17、的傾向,所以在平焊時，重力促進了熔滴的過渡，但在立焊和仰焊時重力將對熔滴的過渡起阻礙作用。當焊絲直徑較大而焊接電流較小時，在平焊位置的情況下，使熔滴脫離的力主要是重力。 (3) 電磁力：在焊接時，焊絲上通過較大的電流，由于大電流可以看成是許多同向平行的小電流。根據(jù)電磁學中平行電流磁場的作用原理可知，同向平行電流是彼此吸引的，即對通電導體有一徑向收縮力(即磁縮力)，這種電磁收縮力促使熔滴很快形成并脫離焊絲端部向熔池過渡。 當采用大電流焊接時，重力與電磁收縮力相比數(shù)值很小，電磁收縮力將是影響熔滴脫落的主要作用力。在熔化極焊接的情況下，由于存在電極斑點，使電流流過熔滴時，導體的截面發(fā)生變化，將產(chǎn)生電

18、磁的軸向分力，其方向總是從小截面指向大截面，如下圖。如果斑點尺寸小于焊絲直徑,那么軸向分力阻礙熔滴過渡，斑點尺寸大于焊絲直徑那么促使熔滴過渡。圖1.3 電磁力及其作用方向 (4) 等離子流力： 電弧焊時，電弧直徑從焊條到工件是逐漸增大的，這時在電弧中產(chǎn)生軸向推力，由于該力的作用，將建立起從焊絲向工件方向的氣流即等離子流。 當電流較大時，高速離子流對焊絲端頭口的熔滴和已脫離焊絲處在電弧空間的熔滴，產(chǎn)生很大的作用力，使之沿焊絲軸線運動，促進熔滴的過渡。斑點力：主要由以下兩方面組成，一是由于熔滴金屬在斑點處產(chǎn)生大量金屬蒸氣，在垂直于斑點外表的方向上出現(xiàn)較大的蒸氣反作用力，其大小隨斑點處電流密度的增加

19、而增大，該力將阻礙熔滴金屬過渡。陰極斑點的電流密度大于陽極斑點的電流密度，所以焊絲為陰極時將受到更大的阻力。另一方面帶電質點對斑點外表有撞擊力，陽極接受電子的撞擊陰極接受正離子的撞擊。由于正離子的質量大于電子，同時一般情況下，陰極壓降大于陽極壓降，因此這種斑點力在陰極上表現(xiàn)較大，在陽極上表現(xiàn)較小。 熔滴過渡的主要形式 對于熔化極氣體保護焊焊絲端頭口熔滴由于受上述各種作用力的綜合作用,而表現(xiàn)出不同的過渡形式,大致可分為三種。即粗滴過渡、短路過渡、噴射過渡；而在顆粒狀過渡中又可為滴狀過渡和上撓過渡。1.粗滴過渡 如下圖, 熔滴呈粗大顆粒狀向熔池自由過渡的形式。圖1.4 粗滴過渡短路過渡 如下圖，焊

20、絲端部的熔滴與熔池短路接觸,由于強烈過熱和磁收縮的作用使其爆斷,直接向熔池過渡的形式。圖1.5 短路過渡噴射過渡 如下圖，熔滴呈細小顆粒并以噴射狀態(tài)快速通過電弧空間向熔池過渡的形式。圖1.6 噴射過渡熔滴過渡現(xiàn)象十分復雜,焊接電流、電壓極性、保護氣體種類、焊絲成分等都影響熔滴的過渡形式,將在下面的具體焊接方法中分別介紹。 焊接熔池 電弧焊過程中，在電弧熱作用下，被焊金屬材料母材接縫處發(fā)生局部熔化，這局部熔化的液態(tài)金屬不斷地與從焊絲過渡來的熔滴金屬相混合，形成焊接熔池。在不填金屬的非熔化極電弧焊時，熔池完全由母材熔化的液態(tài)金屬組成。在電弧移動的連續(xù)焊接時，熔池將隨著電弧移動，同時熔池液態(tài)金屬還在

21、電弧力的作用下向電弧移動的前方排開。 熔池金屬的受力和流動狀態(tài)焊接熔池在接受電弧熱作用的同時，還受到各種機械力的作用，其中有各種形式的電弧力,還有熔池金屬自身的重力和外表張力等，使熔池中的液態(tài)金屬處于不斷的運動狀態(tài)。熔池金屬主要受以下幾種作用力：電弧力(1)電磁靜壓力由于焊接電弧呈圓錐狀而形成的電磁靜壓力始終指向熔池，使電弧正下方的液態(tài)金屬發(fā)生流動，并向四周排開。電磁收縮力當電流從電極斑點流向熔池時，電流密度變小，這種電流密度的變化就造成了電磁收縮力和流體中壓力差，使電極斑點區(qū)熔池金屬壓力大于其它局部，結果引起熔池中液體金屬沿著電流方向向下運動。這不僅加劇了熔池中凹坑的形成，而且還會形成熔池金

22、屬旋渦狀流動。等離子流力由高溫等離子體高速流動而形成的動態(tài)電磁壓力也使熔池金屬流動，并且在電弧中心的正下方加劇凹坑的形成和深度。熔滴的沖擊力在射流過渡中，熔滴的運動速度較快，具有較大的動能，熔滴對熔池的沖擊力是非常大的。以上各種電弧力的大小都隨著電流濃密的增大而增大。電弧焊時的氣體吹力和帶電粒子的撞擊力對于熔池金屬也具有一定的作用。液體金屬的重力其大小正比于熔池的體積, 亦即正比于焊接線能量。在平焊位置時，對焊縫成形有利，除平焊位置外，在其它各種空間位置的焊接，液體金屬的重力往往是破壞熔池穩(wěn)定性的主要因素，對焊縫成形不利。液體金屬的外表張力其大小與液體金屬的成分和溫度有關。純金屬或合金的外表張

23、力較大，金屬氧化物的外表張力較??；液體金屬的溫度越高，其外表張力越小。外表張力阻止熔池液態(tài)金屬在電弧力作用下的流動，即影響熔池的外表形狀，也影響熔池金屬在坡口中的堆敷情況。另一方面由于熔池各局部成分及溫度不同而造成外表張力不同，從而可能導致熔池內形成渦流，將影響熔池的深度和寬度。圖為平焊位置的熔池形狀和熔池液態(tài)金屬流動情況的示意圖。圖1.7 熔池形狀和熔池液態(tài)金屬流動情況的示意圖 焊縫的幾何參數(shù)及術語焊趾：焊縫外表與母材的交界處，見圖。圖焊腳：角焊縫的橫截面中，從一個焊件上的焊趾到另一個焊件外表的最小距離，見圖。焊縫凸度：凸形角焊縫橫截面中，焊趾連線與焊縫外表之間的最大距離，見圖。焊縫凹度：凹

24、形角焊縫橫截面中，焊趾連線與焊縫外表之間的最大距離，見圖。焊腳尺寸：在角焊縫橫截面中畫出的最大等腰直角三角形中直角邊的長度，見圖。熔深：在焊接接頭的橫截面上，母材熔化的深度。它不但標志電弧穿透能力的大小，而且影響到焊縫的承載能力，見圖。焊縫寬度：單道焊縫橫截面中，兩焊趾之間的距離，見圖。焊縫厚度：在焊縫橫截面中，從焊縫正面到焊縫反面的距離，見圖。圖圖余高：超出外表焊趾連線上面的那局部焊縫金屬的高度，見圖。余高可防止熔池金屬凝固收縮時形成缺陷，也可增大焊縫截面承受靜載荷能力。但余高過大將引起應力集中或疲勞壽命的下降，因此應限制余高的尺寸。通常對接接頭的余高小于3mm或余高系數(shù)焊縫寬度/余高大于4

25、8。當工件的疲勞壽命是主要問題時，焊后應將余高去除。理想的角焊縫外表最好是凹形的，可在焊后除去余高，磨成凹形。圖焊根：焊縫反面與母材的交界處，見圖。圖焊縫成形系數(shù)：焊縫寬度與焊縫計算厚度的比值，見圖。其大小會影響熔池中氣體逸出的難易、熔池的結晶方向、焊縫中成分偏析程度等，從而影響到焊縫產(chǎn)生氣孔和裂紋的敏感性。圖焊接應力和變形焊接剩余應力剩余變形的產(chǎn)生 焊接剩余應力和剩余變形主要是由于焊接過程中局部加熱和冷卻，高溫區(qū)域的金屬熱脹膨冷縮受到阻礙所形成的。例如，在鋼板邊緣堆焊時，焊件變形情況如下圖。焊接開始時，A區(qū)受熱膨脹，但因受到B區(qū)冷金屬的阻礙，不能自由伸長，這時板向上(加熱側)彎曲(如圖-B)

26、，A區(qū)受到壓應力，B區(qū)產(chǎn)生拉應力。焊接繼續(xù)進行，板的彎曲如圖C所示。當A區(qū)的壓應力大于材料的屈服極限時，A區(qū)就產(chǎn)生塑性變形。冷卻時，塑性變形保存下來，即形成剩余變形，板向下彎曲(如圖D),這時A區(qū)受拉應力，B區(qū)受壓應力。最后整條鋼板發(fā)生如圖的向下彎曲，A區(qū)受拉伸剩余應力，B區(qū)受壓縮剩余應力。圖1.14 板邊緣堆焊時變形過程焊接剩余應力和剩余變形之間的關系 焊接剩余應力、剩余變形的分布及大小與材料的線膨脹系數(shù)、彈性模量、屈服極限、溫度場和焊件的幾何形狀有關。 任何構件焊接后,總是同時存在剩余應力和剩余變形。當焊件剛性較大,或受力拘束時,焊后的剩余應力較大；當焊件能夠自由伸縮時，焊后的剩余應力較小

27、。 焊接剩余應力只能使焊件縮短，它的大小與焊接過程中高溫區(qū)金屬產(chǎn)生的壓應力大小有關，壓應力越大，形成壓縮變形越大，剩余變形也越大。焊接剩余應力的組成 在具體的焊接結構中，焊接剩余應力往往由溫差應力、相變應力、冷縮應力和拘束應力等組成，各種應力產(chǎn)生的原因如下： 1.溫差應力：由于焊接是一個局部的快速加熱和冷卻過程，因而焊件各點在同一時間內有不同的溫度。溫度不同的金屬由于不能自由膨脹，就會產(chǎn)生應力。 2.相變應力：焊接過程中，加熱到AC1以上的金屬，冷卻時發(fā)生相變，伴隨著體積改變。600以上，即在塑性狀態(tài)下發(fā)生相變的鋼如低碳鋼管，相變不致引起應力的產(chǎn)生。隨著鋼內合金含量的增加，奧氏體相變溫度下降，

28、當在彈性狀態(tài)溫度下發(fā)生相變時，奧氏體轉變?yōu)轳R氏體，伴隨著體積改變就會產(chǎn)生應力。 3.冷縮應力：焊縫金屬冷卻時產(chǎn)生局部收縮，由于受到鄰近金屬的限制，即產(chǎn)生拉應力，其大小與鋼的線膨脹系數(shù)、焊件厚度、焊接方法等因素有關。 4.拘束應力：焊件被外界條件固定后，由于焊接過程中的變形受到限制而產(chǎn)生的應力。焊接剩余應力對構件的影響1.對靜載強度的影響 當材料處于塑性狀態(tài)時，可進行塑性變形，內應力的存在不影響構件的承載能力。當材料處于脆性狀態(tài)時，由于材料不能進行塑性變形，當局部應力到達材料的強度極限時，發(fā)生局部破壞，最后將導致整個構件斷裂。 在焊接過程中，不可防止地產(chǎn)生焊接缺陷如焊接裂紋、未焊透等，當構件的使

29、用溫度在材料的脆性轉變溫度以下時，剩余應力將加速構件的脆性斷裂。 2.剩余應力對疲勞強度的影響在焊接過程中，不可防止地產(chǎn)生應力集中，對接頭強度產(chǎn)生不利的影響。焊接剩余拉應力降低接頭的疲勞強度。壓應力提高接頭的疲勞強度。剩余應力對機加工精度的影響機械切削加工將破壞原來工件中的內應力平衡，使工件產(chǎn)生變形，影響加工精度，因此對精度要求高的構件應先作消應力處理，然后加工。4.剩余應力對剛度的影響當構件中剩余應力超過材料的屈服極限時，導致構件的剛度降低。 5.剩余應力對應力腐蝕開裂的影響應力腐蝕開裂是在拉應力和腐蝕共同作用下產(chǎn)生裂紋的一種現(xiàn)象。焊接剩余應力將加速應力腐蝕速度。降低或消除剩余應力的措施設計

30、過程中降低剩余應力的措施 1.防止焊縫過分集中, 如圖1.15(a)。 2.減小焊件局部剛性, 如圖1.15(b)。 3.防止應力集中, 如圖1.15。 4.采用剛性小的接頭形式。如圖1.15(d)。5.反變形法提高焊縫自由度。如圖1.15(e)。圖1.15 降低剩余應力的設計措施焊接過程中的工藝措施采用合理的焊接順序和方向盡量使焊縫能自由收縮，先焊收縮量較大的焊縫。在拼板焊接時，應先焊錯開的橫向焊縫, 如下圖。圖1.16 拼板的焊接順序采用線能量較低的焊接方法可有效地降低剩余應力峰值及其分布范圍。焊后消除剩余應力的措施整體高溫回火 這個方法是整個焊接構件加熱到一定溫度，然后保溫一段時間，再冷

31、卻。通過高溫材料的蠕變變形來到達消除剩余應力的目的。對于同一種材料，回火溫度越高，時間越長，也就消除的越徹底。但對異種材料組成的焊接接頭，由于膨脹系數(shù)的不同，采用回火處理不能徹底消除剩余應力。局部高溫回火處理 這個方法是把焊縫周圍的一個局部區(qū)域進行加熱。消除剩余應力的效果不如整體處理，只能降低應力峰值，而不能完全消除。機械拉伸法過載法 焊接剩余應力是由于局部壓縮塑性變形引起的，通過機械拉伸使接頭產(chǎn)生拉伸塑性變形，以抵消焊接時產(chǎn)生的壓縮塑性變形，從而消除剩余應力。對于壓力容器可采用液壓過載或熱水過載的方法消除剩余應力。溫差拉伸法 這個方法的根本原理與機械拉伸法相同，是利用局部的溫差來拉伸焊縫區(qū)，

32、以抵消焊接時產(chǎn)生的壓縮塑性變形。振動法 通過在結構中施加循環(huán)載荷，使剩余應力逐漸松馳的方法，該方法的根本原理是在循環(huán)載荷作用下，在應力峰值較大的區(qū)域發(fā)生微區(qū)塑性變形，使峰值應力得到降低。沖擊波處理法利用沖擊波對焊縫及近縫區(qū)進行處理，通過沖擊波作用后，材料產(chǎn)生塑性變形，從而消除剩余應力。焊接剩余變形的種類圖7 平板對接時的焊縫收縮 焊接后，焊縫要產(chǎn)生縱向收縮和橫向收縮，如圖。這兩個方向的收縮造成了構件的各種變形，大致分為五種： 1.撓曲變形這種變形主要是由于焊縫位置在結構中位置不對稱時發(fā)生，撓曲變形可由焊縫的縱向收縮引起圖1.18(a)和由橫向收縮引起圖1.18(b)。圖1.18 焊接接頭的撓曲

33、變形 2.角變形這種變形主要是由于溫度沿板厚方向分布不均勻和熔化金屬沿厚度方向收縮量不一致引起的，因此一般多數(shù)發(fā)生在中、厚板的對接焊及角焊時，如圖。圖1.19 焊接接頭的角變形 3.波浪變形這種變形產(chǎn)生于薄板結構中，是由于縱向和橫向的壓應力使薄板失穩(wěn)而造成的, 如圖。圖1.20 焊接接頭的波浪變形 4.錯邊變形在焊接過程中，兩焊件的熱膨脹系數(shù)不一致，可能引起長度方向上的錯邊和厚度方向上的錯邊, 如下圖。圖1.21 焊接接頭的錯邊變形 5.扭曲變形由于裝配質量不好，焊接順序和施焊方向不合理, 如圖。圖1.22 焊接接頭的扭曲變形減小焊接剩余變形的方法焊接變形不但影響結構的尺寸的準確性和外形美觀，

34、而且有可能降低構件的承載能力，因此在焊接構件的生產(chǎn)中應盡量減小焊接變形。設計措施 1.合理地選擇焊縫尺寸和形式。在保證結構承載能力的條件下，設計時盡量采用較小的焊縫尺寸。 2.合理地安排焊縫位置。盡可能使焊縫處于截面中性軸，或對稱于中性軸。盡可能減小不必要的焊縫。工藝措施 1.合理選擇裝配和焊接順序 在裝配焊接比較復雜的結構時，可把它看成幾個簡單的部件，分別裝焊，然后再將焊好的部件拼焊成一個整體，可以使那些不對稱的或收縮力較大的焊縫能自由地收縮，而不影響整體結構，從而控制結構的焊接變形。當裝配完成后，調整焊接順序也是降低變形的有效措施，通常應遵循以下原那么：(1).盡量使焊縫能自由收縮; (2

35、).對于大型構件的焊接，應從中間向四周進行，一般橫向收縮大于縱向收縮，因此應先焊橫向焊縫使之自由收縮。 2.合理選擇施焊方法和標準 一般情況下，焊接時線能量較低，焊后的變形就小，因此采用細絲小電流的多層焊代替粗絲大電流的單層焊。用焊接速度較高的自動焊代替手工電弧焊，都有利于減小焊接變形。另外采用逐步退焊法、跳焊法、分中對稱焊法等施焊方法，降低了加熱的不均勻性，從而減小焊接變形。 3.采用反變形法 根據(jù)經(jīng)驗，預先人為地制造一個變形，使這個變形與焊后的變形方向相反而數(shù)值相等，從而消除焊接變形。 4.剛性固定法 將焊件固定在具有足夠剛性的根底上，焊接時，焊件不能移動。這種方法并不能完全消除焊接變形。

36、對彎曲、角變形及波浪變形效果較好。此外通過預熱或強制冷卻等方法也能降低剩余變形。典型焊接接頭的剩余應力分布 在實際的焊接結構中，剩余應力分布是十分復雜的，只能根據(jù)典型焊接接頭中的剩余應力作定性分析。 對接接頭中的焊縫縱向剩余應力分布如圖1.23(a)所示。在焊縫及熱影響區(qū)為剩余拉伸應力，并常到達材料的屈服極限，而在其它區(qū)域為剩余壓應力。焊縫縱向剩余應力及焊縫長度分布如圖1.15(b)所示。對接接頭中的焊縫橫向剩余應力數(shù)值是很大的，有時也可能到達材料的屈服極限，它與焊件的板寬、定位焊位置、施焊方向及施焊順序有關。焊縫橫向剩余應力沿板厚方向分布如圖c所示。沿焊縫長度方向的分布如圖1.23(d)所示

37、。即焊縫中心剩余應力為最大值，而距焊縫中心不遠就很快減小。(a) 縱向剩余應力沿板寬方向的分布 (b) 縱向剩余應力沿焊縫長度方向的分布 橫向剩余應力沿板寬方向的分布 (d)橫向剩余應力沿焊縫長度方向的分布圖1.23 對接接頭的剩余應力分布角接接頭中的縱向剩余應力分布如下圖。圖1.24 角接接頭中的縱向剩余應力分布弧焊電源弧焊電源根本知識1.電源靜特性在穩(wěn)定狀態(tài)下弧焊電源的輸出電壓與輸出電流的關系曲線稱為弧焊電源的靜特性，也稱為弧焊電源的外特性?；『鸽娫吹耐馓匦苑譃槠教匦院拖陆堤匦詢纱箢?。平特性又稱為恒壓特性。下降特性又分為緩降特性、陡降特性以及垂降特性三種。其中垂降特性又稱之為恒流特性?；『?/p>

38、電源的各種常見外特性曲線如下圖。圖1.25 弧焊電源的各種常見外特性曲線 2.負載持續(xù)率DY負載工作的持續(xù)時間與全周期時間的比值稱為負載持續(xù)率DY。全周期時間或稱工作周期括負載持續(xù)時間與休息時間。GB811887規(guī)定工作周期為5、10、20min與連續(xù)。負載持續(xù)率是設計焊機時用以說明某種效勞類型的重要參數(shù)，介于0與1之間，用百分數(shù)表示。按GB811887規(guī)定為35%、60%、100%三種?；『鸽娫吹念~定電流就是該負載持續(xù)率條件下的最大輸出電流。實際工作時間與工作周期之比稱為實際負載持續(xù)率，不同實際負載持續(xù)率條件下允許使用的輸出電流可按下式計算：I=Dyr/DY1/2Ir式中 Dyr額定負載持續(xù)

39、率 DY實際負載持續(xù)率 Ir額定負載持續(xù)率時的額定電流 I實際負載持續(xù)率時的允許使用電流3.弧焊電源系統(tǒng)穩(wěn)定工作條件電弧燃燒的穩(wěn)定狀態(tài)，即電弧燃燒兩個最主要的能量參數(shù)I和U的穩(wěn)定值是由電源外特性和電弧靜特性曲線交點決定的，如下圖。在交點處電弧靜特性斜率只有大于電源外特性斜率，才是系統(tǒng)的穩(wěn)定工作點交點A，交點B由于不滿足上述條件不是系統(tǒng)的穩(wěn)定工作點。圖1.26 系統(tǒng)穩(wěn)定工作條件圖如果電弧靜特性工作局部斜率小于0，弧焊電源外特性必須是下降特性。如果電弧靜特性工作局部的斜率大于0，那么電源外特性可以是上升的，也可以是平特性。對于等速送絲焊接，當電弧靜特性曲線為平的時候，采用緩降外特性電源比陡降外特性

40、能在弧長發(fā)生同樣波動時獲得較大的電流變化，使自身調節(jié)作用比較靈敏。當電弧工作在靜特性上升段時，那么采用上升特性電源上升斜率不能超過電弧靜特性比用平特性電源能獲得更大的電流變化和電弧自身調節(jié)靈敏度。因此，一般長弧焊的等速送絲焊接均采用緩降特性，甚至平特性，上升特性的電源。4.弧焊電源動特性所謂弧焊電源動特性，是指電弧負載狀態(tài)發(fā)生突然變化時，弧焊電源輸出電流和電壓的響應過程，可以用弧焊電源的輸出電流和電壓對時間的關系，即U=ft、I=ft來表示。它說明弧焊電源對負載瞬變的適應能力。只有出現(xiàn)熔滴短路過度的焊接方法才對弧焊電源有動特性要求。在短路過度的CO2焊接過程中，為了使熔滴過度平穩(wěn)，減少飛濺，在

41、不同的焊絲直徑和焊接標準下，焊接回路應具有適宜的短路電流增長速度和短路峰值電流。 弧焊機器人配套焊接電源機器人配套弧焊電源的特點 1.控制性能好，具有相當寬的輸出量連續(xù)調節(jié)范圍和優(yōu)良的動態(tài)響應指標，既能保證電弧過程的持續(xù)穩(wěn)定，又要便于機器人實時改變焊接標準來控制焊接質量； 2.額定輸出功率和負載持續(xù)率高，能夠適應機器人不停歇地工作。 3.與機器人及其他設備有適宜的控制接口和良好的電磁兼容性。外特性控制，通過不同的算法可獲得恒流特性、恒壓特性和其他不同形式的外特性，以滿足各種弧焊方法和場合的需要。機器人配套弧焊電源弧焊電源的開展經(jīng)歷了機械控制式弧焊變壓器，弧焊整流器、電磁控制式磁放大式弧焊整流器

42、，弧焊發(fā)電機、電子控制式晶體管，晶閘管，逆變式?；『笝C器人配備的電源為電子控制式。晶閘管式弧焊電源由于其控制速度慢毫秒級，它只適合于早期的示教型機器人，焊接的工件簡單，焊接過程中焊接參數(shù)根本是固定的。晶體管式弧焊電源分為開關式、模擬式、電子式三種。與晶閘管式弧焊電源相比晶體管式弧焊電源具有良好的控制性能，可獲得各種外特性及任意的輸出電流波形，焊接參數(shù)可任意的無級調節(jié)，借助電子電抗器和脈沖波形的控制，可實現(xiàn)少飛濺或無飛濺的焊接，抗干擾的能力強，曾經(jīng)作為弧焊機器人的首選電源。但這種弧焊電源存在重量大、效率低的缺點。逆變式弧焊電源是弧焊電源的最新開展，它是利用逆變技術研制成的一種具有開展前景的弧焊電

43、源。其工作原理如下圖。圖1.19 逆變式弧焊電源的工作原理傳統(tǒng)的弧焊電源三相市電先經(jīng)過工頻變壓器降壓，然后經(jīng)過整流器整流輸出。逆變式電源，三相工頻交流電直接輸入整流器整流和電抗器濾波，得到的高壓直流電借助大功率電子開關晶閘管、晶體管或場效應管的交替開關的作用，又將直流電變換成高頻交流電，再經(jīng)過高頻變壓器、整流器和電抗器的降壓、整流與濾波就得到所需的焊接電流和電壓。由于去掉了工頻變壓器，與上述兩種弧焊電源相比，最明顯的特點是重量輕體積小且高效節(jié)能。同等容量的逆變焊機體積只有晶閘管整流焊機的1/4，重量為1/3，效率可達85%以上，功率因數(shù)接近1。同時控制性能得到改善。主要表現(xiàn)為：良好的動特性和弧

44、焊工藝性能，控制速度大幅度提高，動態(tài)響應時間縮短到微秒級，采用波形控制法，可以精確地控制熔滴短路過度的每一階段，改善熔滴過度，顯著減少飛濺；所有的焊接工藝參數(shù)均可無級可調；具有多種外特性能適應各種焊接方法和焊接工藝的需要；通過改變控制電路的給定信號，焊機可以獲得各種需要的焊接波形，特別適合于軟件控制?；谝陨咸攸c目前逆變式弧焊電源已成為弧焊機器人的理想配套電源。焊接電源的外特性熔化極氣體保護焊的焊接電源的外特性可分為三種：平特性恒壓、陡降特性恒流和緩降特性。 焊機的規(guī)格取決于焊接電源，主要規(guī)格如下:額定電流 焊接電流的指標在此值以下額定輸入 是輸配電的指標額定使用率 在焊接作業(yè)中產(chǎn)生電弧時間與

45、間隙時間相互交替不斷重復。 在CO2/MAG焊機中用一個周期決定額定使用率，例如如果額定使用率為60%時，說明有10分之6為額定輸出(焊接)電流的時間，10分之4為休息時間，如以下圖所示: 實際的焊接電流比額定的電流低時，允許使用率也上升，這時可用下式進行計算: 例如，CO2/MAG半自動焊機的額定輸出電流為500A，額定使用率為60%，這時將其作為自動焊機時，使用率為100%(一個周期100%連續(xù)有焊接電流)，其使用的焊接電流可用下式求出: 代入具體數(shù)字 =500=388A 所以使用時必須比額定輸出500A要低。第二章 熔化極氣體保護焊1熔化極氣體保護焊方法的原理熔化極氣體保護焊英文簡稱GM

46、AW采用可熔化的焊絲與被焊工件之間的電弧作為熱源來熔化焊絲與母材金屬，并向焊接區(qū)輸送保護氣體，使電弧、熔化的焊絲、熔池及附近的母材金屬免受周圍空氣的有害作用。連續(xù)送進的焊絲金屬不斷熔化并過度到熔池，與熔化的母材金屬融合形成焊縫金屬，從而使工件相互連接起來，如下圖。圖2.1 熔化極氣體保護焊的工作原理2熔化極氣體保護焊的分類 熔化極氣體保護焊根據(jù)保護氣體的種類不同可分為：熔化極惰性氣體保護焊英文簡稱MIG、熔化極氧化性混合氣體保護焊英文簡稱MAG和CO2氣體保護電弧焊三種。熔化極惰性氣體保護焊MIG：保護氣體采用氬氣、氦氣或氬氣與氦氣的混合氣體，它們不與液態(tài)金屬發(fā)生冶金反響，只起保護焊接區(qū)使之與

47、空氣隔離的作用。因此電弧燃燒穩(wěn)定，熔滴過度平穩(wěn)、安定，無劇烈飛濺。這種方法特別適用于鋁、銅、鈦等有色金屬的焊接。熔化極氧化性混合氣體保護焊MAG：保護氣體由惰性氣體和少量氧化性氣體混合而成。由于保護氣體具有氧化性，常用于黑色金屬的焊接。在惰性氣體中混入少量氧化性氣體的目的是在根本不改變惰性氣體電弧特性的條件下，進一步提高電弧的穩(wěn)定性，改善焊縫成型，降低電弧輻射強度。二氧化碳氣體保護電弧焊CO2：保護氣體是CO2，有時采用CO2+O2的混合氣體。由于保護氣體的價格低廉，采用短路過度時焊縫成型良好，加上使用含脫氧劑的焊絲可獲得無內部焊接缺陷的高質量焊接接頭，因此這種方法已成為黑色金屬材料的最重要的

48、焊接方法之一。3熔化極氣體保護焊設備的主要構成 熔化極氣體保護焊設備主要由下局部構成：焊接電源及控制裝置送絲裝置焊槍氣體流量調整器連接電纜和軟管 其中，控制裝置和焊接電源一般是做成一體的。.1焊接電源有關焊接電源的內容將在下面各種焊接方法中分別介紹。送絲裝置送絲裝置由以下局部構成:焊絲送進電機保護氣體開關電磁閥送絲滾輪 焊絲供應裝置是專門向焊槍供應焊絲的，在機器人焊接中主要采用推絲式單滾輪送絲方式。即在焊絲繞線架一側設置傳送焊絲滾輪，然后通過導管向焊槍傳送焊絲。在鋁合金的MIG焊接中，由于焊絲比較柔軟，所以在開始焊接時或焊接過程中焊絲在滾輪處會發(fā)生扭曲現(xiàn)象,為了克服這一難點,采取了各種措施。焊

49、槍熔化極氣體保護電弧焊焊槍大致有空冷式和水冷式兩種形式，空冷式焊槍一般用于中小焊接電流，水冷式焊槍用于大電流焊接。MIG焊槍與CO2/MAG焊槍形狀相似，但有以下的差異：1.為了無故障地傳送比較柔軟的鋁焊絲，有專用鋁焊接MIG焊槍。2.為了順利地傳送如不銹鋼、鎳合金、高強度鋼等硬質材質的焊絲，有專用焊接合金的MIG焊槍?？傊?，對應不同的使用目的和不同用途，其焊槍的結構也不同。圖給出了幾種焊槍的照片。圖為CO2氣體保護焊焊槍結構示意圖。2.2 熔化極氣體保護焊焊槍圖2.3 CO2氣體保護焊焊槍結構示意圖氣體流量調整器 氣體流量調整器安裝在氣瓶出口處，設定焊接時所必須的氣體流量，氣體流量調整器包括

50、用以降低氣瓶內高壓的“壓力調整器和讀取氣體流量的“流量計等。小型CO2氣體流量調整器中，由于氣路不會結冰，所以使用非加熱式氣體流量調整器，而在大型CO2氣體流量調整器中，由于能把氣瓶內高壓減壓至0.2Mpa(約2kgf/cm2)，氣體的快速膨脹帶走熱量導致氣路結冰，所以在CO2氣體流量調整器中要附上加熱裝置，如下圖。圖2.4 CO2氣體流量調整器4熔化極氣體保護焊的熔滴過渡形式 3.4.1影響熔滴過渡的主要因素影響熔化極氣體保護焊的熔滴過渡形式的主要因素有：電流的大小和種類焊絲直徑焊絲成分焊絲干伸長保護氣體的種類熔滴過渡形式1.短路過渡熔化極氣體保護焊當焊絲較細、電流較小時，熔滴過渡形式一般為

51、短路過渡。只有在焊絲與熔池接觸的瞬間，熔滴才過渡到熔池，而在電弧空間那么沒有熔滴的過渡。熔滴的短路過渡頻率一般為20200次/秒，短路過渡時對應的電流和電壓波形如下圖。懸掛在焊絲端頭的熔滴直接和熔池接觸，弧隙短路，焊絲與熔池之間形成液橋，焊接電流提高圖2.5A，B，C，D。在短路電流產(chǎn)生的電磁力和液態(tài)金屬的外表張力的作用下，液橋形式縮頸變細，液橋斷開，熔滴過渡到熔池，電弧重新引燃圖E，F(xiàn)。短路電流的上升速度應足夠使焊絲加熱和促使熔滴過渡，但又不能太高，以防止由于熔滴的暴斷產(chǎn)生飛濺。短路電流的上升速度可以通過調節(jié)電源的回路電感來控制。最正確的電感量的設置取決于焊接回路的電阻和焊絲的熔化溫度。電弧

52、燃燒后，焊絲端頭的熔滴逐漸增大并送進，再次和熔滴接觸，開始下一個短路過程圖2.5(H)。圖2.5 CO2短路過渡時的電流及電壓波形保護氣體的成分對短路過渡的熔滴尺寸及過渡頻率有較大的影響，同時影響電弧特性和熔深。CO2與惰性氣體相比產(chǎn)生較大的飛濺，但熔深較大。在焊接碳鋼和低合金鋼時常常采用CO2和Ar的混合氣體來降低飛濺和取得較大的熔深。在焊接有色金屬時為了提高熔深在Ar氣中常參加He氣。短路過渡形成的熔池小，冷卻速度快，適于薄板的全位置以及根部間隙較大的焊縫的焊接。2.滴狀過渡惰性氣體保護焊當電流較小時，熔滴的過渡形式為滴狀過渡。此時，熔滴的直徑大于焊絲的直徑，熔滴主要依靠重力過渡到熔池，因

53、此在平焊位置熔滴才能較好地過渡到熔池中。滴狀過渡的電弧電壓要比短路過渡的電壓高，以保證熔滴在與熔池接觸之前脫離焊絲端部，但由于電壓過高，使得熔深缺乏，加強高過大，在實際生產(chǎn)中的惰性氣體保護焊一般不采用這種過渡形式。在CO2氣體保護焊中，當焊接電壓和電流大于短路過渡時的電壓和電流時，熔滴的過渡為滴狀過渡。由于斑點壓力的阻礙作用，CO2氣體保護焊的滴狀過渡是非軸向的，飛濺較大，如下圖。與短路過渡相比，CO2滴狀過渡熔深較大，特別適于碳鋼的中、厚板的焊接。圖2.6 CO2氣體保護焊的滴狀過渡形式3.噴射過渡在純Ar或富Ar氣體中，對于給定的焊絲直徑，當焊接電流增大到某一數(shù)值時，熔滴即從滴狀過渡轉變成

54、噴射過渡。這個電流稱為臨界電流。噴射過渡時，焊絲金屬以細滴小于焊絲直徑沿電弧軸線方向進入熔池，電弧穩(wěn)定，飛濺極少，如下圖。圖2.7 熔滴的噴射過渡形式噴射過渡臨界電流值與液態(tài)金屬的外表張力有關，與焊絲直徑成反比，焊絲的干伸長對其也有一定的影響。它隨著焊絲的熔化溫度及保護氣體成分的變化而變化，表給出了常用焊絲的臨界電流值。 表2.1 常用焊絲的臨界電流值。焊絲材料焊絲直徑mm保護氣體最小的噴射電流A碳鋼98%Ar+2%O2150165220275不銹鋼170225285鋁Ar95135180無氧銅180210310硅青銅165205270圖2.8 脈沖噴射過渡噴射過度的熔深較深，呈指狀，適于中、

55、厚板的平焊和橫焊位置。為了適應薄板及全位置焊接，采用脈沖噴射過渡。脈沖噴射過渡是一種有規(guī)律的斷續(xù)性噴射過渡，如下圖。焊接電流是脈沖電流，包括恒定的基值電流和脈沖峰值電流兩局部，基值電流使焊絲末端預熱并局部熔化，但不形成熔滴。脈沖峰值電流作用期間那么產(chǎn)生熔滴的噴射過渡。脈沖的幅值和頻率決定電弧的能量，通過改變脈沖的幅值和頻率就能實現(xiàn)薄板和厚板的全位置焊接。 4.亞射流過渡 鋁及其合金的焊接通常采用射滴和短路相混合的過渡形式，這種過渡稱為“亞射流過渡“(mesosprag)，如下圖。其特點是弧長較短,電弧電壓較低，電弧略帶輕微爆破，焊絲端部的熔滴大到大約等于焊絲直徑時，便沿電弧線方向一滴一滴過渡到

56、熔池，間有瞬時短路發(fā)生。研究指出，在噴射過渡下，常易出現(xiàn)各種缺陷，如熔深呈“指形，容易產(chǎn)生熔透不良等。此外，在噴射過渡下由于電弧較長，保護效果降低，焊縫起皺及外表易產(chǎn)生黑粉。而采用亞射流過渡，陰極霧化區(qū)大，溶池的保護效果好，焊縫成形好，焊接缺陷也較少。在相同的焊接電流下，亞射流過渡的焊絲熔化速度和熔深都較射流過渡大。電弧的固有自調節(jié)作用特別強，當弧長受外界干擾而發(fā)生變化時，焊絲的熔化速度發(fā)生變化較大，促使弧長向消除干擾的方向變化，因而可以迅速恢復到原來的長度。圖2.9 熔滴的亞射流過渡形式影響焊接結果的工藝參數(shù)下面的一些參數(shù)影響焊縫的熔深、焊道的幾何形狀和焊接質量：焊接電流送絲速度電源極性電弧

57、電壓電弧長度焊接速度焊絲干伸長焊槍角度接頭位置焊絲直徑保護氣體的成分和流量焊接電流當其它參數(shù)不變時，焊接電流隨著送絲速度的變化呈非線性變化。在平特性電源中，焊接電流的改變與送絲速度的變化行為相似，碳鋼焊絲的焊接電流與送絲速度的關系如下圖。各種直徑的焊絲當焊接電流較小時二者之間的關系都近似呈線性關系，焊接電流的增加，特別是小直徑焊絲，曲線為非線性，隨著焊接電流的增加焊絲的熔化速率提高，這主要是焊絲干伸長上的電阻熱的奉獻。圖2.10 碳鋼焊絲的焊接電流與送絲速度的關系如下圖，當送絲速度保持不變時，較大的焊絲直徑需要較大的焊接電流。焊絲的化學成分對二者之間的關系影響可以比較圖、。不同的焊絲對應不同的

58、曲線位置和斜率，是由于焊絲的熔點和電阻率的不同。焊絲的干伸長對它們的關系也有一定的影響。圖2.11 ER4043鋁合金焊絲焊接電流和送絲速度的關系圖2.12 300系列不銹鋼焊絲送絲速度與焊接電流的關系圖2.13 Ecu銅焊絲焊接電流與送絲速度的關系當其它參數(shù)保持不變時，焊接電流的增加對焊縫熔深的影響最為顯著，幾乎呈正比關系，如下圖。焊縫寬度、余高等有增加的傾向，如下圖。圖2.14 焊接電流與焊縫熔深的關系圖2.15 焊接電流與焊縫斷面形狀焊接電流對熔滴過渡頻率和熔滴的體積有較大的影響，隨著焊接電流的增大，熔滴過渡頻率提高，熔滴體積變小。電弧電壓電弧長度電弧電壓和電弧長度通常是可以互換的兩個術

59、語，但應該指出它們是不同的。對于G電弧長度是一個獨立的參數(shù)，而電弧電壓除了與電弧長度有關外，還與其它參數(shù)有關，如保護氣體、焊接方法、甚至焊接電纜。電弧電壓是對電弧長度的近似描述，它還應該包括焊絲干伸長上的電壓降。電弧電壓的設定取決于焊接材料、保護氣體和熔滴過渡類型。為了獲得最正確的電弧特性和焊道形狀，進行工藝試驗是非常必要的，因為最正確的電弧電壓取決于多種因素, 如金屬厚度、接頭類型、焊接位置、焊絲直徑、保護氣體成分和焊接方法等。電弧電壓與焊縫形狀的關系如下圖。電弧電壓越高，電弧就越長，焊縫余高越小，焊縫熔寬將增加，熔深略有減小。但電弧電壓過大將產(chǎn)生氣孔、飛濺和咬邊；反之電弧電壓越低，那么電弧

60、長度越短，焊縫余高越大，熔深將增加，焊縫寬度變窄。但過低的電弧電壓會導致焊絲插入熔池。圖2.16 電弧電壓與焊縫形狀的關系焊接速度當其它條件不變時，適宜的焊接速度可以使焊縫熔深取得最大值。當焊接速度降低時，單位長度上填充金屬的熔敷量增加。焊接速度如果過慢，電弧將主要作用在熔池上，使得熔深降低，焊縫增寬，而且容易產(chǎn)生燒穿和焊縫組織粗大等焊接缺陷。在焊速較小時，電弧力的作用方向幾乎是垂直向下的，隨著焊接速度的提高，弧柱后傾有利熔池液態(tài)金屬在電弧力作用下向尾部流動，使熔池底部暴露，因而有利于熔深的增加，當焊接速度提高到某一數(shù)值時焊縫熔深到達最大值。隨后隨著焊接速度的提高，每單位長度的母材金屬從電弧得