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第一章電弧焊基礎(chǔ)電弧是電弧焊接的能源，電弧能有效而簡便的將電能轉(zhuǎn)換為焊接過程所需的熱能和機(jī)械能。第一節(jié)電弧的物理基礎(chǔ)電弧的實(shí)質(zhì)：是在一定條件下，電荷通過兩極之間的氣體空間的一種導(dǎo)電現(xiàn)象，簡單的說就是氣體放電現(xiàn)象，如圖1-1所示；通過電弧，電能可轉(zhuǎn)變?yōu)椋篴、熱能b、機(jī)械能c、光能1、氣體放電的基本概念：

1.1氣體放電的必要條件:

a、導(dǎo)電機(jī)構(gòu)—帶電粒子；

b、存在電場；2、氣體導(dǎo)電的特點(diǎn)：如圖1-2；從圖中可知，氣體放電可分為非自持放電和自持放電；而自持放電又包括：a、暗放電；b、輝光放電；c、電弧放電；特點(diǎn)：大電流，低電壓，熱量多，溫度高，發(fā)光強(qiáng)烈。被廣泛的作為熱源和光源應(yīng)用。圖2氣體放電和金屬導(dǎo)電的伏安特性A)氣體放電；Ｂ）金屬導(dǎo)電；2、電弧的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)：正離子和電子2.1電離：2.1.1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。A→A++e-；電離能(Wi)：使中性氣體粒子失去電子所需的最低外加能量。[ev]；1ev=1.6×10-19J注意:⑴電離電壓(Ui)；⑵分子的電離；⑶混合氣體的電離電壓；2.2能量的傳遞方式:2.2.1碰撞傳能:包括彈性碰撞和非彈性碰撞;⑴彈性碰撞:這種現(xiàn)象是當(dāng)粒子的動能較低時(shí)產(chǎn)生,不產(chǎn)生電離過程；⑵非彈性碰撞:可以產(chǎn)生電離過程;設(shè)：m1：碰撞粒子；m2：被碰撞粒子；碰撞時(shí)，m2所增加的能量與以下兩個(gè)因素有關(guān)：A、原動能（1/2m1v12）；B、m1：m2；當(dāng)m1遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于m2時(shí)，m1能量全部傳遞給m2當(dāng)m1=m2時(shí)，m1的一半能量傳遞給m2所以，當(dāng)具有足夠動能的電子與中性粒子進(jìn)行非彈性碰撞時(shí)，容易產(chǎn)生電離現(xiàn)象。2.2.2光輻射傳遞：當(dāng)氣體粒子受到光的輻射時(shí)，可以直接提高其內(nèi)能，從而產(chǎn)生電離。氣體粒子電離條件：hγ≥Wi=eUi

其中，h：普朗克常數(shù)；h=6.625×10-27爾格.秒、Wi：電離能[J]、γ：光輻射頻率、Ui：電離電壓次要途徑，而碰撞電離才是主要的途徑。3、電離種類：熱電離、電場作用下的電離、光電離；3.1熱電離：氣體粒子受熱的作用而產(chǎn)生的電離；熱電離的實(shí)質(zhì)：碰撞電離；3.2電場作用下的電離:帶電粒子的動能在電場的作用下增加到足夠大時(shí),與中性粒子發(fā)生非彈性碰撞而使之產(chǎn)生的電離。實(shí)質(zhì)：碰撞電離；3.3光電離：中性粒子受到光輻射作用而產(chǎn)生的電離。hγ≥Wi=eUi；γ=C/λ；

4、電子發(fā)射：當(dāng)電極表面接受一定的外加能量時(shí)，電極內(nèi)部的電子可以沖破電極表面的束縛飛到電弧空間，這種現(xiàn)象叫做電子發(fā)射。只有陰極發(fā)射的電子才能在電場的作用下參加導(dǎo)電過程，所以，我們只討論陰極電子發(fā)射。逸出功：使一個(gè)電子由電極表面發(fā)射所需的最低外加能量。用Ww表示。[ev]逸出電壓：用Uw表示。[V]根據(jù)外加能量的形式不同，電子發(fā)射可分為：

4.1熱發(fā)射：金屬表面受熱的作用而產(chǎn)生的電子發(fā)射現(xiàn)象，叫做熱發(fā)射。溫度越高→越易熱發(fā)射；逸出功越小→越易熱發(fā)射；熱陰極：電極材料的沸點(diǎn)大于3500K，這種電極可以承受高溫，它的電弧的陰極區(qū)主要以熱發(fā)射提供電子。常見的熱陰極有：W（5950K）；C（4200K）冷陰極：電極材料的沸點(diǎn)小于3500K，如Fe（3008K）、Cu（2868K）、Al（2700K）、Mg（1375K）4.2電場發(fā)射：當(dāng)金屬表面空間存在一個(gè)正電場時(shí)，陰極內(nèi)的電子因受電場力的作用而飛出電極表面的現(xiàn)象。4.3光發(fā)射：電極表面因受光輻射的作用而使電子沖破電極表面的束縛飛出的現(xiàn)象。光發(fā)射的條件：hγ≥eUw光發(fā)射居次要地位。4.4碰撞發(fā)射：當(dāng)高速運(yùn)動的粒子碰撞電極表面時(shí)，將其能量傳遞給電極表面的電子，使其能量增加而脫離電極表面的束縛飛出的現(xiàn)象。當(dāng)正離子撞擊陰極時(shí)，要使陰極發(fā)射一個(gè)電子，必須對陰極表面施加兩倍的逸出功。5、負(fù)離子的產(chǎn)生：在一定的條件下，有些中性的原子或分子能吸附一個(gè)電子，從而形成負(fù)離子，同時(shí)釋放出電子親和能。負(fù)離子一般存在于電弧的周邊地區(qū)等低溫地帶。負(fù)離子的產(chǎn)生一般會使電弧的穩(wěn)定性下降。6、帶電粒子的擴(kuò)散與復(fù)合：當(dāng)電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，帶電粒子不斷產(chǎn)生和運(yùn)動的同時(shí)也不斷的消失，即處于一種動態(tài)的平衡狀態(tài)。消失的途徑有：擴(kuò)散和復(fù)合；6.1擴(kuò)散:6.2復(fù)合:A++e→A+Wi7、電弧中的各區(qū)域及電壓分布：根據(jù)電弧各個(gè)部位的物理特性和作用，可將其分為三個(gè)區(qū)域：

陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)；陰極區(qū)：陰極附近的微小區(qū)域，其電壓叫做陰極壓降UK；陽極區(qū)：陽極附近的微小區(qū)域，其電壓叫做陽極壓降UA；弧柱區(qū)：陰極區(qū)與陽極區(qū)中間的部分，其電壓叫做弧柱壓降UC；電弧電壓U=UK+UA+UC7.1弧柱區(qū)：

特點(diǎn)：①溫度高達(dá)5000~50000K；②因?yàn)闇囟容^高，所以帶電粒子的產(chǎn)生以熱電離為主，并伴有擴(kuò)散和復(fù)合與之平衡。③呈電中性，即在數(shù)目上：e+A-=A+④弧柱具有低電壓和較大的電流。⑤I弧柱=99.9%I電子+0.1%I正離子7.2陰極區(qū)：特點(diǎn)：①區(qū)間很小，僅為10-4~10-6cm；②陰極區(qū)的主要任務(wù)：發(fā)射電子，向弧柱提供所需的電子，同時(shí)接收弧柱區(qū)來的離子流。③Ⅰ當(dāng)陰極采用W、C等高熔點(diǎn)材料且電流較大時(shí)，以熱發(fā)射為主。Ⅱ當(dāng)陰極采用Fe、Al、Cu等熔點(diǎn)較低材料或用W、C等高熔點(diǎn)材料但電流較小時(shí)，以電場發(fā)射為主。原因：見書P21圖1-11；④陰極斑點(diǎn)：電弧放電時(shí)，負(fù)電極表面上集中發(fā)射電子的微小區(qū)域，該區(qū)域具有明顯的光的特點(diǎn)，叫做陰極斑點(diǎn)。特點(diǎn)：Ⅰ它是集中發(fā)射電子的地方，它的溫度高，熱量集中。Ⅱ陰極斑點(diǎn)具有“粘著”和“跳躍”特性。見書P24圖1-14；Ⅲ陰極斑點(diǎn)有自動尋找溫度高、發(fā)射能力強(qiáng)的物質(zhì)；（陰極斑點(diǎn)有自動尋找氧化膜的傾向）x-原斑點(diǎn)位置y-新斑點(diǎn)位置圖1－14陰極斑點(diǎn)的粘著作用7.3陽極區(qū):特點(diǎn):①區(qū)間也很小，在10-2~10-3cm范圍；②主要任務(wù)：接收由弧柱流來的電子流，向弧柱提供正離子流；③陽極本身不發(fā)射正離子，正離子由陽極區(qū)以電離的形式產(chǎn)生：Ⅰ當(dāng)電弧的電流較小時(shí)，陽極區(qū)產(chǎn)生電場作用下的電離，如圖1-12；Ⅱ當(dāng)電流較大，陽極溫度較高時(shí)，陽極區(qū)產(chǎn)生熱電離。④陽極斑點(diǎn)：電弧放電時(shí)，正電極表面集中接受電子的微小區(qū)域，該區(qū)域也有明顯的光的特點(diǎn)，叫做陽極斑點(diǎn)。特點(diǎn)：Ⅰ陽極斑點(diǎn)是熱量集中、溫度高、易產(chǎn)生金屬蒸汽的地方。Ⅱ陽極斑點(diǎn)也有“粘著”和“跳躍”特性；Ⅲ陽極斑點(diǎn)有自動尋找純金屬而避開氧化膜的傾向。(大多數(shù)氧化物的熔點(diǎn)均高于純金屬)8、最小電壓原理：為什么空載電壓U0=70~90V比較高，而一旦燃燒，電弧電壓就會下降（U≈20~30V）？在電流不變和周圍條件一定的情況下，穩(wěn)定燃燒的電弧將自動選擇一個(gè)確定的導(dǎo)電斷面（其大小可用直徑來表示），以便在此條件下電弧的電場強(qiáng)度最低，亦即在固定長度上的電壓最小，確保電弧在此條件下單位長度上的能量損耗最小。電弧具有保持最小能量消耗的特性。單位長度電弧上產(chǎn)生的熱量等于IE（I—電弧電流，E—電弧電場強(qiáng)度），它與熱消耗的能量相平衡。當(dāng)電流一定時(shí)，電場強(qiáng)度的大小即代表了電弧產(chǎn)熱量的大小，因此，能量消耗最小時(shí)的電場強(qiáng)度最低，就是在固定弧長上的電壓最小，這就是最小電壓原理。正是這一原理（特性），使得電弧在一定條件下有一確定的斷面直徑，否則，電弧就無法處于穩(wěn)定燃燒的動平衡狀態(tài)。

9、電弧的靜特性：9.1定義：在電極材料、氣體介質(zhì)和弧長一定的情況下，電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，焊接電流與焊接電壓之間的變化關(guān)系，叫做電弧的靜特性，也稱為伏—安特性；表示這種特性的曲線叫做靜特性曲線，簡稱“U”曲線；如圖P26圖1-17所示；有三個(gè)區(qū)域：A區(qū)：當(dāng)電流很小時(shí)，電弧呈負(fù)阻特性，I↗→U↘；B區(qū)：當(dāng)電流中等時(shí)，電弧呈平特性，I↗→U不變；C區(qū)：當(dāng)電流較大時(shí)，電弧呈上升特性，I↗→U↗；圖1－17電弧的靜特性9.2影響電弧靜特性的因素：內(nèi)因：①弧長的影響：其中UC：弧柱壓降；IC：弧柱電流，ρ：弧柱密度；s：弧柱的截面積；j：弧柱的電流密度；l：弧長；如圖P26圖1-18②電弧介質(zhì)的影響：Ⅰ氣體介質(zhì)的電離電壓；Ⅱ氣體介質(zhì)的熱物理性能：圖1－18電弧的長度對電弧靜特性的影響外因：①電弧周圍壓力的影響：P↗→U↗

②周圍溫度：T↘→U↗(冷卻作用增強(qiáng))思考題：什么是電離，什么是電子發(fā)射？什么是電離能和逸出功？電子發(fā)射、電離有什么區(qū)別？哪個(gè)需要的能量大？電離和電子發(fā)射各有哪些類型？如果陽極和陰極表面有氧化膜存在，那么陽極斑點(diǎn)和陰極斑點(diǎn)哪個(gè)穩(wěn)定？為什么？5.最小電壓原理？第二節(jié)焊接電弧的熱與力焊接電弧既是熱源又是力源，都是由電能轉(zhuǎn)變而來的。1、電弧熱：由于電弧三個(gè)部分的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)不同，所以三個(gè)部分的產(chǎn)熱機(jī)構(gòu)也不同。1.1弧柱區(qū)的熱:由兩種方式轉(zhuǎn)換而來：①復(fù)合產(chǎn)生；②碰撞產(chǎn)生的動能以熱能形式釋放；弧柱的熱量只有很少一部分通過輻射傳遞給焊材，大部分熱量以對流、傳導(dǎo)、輻射的形式損失了，其中，對流損失占80%，而傳導(dǎo)和輻射占10~20%；1.2陰極的熱：陰極的產(chǎn)熱公式：PK=I（UK-UW-UT）其中，PK：陰極區(qū)的總能量；UK：陰極壓降；UW：逸出電壓；

UT：弧柱溫度的等效電壓；PK主要用于：①加熱或熔化陰極；②散熱損失；1.3陽極區(qū)的熱：陽極產(chǎn)熱公式：PA=I（UA+UW+UT）其中，PA：陽極區(qū)的總熱量；UA：陽極壓降；PA一般用于陽極的加熱和熔化，或散失了；一般情況下，PA＞PK；2、電弧的有效功率和能量密度：2.1電弧的有效功率：電弧的總功率Q0：Q0=IU；電弧的有效功率Q：Q=ηIU這里η：電弧的有效功率系數(shù)，它與焊接方法、焊接規(guī)范及周圍條件有關(guān)，如書P29表1-9所示，埋弧焊的η=0.80~0.90，較大；弧焊方法η藥皮焊條手工焊0.65~0.85埋弧自動焊0.80~0.90CO2氣體保護(hù)焊0.75~0.90熔化極氬弧焊0.70~0.80鎢極氬弧焊0.65~0.70表1－9各種弧焊方法的熱效率系數(shù)2、電弧的溫度分布：如圖P30圖1-21所示；弧柱的溫度最高；一般情況下，陽極溫度高于陰極溫度；在弧柱中，總是靠近電極電弧直徑小的一端溫度高。影響電弧溫度主要因素：①I：I↗→T↗；②氣體介質(zhì)Ui：Ui↗→T↗；圖1-21

電弧溫度、電流密度和能量密度的軸向分布

溫度電流密度能量密度3、電弧力及影響電弧力的因素：電弧產(chǎn)生的機(jī)械作用力與焊縫的熔深、熔池的攪拌、熔滴過渡以及焊縫的成型有直接的關(guān)系。3.1電弧力：3.1.1電磁力：分為徑向力和軸向力；①徑向力（電磁收縮力）：我們知道：兩根距離不遠(yuǎn)的平行導(dǎo)線若電流同向，則兩線相互吸引；兩根距離不遠(yuǎn)的平行導(dǎo)線若電流反向，則兩線排斥，如圖1-22所示；電磁收縮效應(yīng)：認(rèn)為電弧為圓柱體，電流可以看成是許多相互平行的電流線組成，它們相互吸引，使導(dǎo)體斷面有收縮傾向，這種現(xiàn)象叫做電磁收縮效應(yīng)。由此而產(chǎn)生的力叫做電磁收縮力Fr；圖1-22兩平行導(dǎo)線之間的電磁力示意圖同向電流產(chǎn)生吸引力異向電流產(chǎn)生排斥力其中，K：系數(shù)而μ：介質(zhì)磁導(dǎo)率Fr：徑向合力圖1-23②軸向力：實(shí)際電弧形狀并不是圓柱體，而是斷面直徑變化的圓錐狀的氣態(tài)導(dǎo)體，錐頂在焊條一端，錐底在工件一端。軸向力（F推）：由于直徑不同，在焊接電弧軸向各處之間將引起壓力差，從而產(chǎn)生從焊條指向工件的推力。F推=其中，Rb：錐形弧柱的下底半徑；Ra：錐形弧柱的上底半徑；F推：方向始終是由小斷面指向大斷面，即指向工件；電磁力是由徑向力和軸向力合成而得的。Ft圖1－243.1.2等離子流力（P離）：在F推的作用下，使電弧中的高溫氣流（等離子流）高速沖向熔池表面而形成的氣流沖擊力。如書P33圖1-27說明：①又叫電弧的電磁動壓力；②方向始終是指向工件；（由小截面指向大截）③上下截面差越大，則等離子流力越大；④在電弧的中心線上等離子流力最大，并且電流越大，它就越大；圖1-27等離子流形成示意圖3.1.3斑點(diǎn)壓力：如書P34圖1-30所示；它包括三種力：①正離子與電子的撞擊力；其中，陽極接受電子的撞擊，陰極接受正離子的撞擊。②電磁收縮力：如圖1-31所示；③金屬蒸汽的反作用力：綜上所述：陰極斑點(diǎn)力大于陽極斑點(diǎn)力；陰極斑點(diǎn)圖1-30斑點(diǎn)壓力示意圖圖1－31斑點(diǎn)的電磁收縮力3.1.4爆破力：

有害的力，主要產(chǎn)生于短路時(shí)；如書P34圖1-32所示；3.1.5細(xì)熔滴的沖擊力：主要產(chǎn)生在MIG焊，熔滴較細(xì)，在焊絲末端脫落進(jìn)入電弧空間時(shí)，被等離子流力加速而高速向熔池過渡產(chǎn)生的沖擊力。它的加速度是重力加速度的50倍以上。以上五種力是主要的電弧力，除此之外，還有氣體吹送力、重力、表面張力等。3.2影響電弧力的因素：①氣體介質(zhì)：導(dǎo)熱性強(qiáng)、多原子氣體、比重小的氣體等均會使電弧收縮→電弧力增加；②電流與電壓：電流增加→電弧力增加；電壓增加→弧長增加→電弧力分散→電弧力減小；③焊絲直徑：越細(xì)→電流密度增加→電弧力增大；④極性：電極的機(jī)性對不同焊接方法的電弧力的影響不同⑤電極端頭的幾何形狀：越尖→導(dǎo)電區(qū)越小→電弧的收縮越大→電弧力增大；⑥電流的脈動：電流脈動→熱量間歇→電弧的平均能量小→電弧力減?。划?dāng)脈沖頻率越大，脈沖電流越小，則電弧力越小。但當(dāng)頻率大于幾千HZ時(shí)，會使電弧壓力增大；第三節(jié)磁場對電弧的作用1、自身磁場的作用：任何流通電流的導(dǎo)體都會在其周圍產(chǎn)生磁場；如圖1-42；作用：1.1有利的一面：產(chǎn)生剛直性：電弧作為一個(gè)柔體抵抗外界的干擾，力求保持焊接電流沿焊條軸線方向流動的性能；如圖1-43；產(chǎn)生剛直性的原因：自身磁場→Fr→剛直性；I越大→Fr越大→剛直性越強(qiáng)；電弧的剛直性越強(qiáng)，電弧的指向性就越好，抗外界干擾的能力也越強(qiáng)，即使焊炬傾斜，電弧仍能沿電極軸向指向工件，如圖所示。焊接電弧挺度示意圖a)垂直電弧b）傾斜電弧焊條焊條1.2不利的一面：產(chǎn)生磁偏吹；磁偏吹：當(dāng)某種原因使自身磁場的磁力線分布的均勻性受到破壞時(shí)產(chǎn)生，這種由自身磁場不對稱而使電弧偏離焊條軸線的現(xiàn)象叫做磁偏吹。偏吹到磁力線稀疏的地方；如圖所示；1.2.1產(chǎn)生磁偏吹的原因：

①導(dǎo)線的接線位置引起的磁偏吹：形成的磁偏吹使電弧遠(yuǎn)離接線一方。如果使焊條向右傾斜，如圖b所示，調(diào)整一下電弧作用兩側(cè)空間的大小，使兩側(cè)的磁力線趨向平衡，可減小磁偏吹的程度。如圖所示；b)a)②電弧附近的鐵磁物質(zhì)引起的磁偏吹：偏向鐵磁物質(zhì)；如圖所示；鐵磁物質(zhì)越大，距離越近，電弧的磁偏吹程度越大。圖1-41③在焊接時(shí)，當(dāng)焊接電弧走到鋼板的端部時(shí)，發(fā)生電弧向鋼板一側(cè)的磁偏吹現(xiàn)象；如圖1-42所示；電弧磁偏吹起因示意圖1.2.2交流電弧的磁偏吹：比直流電弧的磁偏吹顯著減弱。1.2.3磁偏吹的危害：使焊接過程不穩(wěn)定，焊接過程難以操作，焊縫成型不良；1.2.4減小磁偏吹的方法：①用交流代替直流②用短弧焊③對于長、大工件采用多線接地④焊前消除剩磁⑤用厚皮焊條代替薄皮焊條⑥避免周圍鐵磁物質(zhì)的影響思考題：1、焊接電弧的電磁收縮力、軸向電磁推力、等離子流力是怎樣形成的？2、分析焊接電弧的磁偏吹產(chǎn)生的原因和消除的方法？第二章焊絲的加熱熔化及熔滴過渡在熔化極電弧焊過程中，焊絲金屬在焊縫中占相當(dāng)大的份額（約30~80%），所以焊絲熔化的快、慢、多、少以及熔滴過渡狀態(tài)對電弧的穩(wěn)定性、焊接質(zhì)量及焊接生產(chǎn)率起重要作用；第一節(jié)焊絲的加熱與熔化1、焊絲的加熱與熔化特性：焊絲的熔化熱由兩部分組成：①電弧熱（陰極區(qū)和陽極區(qū)的熱）：占主要地位（占95~100%）；②電阻熱：1.1電弧熱：直流正接：焊絲接電源負(fù)極作為陰極；工件接電源正極作為陽極；直流反接：焊絲—陽極；工件—陰極；①直流正接：陰極熱量用于加熱、熔化焊絲：PK=I（UK-UT-UW）=Ium；其中Um為焊絲熔化的等效電壓；②直流反接：陽極熱量用于加熱、熔化焊絲：PA=I（UA+UT+UW）=Ium；當(dāng)弧柱溫度為6000K時(shí)，則UT＜1V；當(dāng)電流密度較大，則UA≈0；以上兩式可以簡化為：PK’=I（UK-UW）；PA’=IUW；結(jié)論：當(dāng)反接時(shí)，PA’=IUW，熱量主要取決于I和UW，當(dāng)它們一定時(shí)，則焊絲的加熱與熔化情況是固定的；當(dāng)正接時(shí)，PK’=I（UK-UW），而UK受很多因素的影響而變化，所以此時(shí)焊絲的加熱與熔化情況是變化的；在熔化極氣保焊中，冷陰極居多，所以UK遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于UW，所以PK’遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于PA’，即陰極的熱大于陽極的熱，在散熱條件相同的情況下，直流正接比直流反接焊絲熔化的快；當(dāng)ρ較大時(shí)（如：鋼、鈦），并且細(xì)絲、大電流時(shí)，電阻熱不可忽略；1.2電阻熱：如下圖所示：所以，綜上所述：用于加熱、熔化焊絲的總熱量為：Pm=Ium+I2RS2、焊絲熔化參數(shù)：

2.1熔化系數(shù)αm：單位電流、單位時(shí)間內(nèi)焊（焊絲）熔化量；

單位：[g/A.h]；一般常用焊條的αm為8~13；2.2熔敷系數(shù)αf：單位電流、單位時(shí)間內(nèi)，焊絲（焊芯）熔敷在焊縫上的金屬量。它標(biāo)志著焊接過程的生產(chǎn)率；

單位：[g/A.h]；一般常用焊條的αf為7~12；與熔化系數(shù)的關(guān)系：αf＜

αm；2.3飛濺率：焊絲（焊芯）在熔敷過程中，因飛濺損失的金屬重量與熔化的焊絲（焊芯）金屬重量的百分比ψ：2.4熔敷效率：熔敷金屬量與熔化的填充金屬量的百分比；熔敷效率=在焊條中加入30%以上的鐵粉，鐵粉在焊接時(shí)熔化并過渡到焊縫中去，增加了熔敷金屬量，所以熔敷效率增大；普通焊條的熔敷效率為90%左右，加入鐵粉后可達(dá)130%左右；第二節(jié)

熔滴的受力分析及過渡形式

1、熔滴上的作用力：在電弧熱的作用下，焊絲或焊條端頭的熔化金屬形成熔滴，在各種力的作用下向母材過渡；1.1表面張力：在焊條端頭上保持熔滴的主要作用力，用Fσ表示；如圖2-7所示；Fσ=2πRσ；其中：R：焊絲半徑；σ：表面張力系數(shù)，它與材料的成分、溫度、氣體介質(zhì)等因素有關(guān)；當(dāng)金屬表面有活性物質(zhì)時(shí)（O、S等），則σ↓當(dāng)T↑則σ↓；1.2重力：方向：始終向下；用Fg表示；如圖所示平焊位置時(shí)，重力促進(jìn)熔滴過渡；立、仰、橫焊時(shí)，重力阻礙熔滴過渡；當(dāng)焊絲較粗，電流較小時(shí)，則以上兩個(gè)力在熔滴過渡過程中起主要作用；假設(shè)：熔滴為球形，則：Fg=mg=4/3πr3ρg：其中：r：熔滴半徑；ρ：熔滴密度；m：熔滴質(zhì)量；g：重力加速度；當(dāng)平焊時(shí)，F(xiàn)g＞

Fσ時(shí)，熔滴就開始脫離焊絲；所以熔滴脫離之際r為多少？Fg=Fσ→2πRσ=4/3πr3ρg；所以：則，σ/ρ↓→r↓；熔滴越細(xì)；1.3電磁力：當(dāng)電流增大時(shí)，電磁力是影響熔滴過渡的主要的力；1.3.1軸向力:如圖2-9所示；分部位加以分析：在焊絲與熔滴連接的縮頸處：（所形成的軸向力F推1表示）如圖所示2力；F推1=其中，dD為熔滴直徑；dS為焊絲直徑；F推1方向：始終由小截面指向大截面，在此處為向下，它是促進(jìn)熔滴過渡的力；在熔滴與弧柱之間：（所形成的軸向力F推2表示）；如圖2-9所示；

F推2=其中，dG為弧根面積的直徑；當(dāng)dG＜dD時(shí)，F(xiàn)推2的方向由弧根指向熔滴，方向向上，則阻礙熔滴過渡；如圖中力4所示；當(dāng)dG＞dD時(shí)，F(xiàn)推2的方向由熔滴指向弧根，方向向下，則促進(jìn)熔滴過渡；1.3.2徑向力Fr:在焊絲端頭剪斷熔滴，促進(jìn)熔滴過渡；如圖2-9中Fcj力；1.4等離子流力：強(qiáng)烈的促使熔滴脫離焊絲端頭，并對已脫離焊絲處于電弧空間的熔滴進(jìn)行加速；電流↑、焊絲直徑↓→等離子流力↑；等離子流力不受焊接位置的影響，永遠(yuǎn)促進(jìn)熔滴過渡；1.5斑點(diǎn)壓力：①離子的撞擊力；②金屬蒸汽的反作用力；這兩個(gè)力的方向是指向斑點(diǎn)的，所以阻礙熔滴過渡；③電磁收縮力：當(dāng)斑點(diǎn)面積較小，小于熔滴直徑，那么它的方向指向熔滴，所以阻礙熔滴過渡；當(dāng)斑點(diǎn)面積較大時(shí)，大于熔滴直徑，那么它的方向指向斑點(diǎn)，故促進(jìn)熔滴過渡；綜合考慮以上三個(gè)力：斑點(diǎn)壓力總的來說是阻礙熔滴過渡；1.6氣體吹送力:氣體總是由焊絲沖向工件,所以此力是促進(jìn)熔滴過渡的;1.7爆破力:主要造成飛濺,破壞熔滴過渡的軸向性,它是無方向的,是有害的力;思考題：1.平焊位置，熔滴直徑大于焊絲直徑，弧根直徑大于焊絲直徑，分析熔滴過渡所收到的力？（畫圖說明）2、熔滴過渡的主要形式及其特點(diǎn)：

熔滴過渡：熔焊時(shí)，在焊條（焊絲）端頭形成熔滴通過電弧空間向熔池轉(zhuǎn)移的過程；按照熔滴過渡的形態(tài)可將其分為：自由過渡、接觸過渡、渣壁過渡；2.1自由過渡：熔滴經(jīng)電弧空間自由飛行，焊絲端頭與熔池之間不發(fā)生直接的接觸；自由過渡又可分為：滴狀（顆粒狀）過渡、噴射過渡、爆炸過渡；2.1.1滴狀過渡:熔滴直徑≥焊絲直徑，熔滴體積大，數(shù)量少；根據(jù)熔滴的大小，又可分為大滴過渡和細(xì)顆粒過渡；①大滴過渡：特點(diǎn)：熔滴直徑>焊絲直徑，熔滴體積大，數(shù)量少；條件：高電壓、小電流A）大滴滴落過渡：如在Ar氣介質(zhì)中，由于E較小，所以弧根擴(kuò)展，在熔滴下部分布是對稱的，從而形成大滴滴落過渡；如圖所示；大滴滴過渡過程示意圖B）大滴排斥過渡：如在CO2介質(zhì)中，由于CO2高溫分解吸熱，造成電弧收縮，從而使斑點(diǎn)壓力增加，阻礙熔滴過渡，同時(shí)在此力的作用下，不但顆粒大，而且往往上擾，形成大滴排斥過渡，同時(shí)造成飛濺和電弧不穩(wěn)；

大滴排斥過渡②細(xì)顆粒過渡：條件：高電壓、當(dāng)電流增大時(shí)（CO2焊）；特點(diǎn)：熔滴較細(xì)（熔滴尺寸一般也大于熔滴的直徑，過渡頻率較高，電弧較穩(wěn)定，飛濺少；如圖所示；細(xì)顆粒過渡2.1.2噴射過渡：特點(diǎn)：熔滴直徑小于焊絲直徑，體積小，數(shù)量多；它又包括噴滴型、射流型、旋轉(zhuǎn)射流型；①射流過渡：射流過渡形成條件與過程：條件：在Ar或富Ar的保護(hù)氣氛中，直流反接，電流大于臨界電流值；從過程中來解釋條件：如圖P54圖2－18；Ⅰ當(dāng)電流較小時(shí)，為大顆粒過渡，斑點(diǎn)在熔滴底部，如圖a所示；Ⅱ當(dāng)電流增大，則斑點(diǎn)的尺寸增大，可以擴(kuò)展到熔滴的上部，即a點(diǎn)，此時(shí)熔滴被拉成細(xì)頸，如圖b所示，在細(xì)頸處具備了形成陽極斑點(diǎn)的條件，即b點(diǎn)，根據(jù)最小電壓原理，電弧就跳到b點(diǎn)，形成c圖；跳弧現(xiàn)象：電弧的陽極斑點(diǎn)瞬時(shí)從熔滴的上部跳到縮頸根部的現(xiàn)象；臨界電流：發(fā)生跳弧現(xiàn)象的最小電流值，用I臨表示；Ⅲ當(dāng)?shù)谝粋€(gè)較大的熔滴脫落后，電弧呈現(xiàn)圖d狀態(tài)，即在焊絲端部呈“筆尖”形，在各種電弧力的作用下，尖端細(xì)小的熔滴不斷的快速進(jìn)入熔池，從而形成射流過渡；為什么在Ar或富Ar的保護(hù)氣氛中，直流反接，電流大于臨界電流值這三個(gè)條件下才會發(fā)生射流過渡？1.在Ar或富Ar的保護(hù)氣氛中是由于此種保護(hù)氣氛的電場強(qiáng)度低，電弧容易擴(kuò)展，容易產(chǎn)生跳弧現(xiàn)象。2.直流反接：焊絲接電源正極，在焊絲端部產(chǎn)生陽極斑點(diǎn)，斑點(diǎn)壓力小，容易產(chǎn)生跳弧現(xiàn)象。3.電流大于臨界電流值：必要條件，電流大于臨界電流值時(shí)，才產(chǎn)生跳弧現(xiàn)象。C)射流過渡的特點(diǎn)：焊絲端部呈“筆尖”形，熔滴細(xì)小，過渡頻率可達(dá)500次/秒，沿軸向過渡；如圖所示：射流過渡②射滴型：熔滴的直徑接近焊絲直徑，沿軸向過渡，加速度大于重力加速度。如圖所示：③旋轉(zhuǎn)射流：當(dāng)電弧的電流很大，或干伸長過長，會使熔滴液柱旋轉(zhuǎn)，引起飛濺，成型不良；如圖所示：射滴型

旋轉(zhuǎn)射流型

2.2、接觸過渡：熔滴與熔池接觸后，才脫離焊絲端部的過渡形式：2.2.1短路過渡：形成條件：低電壓（弧長?。┮?yàn)殡妷盒。曰￠L短，熔滴未來的及與焊絲脫離就與熔池短路接觸，由于強(qiáng)烈的過熱和磁收縮作用使熔滴破斷，直接向熔池過渡的形式；如圖所示；短路過渡A)短路過渡的過程：如圖2-11所示：短路液柱在Fr和Fσ作用下，很快形成短路小橋，然后拉斷它，之后再引燃電弧；所以短路過渡的過程為：熔滴的形成和長大－短路－小橋破斷－再引燃；周而復(fù)始，頻率可達(dá)50~100次／秒；C)短路過渡過程中的熱與力：伴隨著“燃?。ɑ　钡慕惶孢M(jìn)行，電弧熱也有一定的變化規(guī)律：短路階段（熄?。瓋H有電阻熱（熔池溫度下降，相當(dāng)于冷卻）；燃弧階段（燃?。饕请娀幔ㄈ鄢販囟壬仙喈?dāng)于加熱）；所以：短路過渡是“加熱－冷卻”交替進(jìn)行，周而復(fù)始；為此，短路過渡適于薄板和全位置焊接；D)短路過渡的電流與電壓的波形圖：如圖2-29所示：⑴為引燃的瞬間，所對應(yīng)的I=Imax;⑵為電弧燃燒，析出熱量，形成熔滴，I↓;⑶熔滴長大，電流進(jìn)一步減??；⑷隨著熔滴的長大，電流減小，從而使V熔↓；所以有V熔＜V送，造成短路，此時(shí)I=Imin,電壓急劇下降；⑸I短↑→形成短路液柱；⑹隨著I短↑→電弧力↑→形成短路小橋；⑺當(dāng)I短=Imax，小橋斷開，電壓升至空載電壓，電弧又引燃；

t1~燃弧時(shí)間t2~短路時(shí)間t3~拉斷熔滴后的電壓恢復(fù)時(shí)間T~短路周期T=t1+t2+t3Imax~最大電流，也稱短路峰值電流Imin~最小電流Ia~平均焊接電流Ua~平均焊接電壓2.2.2搭橋過渡：當(dāng)TIG焊時(shí)，W極作為電極，焊絲作為填充材料，所以焊絲與工件之間不引燃電弧，我們將此時(shí)的接觸過渡叫做搭橋過渡；如圖所示；搭橋過渡2.3、渣壁過渡：埋弧焊或手工電弧焊，熔化金屬沿著熔渣的內(nèi)壁或沿焊條藥皮的內(nèi)壁的過渡形式；2.3.1沿熔渣殼過渡：2.3.2沿藥皮的內(nèi)壁過渡：沿熔渣殼過渡沿藥皮的內(nèi)壁過渡表2-2熔滴過渡分類及其形態(tài)特征表2-2（承上）3、熔滴過渡的飛濺及其影響因素：3.1短路過渡飛濺的特點(diǎn)：如圖2-37所示；A)短路小橋爆斷引起的飛濺：由Imax決定；當(dāng)I較小時(shí)，減小Imax，可以減小飛濺率，如圖a所示；當(dāng)I中等時(shí)，小橋的位置對飛濺的影響很大；縮頸出現(xiàn)在焊絲與熔滴之間：飛濺小，增大L可以保證此種情況，如圖b所示；縮頸出現(xiàn)在熔滴與熔池之間：飛濺大，L小會出現(xiàn)此種情況；如圖c所示；B)固體短路爆斷而引起的飛濺：送絲速度較大、電壓較小、電感過大時(shí)容易產(chǎn)生；如圖d所示；C)熔池金屬受猛烈沖擊而形成的飛濺：如圖e所示；D)大電流焊接時(shí)短路，飛濺較大，如圖ｆ所示；細(xì)絲小電流時(shí)中等電流大電感時(shí)中等電流小電感時(shí)固態(tài)短路時(shí)潛弧焊短路時(shí)f)大電流焊接短路3.2顆粒狀過渡飛濺的特點(diǎn)：如圖2-39所示；A)當(dāng)用CO2、CO2+O2、CO2＋Ar（CO2的含量應(yīng)大于30%），小電流高電壓時(shí)，會出現(xiàn)熔滴上撓現(xiàn)象，如圖a所示；；B)當(dāng)電流再增加時(shí)，形成細(xì)顆粒過渡，此時(shí)飛濺小，但在焊絲與熔滴之間，有時(shí)也會產(chǎn)生瞬時(shí)縮頸，縮頸因過熱而爆斷，形成細(xì)小的飛濺；如圖b所示；C)在細(xì)顆粒過渡時(shí)，當(dāng)焊絲的含碳量較大或焊絲、工件清理不良時(shí)，在熔化的金屬內(nèi)部會形成大量的氣體（CO2、CO），聚集到一定程度而爆炸形成細(xì)小的飛濺；如圖c所示；在大顆粒過渡時(shí)，熔滴內(nèi)氣體膨脹而引起爆炸，從而造成較大的飛濺；如圖d所示；a)斑點(diǎn)力使熔滴上撓造成的飛濺b)細(xì)頸處通過大電流時(shí)c)氣體析出時(shí)d)熔滴內(nèi)氣體膨脹時(shí)e)熔滴在電弧空間形成串聯(lián)電弧時(shí)3.3射流過渡飛濺的特點(diǎn)：在正常情況下，飛濺率非常小，僅為1%左右；在非正常情況下，發(fā)生旋轉(zhuǎn)射流時(shí)，飛濺極大；如圖所示；4、熔滴過渡的控制：對于薄板、全位置焊接，一般采用熔化極氬弧焊的噴射過渡，怎樣在較小的焊接電流下（對于薄板不至于焊穿，對于全位置不至于流淌）可達(dá)到噴射過渡呢？采用熔化極脈沖氬弧焊；如圖2-43所示；焊接電流以一定的頻率變化，可控制焊絲的熔化和熔滴過渡，在較小的電流下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的射流過渡，只要Imax＞I臨，而I平＜I臨即可；思考題：什么情況下PK＜PA?什么情況下PK＞PA？分析其原因？什么是熔化系數(shù)？其影響因素是什么？相同的焊接規(guī)范下粗絲和細(xì)絲哪個(gè)熔化速度快？哪個(gè)熔化系數(shù)大？哪個(gè)熔滴細(xì)？分析手工電弧焊在仰焊位置時(shí)，焊絲直徑小于熔滴直徑，弧根直徑小于熔滴直徑，熔滴過渡所受到的力（即促進(jìn)熔滴過渡和阻礙熔滴過渡的力）？常見的熔滴過渡形式有哪幾種，舉例說明哪種工藝常用哪幾種形式的熔滴過渡？第三章母材的熔化與焊縫的成形第一節(jié)母材的熔化與焊縫的成形1、母材的熔化和熱輸入：1.1母材：被焊的材料（工件、焊件）；在熔化焊時(shí)，組成焊縫的熔化金屬有兩部分組成：ⅰ由焊絲熔化而得的熔化金屬（有時(shí)沒有此部分）ⅱ由母材熔化而得的熔化金屬；以上兩部分熔化金屬混合在一起組成熔池，冷卻以后形成焊縫；熔池不斷的移動和更新，不斷的冷卻形成焊縫，所以要獲得一條形狀和尺寸均完好的焊縫，就要保證熔池的形狀和尺寸不變。而熔池的形狀、尺寸和運(yùn)動又與母材的熔化有關(guān)；1.2母材的熔化熱：主要是電弧熱：直流正接：用于加熱母材的熱為PA；直流反接：用于加熱母材的熱為PK；用直流電焊接時(shí)，一般可用以下公式計(jì)算母材的熱輸入：q=0.24ηIUη:熱效率系數(shù)埋弧焊的η最高：η＝0.8~0.9;1.3熔池的形狀：電弧正下方熔化的液態(tài)熔池金屬在電弧力（電磁收縮力、等離子流力等）、熔滴沖擊力的作用下，克服重力和表面張力被推向電弧移動的后方，并在電弧力、重力和表面張力等共同作用下保持有一定的液面差，形成了具有一定形狀和尺寸的熔池，如圖所示。1.4熔池的溫度：母材過熱熔化形成熔池；一般熔池的溫度比熔滴低200℃左右，但比母材的熔點(diǎn)高；例如：鋼的熔池的溫度為1700~2100℃;（過熱200～600℃）鋁的熔池的溫度為900~1200℃;（過熱250～550℃）熔池的溫度分布不均勻，如圖所示。根據(jù)溫度分布情況，可把熔池分為兩部分：頭部和尾部。

熔池形狀示意圖

1-電弧2-液體金屬3-已凝固的焊縫金屬H-熔池深度B-熔池寬度L-熔池長度h-余高熔池內(nèi)沿焊縫縱向軸線上的溫度分布示意圖1-熔池頭部2-熔池尾部2、焊縫的主要尺寸和形狀系數(shù)：2.1主要尺寸：如圖3-1所示熔深（H）：在焊縫橫截面中，從焊趾連線到焊縫背面的距離；熔寬（B）：在焊縫表面兩焊趾之間的距離；余高（a）：焊縫表面焊趾連線上面那部分金屬的高度；焊趾：焊縫表面與母材交界處；2.2形狀系數(shù)：2.2.1成形系數(shù)（φ）：φ大：則焊縫寬而淺；

φ?。簞t焊縫深而窄；

一般要求φ＞1（B＞H）:

例如：手工電弧焊φ＝1~2；埋弧焊φ＞1.25；

堆焊φ可達(dá)到10;2.2.2焊縫的增高系數(shù)（τ）：余高存在的優(yōu)點(diǎn)：ⅰ避免熔池金屬收縮時(shí)形成缺陷；ⅱ可增大焊縫截面，提高承受靜載的能力；余高存在的缺點(diǎn)：在動載或交變載荷下，不能起加強(qiáng)作用，反而易于促使脆斷；一般τ

≥4~8;2.2.3焊縫的熔合比γ：熔焊中，被熔化的母材部分在焊縫金屬中所占的比例。（用面積代表質(zhì)量）Fm:母材熔化的橫截面積；FH:填充金屬的橫截面積；可用調(diào)整γ來改變焊縫的化學(xué)成分，從而調(diào)整接頭的性能；一般0≤γ≤1；γ=0.1~0.85

第二節(jié)焊縫成形的基本規(guī)律1、電弧能量參數(shù)對焊縫成形的影響：1.1焊接電流的影響：當(dāng)I↑→H↑、a↑、B基本不變；交流埋弧焊電流對焊縫尺寸的影響電弧電壓：36~38V焊絲直徑：5mm焊速：40m/h1.2焊接電壓的影響：當(dāng)U↑→B↑、H↓、a↓;所以，為了得到合適的焊縫成形，通常在增加焊接電流的同時(shí)，也適當(dāng)增加焊接電壓，使H、B、a改變均勻；

交流埋弧焊電壓對焊縫尺寸的影響電弧電流800A焊絲φ5mm焊速40m/h

1.3焊接速度V焊：V焊↑→qm/v↓（焊接線能量）→H↓、B↓、a↓；V焊↑→焊接生產(chǎn)率提高；所以，焊接速度的選擇應(yīng)考慮以上兩個(gè)方面的因素綜合考慮；交流埋弧焊焊速對焊縫尺寸的影響2、其它工藝條件的影響：（I、U、V焊基本不變的情況下）2.1焊絲直徑ds：ds↓→H↑、a↑、B↓;2.2焊絲干伸長L干：L干↑→a↑；（當(dāng)ρ較大、S較小、L干較大時(shí)，此種影響就越大）2.3電極（焊絲）的傾角：2.3.1前傾：如圖所示；前傾會使H↓、B↑、a↓，并且前傾角度越小，這一影響越明顯；2.3.2后傾：如圖3-18a所示；后傾與前傾的情況相反，它使H↑、B↓、a↑；電極傾角對焊縫成形的影響a)前傾b)后傾c)傾角影響2.4工件的傾角：2.4.1上坡焊：如圖所示；重力有助于熔池金屬向尾部排，所以H↑、B↓、a↑；上坡焊的傾角α＞6°~12°時(shí)，易產(chǎn)生咬邊；2.4.2下坡焊：如圖所示；它使H↓、B↑、a↓，α過大時(shí)，則熔深不足，焊縫流溢；2.5坡口和間隙：當(dāng)坡口、間隙的尺寸增大時(shí)→a↓、γ↓；可以用此方法控制a、調(diào)整熔合比，從而控制性能；坡口和間隙對焊縫成形的影響第四節(jié)焊縫成形的缺陷及產(chǎn)生原因焊縫成形缺陷常見的有：未焊透、未熔合、燒穿、咬邊、焊瘤等；1.未焊透：熔焊時(shí)，接頭根部未完全焊透的現(xiàn)象。原因：①焊接電流小；②焊速過高；③坡口尺寸不合適；④焊絲未對準(zhǔn)焊縫中心；2.未熔合：熔焊時(shí)，焊道與母材之間或焊道與焊道之間，未能完全熔化結(jié)合的部分叫做未熔合；原因：熔池金屬在電弧力的作用下被排向尾部而形成溝槽，溝槽處容易產(chǎn)生未熔合；3.燒穿：熔焊時(shí)，熔化金屬自焊縫背面流出，形成穿孔的現(xiàn)象叫做燒穿；原因：①焊接電流過大；②焊速過?。虎坶g隙、坡口尺寸過大；4.咬邊：熔焊時(shí)，在沿著焊趾的母材部位，燒熔形成凹陷或溝槽的現(xiàn)象叫做咬邊；原因：大電流、高速焊時(shí)比較容易出現(xiàn)咬邊；5.焊瘤：熔焊時(shí)，熔化金屬流淌到焊縫以外未熔化的母材上形成金屬瘤的現(xiàn)象叫做焊瘤，也叫做滿溢；原因：①填充金屬過多；②焊速過低；③間隙、坡口尺寸?。虎茈妷哼^小或焊絲伸出長度過大；此外，還有凹坑、塌陷等缺陷；凹坑：焊后在焊縫表面或背面形成的低于母材表面的局部低洼部分；塌陷：單面熔化焊時(shí)，由于焊接工藝不當(dāng)，造成焊縫金屬過量透過背面，使焊縫正面塌陷，背面凸起的現(xiàn)象叫做塌陷；第五節(jié)焊縫成形的控制主要考慮平面內(nèi)直縫的焊接：1、平焊：主要考慮保證根部的完全焊透，為此可以采用雙面焊、單面多道焊、單面焊雙面成形；單面焊雙面成形：A)自由成形：靠表面張力與重力、電弧力相平衡達(dá)到雙面成形，此時(shí)所焊的板厚是有限的；B)襯墊承托的強(qiáng)制成形：適用于厚板；2、立焊、橫焊：可以自由成形、也可以強(qiáng)制成形；例如：立焊的強(qiáng)制成形：如圖所示；3.曲面焊縫的焊接：最常見的是環(huán)形焊縫的焊接，如：筒節(jié)與筒節(jié)或筒節(jié)與封頭之間的環(huán)縫的焊接；3.1焊頭固定：工件轉(zhuǎn)動、焊頭固定的條件下焊接；為保證熔池始終位于接近水平位置，焊絲應(yīng)逆工件旋轉(zhuǎn)方向偏移一段距離，如圖所示；3.2全位置焊接：工件固定、焊槍繞工件轉(zhuǎn)動進(jìn)行全位置焊接；一般采用小電流、細(xì)焊絲、多層焊，并且隨時(shí)改變焊條或焊槍的角度、運(yùn)條方法及焊接線能量參數(shù)來控制焊縫成形；先內(nèi)后外，內(nèi)爬外溜

環(huán)縫焊接時(shí)的焊絲位置思考題：什么是熔合比？熔合比的大小對焊縫質(zhì)量有何影響？試舉例說明在生產(chǎn)實(shí)踐中采用什么方法調(diào)節(jié)熔合比的大??？焊接電流、焊接電壓、焊接速度各對焊縫成型有什么影響？為什么？其影響規(guī)律如何？什么是上坡焊、下坡焊？各對焊縫成型有何影響？為什么？補(bǔ)充內(nèi)容：常用的焊接名詞術(shù)語；

1.一般術(shù)語：1.1坡口：根據(jù)設(shè)計(jì)或工藝需要，在焊件的待焊部位加工的一定幾何形狀的溝槽；1.2鈍邊：焊件開坡口時(shí)，沿焊件厚度方向未開坡口的端面部分；1.3焊接接頭：用焊接方法連接的接頭，包括：焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)；1.4熱影響區(qū)：焊接或切割過程中，材料因受熱的影響（但未熔化）而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域；1.5熔合區(qū)：焊接接頭中，焊縫向熱影響區(qū)過渡的區(qū)域；1.6焊腳：角焊縫的橫截面積中，從一個(gè)焊件上的焊趾到另一個(gè)焊件表面的最小距離；1.7預(yù)熱：焊接開始前，對焊件的全部（或局部）進(jìn)行加熱的工藝措施；1.8后熱：焊接后立即對焊件的全部（或局部）進(jìn)行加熱或保溫，使其緩冷的工藝措施。它不等于焊后熱處理；1.9焊后熱處理：焊后，為改善焊接接頭的組織和性能或消除殘余應(yīng)力而進(jìn)行的熱處理；2.熔焊名詞術(shù)語：2.1熔池：熔焊時(shí)，在焊接熱源的作用下，焊件上所形成的具有一定幾何形狀的液態(tài)金屬部分；2.2弧坑：弧焊時(shí)，由于斷弧或收弧不當(dāng)，在焊道末端形成的低洼部分。2.3焊道：每次熔敷所形成的一條單道焊縫。2.4焊層：多層焊時(shí)的每一個(gè)分層。每個(gè)分層可由一條焊道或幾條并排相搭的焊道所組成。2.5焊接位置：熔焊時(shí)焊件接縫所處的空間位置，有平焊、橫焊、立焊和仰焊等位置。2.6窄間隙焊：厚板對接接頭，焊前不開坡口或只開小角度坡口，并留有窄而深的間隙，采用氣體保護(hù)焊或埋弧焊的多層焊完成整條焊縫的高效率焊接方法。3.焊接缺陷術(shù)語：3.1夾渣：焊后殘留在焊縫中的熔渣。3.2夾雜物：由于焊接冶金反應(yīng)產(chǎn)生的，焊后殘留在焊縫金屬中的非金屬雜質(zhì)（如氧化物、硫化物）。3.3熱裂紋：焊接過程中，焊縫和熱影響區(qū)的金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)產(chǎn)生的焊接裂紋。3.4冷裂紋：焊接接頭冷卻到較低溫度下（對鋼來說在Ms點(diǎn)以下）時(shí)產(chǎn)生的焊接裂紋。第四章手工電弧焊1、手工電弧焊(shieldedmetalarcwelding-SMAW)：用人手操作焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法，如圖所示；焊條：藥皮＋金屬芯；藥皮的作用：①保護(hù)焊接區(qū)（氣、渣聯(lián)合保護(hù)）；②如焊條藥皮添加金屬粉，可向焊縫提供附加填充金屬；金屬芯的作用：①充當(dāng)電極；②熔化，構(gòu)成焊縫的填充金屬；1.1手工電弧焊的特點(diǎn)：①操作靈活；場地、焊接位置、焊接接頭、對輔助設(shè)備的要求②待焊接頭裝配要求低；③可焊金屬材料廣；廣泛應(yīng)用于低碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接；④熔敷速度低；⑤對焊工的依賴性強(qiáng)；1.2手工電弧焊基礎(chǔ)：1.2.1手工電弧焊原理：如圖所示：51.2.2電弧的建立條件：①合適的空載電壓；空載電壓高有利于引燃電弧和穩(wěn)弧，但從安全和經(jīng)濟(jì)考慮，又希望其低一些；交流焊接變壓器U0≤80V弧焊整流器U0≤90V直流弧焊發(fā)電機(jī)U0≤100V（單頭）②短路：焊接電弧的引燃方法有接觸式引弧和非接觸式引弧兩大類；手工焊的引弧手勢通常為點(diǎn)拉式和劃擦式；③導(dǎo)電粒子：為了易于產(chǎn)生和維持電弧空間的導(dǎo)電粒子，在焊條藥皮中加入易于電離的堿金屬、堿土金屬元素及其化合物；2、手工電弧焊焊條：2.1概述：焊條的直徑指焊條芯棒的直徑：φ1.6、φ2.0、φ2.5、φ3.2、φ4.0、φ5.0、φ5.8mm等7種規(guī)格；焊條的長度通常在150～450mm范圍內(nèi)；焊芯用鋼：嚴(yán)格控制S、P和C的含量，以提高焊縫金屬的塑性、韌性和焊接性；藥皮：由各種氧化物、碳酸鹽、氟化物、硅酸鹽、鐵合金、金屬粉末及有機(jī)物組成；分別起著造氣、造渣、脫氧、合金化、穩(wěn)弧、成形等作用；2.2焊條的分類：a)按藥皮主要成分分類：如：氧化鈦型、纖維素型、低氫型等；如：纖維素型：藥皮中含有15％以上的有機(jī)物，30％左右的氧化鈦，焊接工藝性較好，電弧穩(wěn)定，熔深大，熔渣少，脫渣容易；b)按熔渣酸堿性分類：酸性焊條和堿性焊條；

焊條藥皮以酸性氧化物為主要成分，則為酸性焊條，如：鈦鈣型焊條；

焊條藥皮為堿性氧化物為主要成分，則為堿性焊條，（一般采用直流電源）如：低氫焊條；c)按焊條的用途分類：如：結(jié)構(gòu)鋼焊條、鑄鐵焊條、堆焊焊條、鋁及鋁合金焊條等；d)按焊條性能分類：如：低塵低毒焊條、水下焊條；2.3焊條型號：

碳鋼焊條型號：根據(jù)GB5117-85規(guī)定，碳鋼焊條型號的編制方法為：字母“E”表示焊條，E后的前兩位數(shù)字表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的最小值，單位為kg/mm3，，第三位數(shù)字表示焊條的焊接位置，“1”和“0”表示焊條適用于全位置焊接，“2”表示焊條適用于平焊。“4”表示焊條適用于向下立焊。第三位和第四位數(shù)字組合時(shí)，表示電流的種類及藥皮類型；例如：焊條E4315表示：熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度的最小值為43kg/mm3，焊條適用于全位置焊接，焊條藥皮為低氫鈉型，可采用直流反接焊接；2.4常用焊條：2.4.1鈦鐵型焊條：含有20～40％鈦鐵，全位置操作性好，熔深大，熔敷金屬具有良好的力學(xué)性能；2.4.2纖維素型：藥皮中含有15％以上的有機(jī)物，30％左右的氧化鈦，焊接工藝性較好，電弧穩(wěn)定，熔深大，熔渣少，脫渣容易；廣泛用于鋼管的環(huán)縫焊接；2.4.3高氧化鐵型焊條：藥皮中以氧化鐵為主要成分，并含有氧化鎢錳礦、硅酸鹽等，用于大電流的角焊縫；2.4.4低氫型焊條：含有50％的碳酸鹽之外，還含有螢石等氟化物，具有焊接冷裂紋敏感性低的特點(diǎn)，焊縫金屬韌性好，廣泛用于低合金鋼、碳素鋼的重要結(jié)構(gòu)；2.4.5鈦鈣型焊條：含有15～35％金紅石（氧化鈦和SiO2），15～25％碳酸鈣，適用于全位置焊接；2.手工弧焊設(shè)備：

2.1手工電焊焊電源：從焊接工藝的角度考慮，要求電源具有陡降的伏安特性，合適的電流調(diào)節(jié)范圍；2.1.1弧焊變壓器：目前交流弧焊電源（弧焊變壓器）應(yīng)用的最為廣泛，用來將電網(wǎng)的交流電變成適宜于弧焊的交流電；2.1.2弧焊整流器：硅閘管式弧焊整流器；（成都電焊研究所ＺＸ５型）2.1.3弧焊逆變器：是90年代新型弧焊電源，是電子控制的嶄新方式。（交直流兩用）特點(diǎn)：損耗低、體積小、效率高、性能好等特點(diǎn)，具備電源外特性可調(diào)，適用于多種焊接方法，如：TIG、MAG、MIG、手工電弧焊等；分類：晶體管式弧焊逆變器、晶閘管式弧焊逆變器、場效應(yīng)管式弧焊逆變器（如：IGBT式弧焊逆變器）。2.2手工電弧焊的輔助設(shè)備：2.2.1電焊鉗：又稱焊把，有300Ａ、500Ａ兩種型號；2.2.2面罩和護(hù)目鏡：分為盾式和盔式兩種，如圖所示；2.2.3電焊條保溫筒：烘干溫度為150～400℃，保溫時(shí)間為1～2ｈ；2.2.4焊縫接頭尺寸檢測器：2.2.5清渣榔頭和鋼絲刷；2.2.6夾具和變位器：夾具用于定位，防止焊接變形；變位器用于將工件上的待焊縫置于更容易焊接的位置；3、手工電弧焊工藝：3.1焊接極性：根據(jù)焊條類型、所焊金屬材料及對熔深的要求：低氫型焊條焊接重要鋼結(jié)構(gòu)時(shí)：直流反接；氧化鈦鈣型藥皮焊條焊接時(shí)：交流；工件較厚時(shí)，為增大熔深：直流正接；焊接鑄鐵、有色金屬以及薄板時(shí)：直流反接；3.2焊條選用：3.2.1根據(jù)材料的力學(xué)性能和化學(xué)成分要求：a)對于普通結(jié)構(gòu)鋼，通常要求焊縫金屬與母材等強(qiáng)度，應(yīng)選用抗拉強(qiáng)度等于或稍高于母材的焊條；b)對于合金結(jié)構(gòu)鋼，通常也要求焊縫金屬的力學(xué)性能與母材金屬相同或相近；c)在被焊結(jié)構(gòu)剛性大，接頭應(yīng)力高、焊縫容易產(chǎn)生裂紋的不利情況下，可考慮選用比母材強(qiáng)度低一級的焊條；d)當(dāng)母材中碳及硫、磷等元素的含量偏高時(shí)，應(yīng)選用抗裂性能好的低氫焊條；3.2.2根據(jù)焊件的使用性能和工作條件要求：a)對承受動載荷和沖擊載荷的焊件，應(yīng)選用塑性和韌性指標(biāo)較高的低氫焊條；b)接觸腐蝕介質(zhì)的焊件，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)及腐蝕特征，選用相應(yīng)的不銹鋼焊條或其他耐腐蝕焊條；c)在高溫或低溫條件下工作的焊件，應(yīng)選用相應(yīng)的耐熱鋼或低溫鋼焊條；3.2.3根據(jù)焊件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力狀態(tài)：a)對結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、剛性大及大厚度焊件，由于焊接過程中應(yīng)力較大，應(yīng)選用抗裂性能好的低氫焊條；b)對焊件部位難以清理的焊件，應(yīng)選用對鐵銹、氧化皮、油污不敏感的氧化性較強(qiáng)的酸性焊條；c)對受條件限制不能翻轉(zhuǎn)的焊件，應(yīng)選用全位置焊條；3.2.4根據(jù)施工條件及設(shè)備：在狹小或通風(fēng)條件差的場合，選用酸性焊條或低塵焊條；3.2.5根據(jù)操作性能：在滿足產(chǎn)品性能要求的條件下，盡量選用工藝性能好的酸性焊條；3.3焊條直徑：取決于焊件的厚度、焊件位置、接頭形式、焊道層次等因素；3.3.1焊件的厚度：越大→焊條直徑越大，焊接電流也相應(yīng)增大；3.3.2焊接位置：平焊時(shí)，焊條直徑大；立焊、橫焊和仰焊選用直徑小的焊條；3.4焊接電流：取決于焊條類型、焊條直徑、焊接厚度、接頭形式、焊縫位置及焊道層次等因素：3.4.1焊條直徑：直徑大→電流也大；3.4.2焊接位置：立焊、橫焊、仰焊時(shí)，焊接電流應(yīng)比平焊時(shí)小10~20%；3.4.3合金鋼和不銹鋼焊條，由于焊芯的電阻大、熱膨脹系數(shù)高，若電流過大，焊接過程中焊條容易發(fā)紅，造成焊條藥皮脫落，所以焊接電流應(yīng)相應(yīng)減??；實(shí)踐證明：對于某種特定型號和規(guī)格的焊條，可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)選擇焊接電流，以適應(yīng)不同接頭和位置的需要；3.5電弧長度：合適的電弧長度是獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的基本條件；電弧過長，電弧的剛性不足，飄忽不定，熔滴過渡時(shí)容易產(chǎn)生飛濺，保護(hù)不良，容易造成氣孔。電弧過短，電弧不穩(wěn)定，熔滴金屬向熔池過渡時(shí)容易產(chǎn)生熄弧現(xiàn)象。主要隨焊接電流和焊接位置的變化而改變：3.5.1焊接電流增大，電弧長度也增大；3.5.2焊接位置：平焊時(shí)，較易控制，通過拉長或壓短電弧來獲得所需要的熔深；立焊、仰焊時(shí)，通過弧長的控制來建立合適的熔池尺寸和保持熔池沿焊接方向上的均衡運(yùn)動。3.5.3發(fā)生磁偏吹時(shí)，應(yīng)盡可能的減小電弧長度；3.6焊接線能量：焊接低合金高強(qiáng)鋼、合金鋼等熱敏感材料時(shí)，通常要嚴(yán)格控制焊縫的熱輸入：焊接線能量：單位焊縫長度上的熱輸入，用Q表示；Q=ηUI/v,單位[J/cm];η－熱效率系數(shù)；v－焊接速度；3.7焊接順序：通常遵循以下原則：3.7.1盡可能允許焊縫自由收縮；如圖2-34所示；3.7.2收縮量大的焊縫先焊；如圖2-35所示；3.7.3盡量采用對稱焊接；如圖2-36所示；3.7.4對長焊縫，可采用分段退焊、跳焊、交替焊方法；3.8手工電弧焊技術(shù)：3.8.1引?。翰捎脛澆练ā⑶脫舴?；注意：嚴(yán)格禁止在坡口以外引??；引弧常采用回焊法；目的：利用電弧的重熔，消除引弧點(diǎn)可能產(chǎn)生的裂紋和氣孔等缺陷。3.8.2收?。簽楸苊猱a(chǎn)生弧坑裂紋，有劃圈收弧法、回焊收弧法、反復(fù)熄弧－引弧法（大電流或焊接薄板）；3.8.3運(yùn)條：可分解為以下三個(gè)基本動作：a)沿焊條中心線方向不斷地向熔池送進(jìn)焊條，以保持弧長不變；b)焊條沿焊接方向均勻移動；c)如果需要，可使焊條垂直于焊接方向，作某種形式的橫向擺動，以獲得所需的焊縫寬度；如圖2-39所示；3.8.4各種位置焊接技術(shù)：不同位置的焊縫有不同的特點(diǎn)，但有三個(gè)共同的要求：合適的工藝參數(shù)；正確的焊條取向角度；適當(dāng)?shù)倪\(yùn)條方式；第五章埋弧焊電弧在焊劑層下燃燒而進(jìn)行的電弧焊方法，生產(chǎn)效率高，有效功率系數(shù)η＝0.80~0.90;第一節(jié)埋弧焊的特點(diǎn)和應(yīng)用埋弧焊的電弧是掩埋在顆粒狀焊劑下面的，當(dāng)焊絲與工件之間引燃電弧時(shí)，電弧熱會使焊件、焊絲以及焊劑熔化以至于部分蒸發(fā)，金屬與焊劑的蒸發(fā)氣體形成一個(gè)氣泡，電弧就在這個(gè)氣泡中燃燒。氣泡上部被一層燒化了的焊劑－熔渣所構(gòu)成的外膜包圍，這層外膜不僅很好的隔離了空氣與電弧、熔池的接觸，而且使有礙操作的弧光輻射不再散射出來。如圖4-2所示；1~焊劑2~焊絲3~電弧4~熔池金屬5~熔渣6~焊縫7~焊件8~渣殼圖4－2埋弧焊時(shí)焊縫的形成過程1、埋弧焊的工藝特點(diǎn)：如圖4-1所示；1.1優(yōu)點(diǎn)：A)熔深大，生產(chǎn)效率高，有效功率系數(shù)較大；B)焊縫質(zhì)量高；C)勞動條件好；1.2局限性：A)主要適用于平焊；B)只適于長焊縫，并且不適于形狀復(fù)雜的焊縫的焊接；C)對于裝配間隙、坡口加工要求嚴(yán)格；D)難以焊接氧化性強(qiáng)的金屬與合金；E)當(dāng)焊接電流小于100A時(shí)，電弧的穩(wěn)定性差，所以不適于焊接厚度小于1mm的薄板；1~焊件2~焊劑3~焊劑漏斗4~焊絲5~送絲滾輪6~導(dǎo)電嘴7~焊縫8~渣殼圖4－1埋弧焊的焊接過程2、應(yīng)用范圍：

主要應(yīng)用于各種鋼結(jié)構(gòu)的焊接：在造船、鍋爐、化工容器、橋梁、起重機(jī)械及冶金機(jī)械制造業(yè)中廣泛應(yīng)用；

適用材料：碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼等等；

3、埋弧自動焊的分類及應(yīng)用：分類特征分類名稱應(yīng)用范圍

按送絲方式等速送絲埋弧焊細(xì)焊絲、大電流密度變速送絲埋弧焊粗焊絲、小電流密度按送絲數(shù)目或形狀單絲埋弧焊常規(guī)對接、角接、筒體縱縫、環(huán)縫雙絲埋弧焊高生產(chǎn)率對接、角接多絲埋弧焊螺旋焊管等超高生產(chǎn)率對接帶極埋弧焊耐磨、耐蝕合金堆焊按焊縫成形條件雙面埋弧焊常規(guī)對接焊單面焊雙面一次成形埋弧焊高生產(chǎn)率對接、難以雙面焊的對接焊表

埋弧自動焊分類及應(yīng)用范圍

第二節(jié)埋弧焊的冶金特點(diǎn)1、埋弧焊用的焊劑和焊絲及其配合：1.1焊劑：A）焊劑的作用及對焊劑的要求：作用：保護(hù)作用（氣－渣聯(lián)合保護(hù)）；脫氧、滲合金；要求：a.穩(wěn)弧性好；b.含P、S低；c.對銹、油、雜質(zhì)敏感性??；d.熔渣應(yīng)有合適的熔點(diǎn)和粘度；脫渣性好；不析出有害氣體；吸濕性??；有合適的顆粒度、強(qiáng)度；B)焊劑的分類：按照制造方法分為：熔煉型焊劑和非熔煉型焊劑；常用焊劑書P93表4-4；焊劑在使用前需烘干（250℃），保溫1~2小時(shí)；例如：焊劑431：成分類型：高錳高硅低氟；（40～44％SiO2、34.5~38%MnO、3~6.5%CaF2）用途：焊接重要的低碳鋼和普低鋼；配用焊絲：H08A、H08MnA；適用電流種類：交直流；1.2焊絲：書P94表4-5所示；

H08Mn、H08MnA；

焊絲直徑：1.6~6mm；

焊前需對焊件進(jìn)行清理：去除鐵銹、油污、氧化皮，防止產(chǎn)生氣孔等缺陷；

1.3焊絲與焊劑的選配：低碳鋼、低合金高強(qiáng)鋼按等強(qiáng)度原則選焊絲；耐熱鋼、不銹鋼按化學(xué)成分（等成分原則）選焊絲；書P95表4-6常用埋弧焊焊劑用途及其配用焊絲；焊劑型號成分類型用途配用焊絲適用電流種類焊劑230低Mn高Si低F低碳鋼、普低鋼H08MnA、H10Mn2交直流焊劑260低Mn高Si中F不銹鋼、軋輥堆焊不銹鋼焊絲直流焊劑431高M(jìn)n高Si低F重要低碳及普低鋼H08A、H08MnA交直流2、埋弧焊的冶金特點(diǎn)：2.1冶金過程的一般特點(diǎn)：A)保護(hù)作用好，空氣不易進(jìn)入焊接區(qū)，焊縫含氮量少，韌性好；B)冶金反應(yīng)充分，氣孔、夾渣易析出；C)焊縫金屬的化學(xué)成分穩(wěn)定；2.2冶金反應(yīng)及其影響因素：以低碳鋼為例：對于低碳鋼，Mn、Si是焊縫中的重要合金元素，所以焊接低碳鋼用的焊劑都含有較多的MnO、SiO2，例如：焊劑430、焊劑431;2.2.1主要冶金反應(yīng)－MnO、SiO2的還原反應(yīng)；[Fe]+(MnO)=(FeO)+[Mn];生成的Mn可以起到防止熱裂、提高焊縫機(jī)械性能的作用；2[Fe]+(SiO2)=2(FeO)+[Si];生成的Si可以起到鎮(zhèn)靜熔池，保證組織致密的作用；通過以上兩個(gè)反應(yīng)，Si、Mn從焊劑中向焊縫中過渡；2.2.2影響Si、Mn過渡的因素：A)焊劑成分的影響：當(dāng)焊劑中MnO、SiO2的含量都增加時(shí)，則△Si↑△Mn↑;如圖4-4、4-5所示；從圖4-5中還可以看出，SiO2↑→△Mn↓；B)焊絲和母材中Si、Mn原始濃度的影響：熔池中Si、Mn原始濃度↓→△Si↑△Mn↑；C)焊劑堿度的影響：堿度↑→△Si↓△Mn↑D)焊接規(guī)范的影響：焊接電流：當(dāng)I較小時(shí)，I↑→△Si↑△Mn↑;當(dāng)I較大時(shí)，I↑→△Si↓△Mn↓;焊接電壓：U↑→△Si↑△Mn↑;在上述諸多因素的影響下，高M(jìn)n高Si低F焊劑焊接低碳鋼時(shí):△Si≈0.1~1.3%;△Mn≈0.1~0.4%2.2.3埋弧焊時(shí)碳的燒損：C+O→CO;產(chǎn)生CO的后果：缺點(diǎn)：焊縫中的含碳量下降，影響機(jī)械性能；CO氣孔的可能性增加；優(yōu)點(diǎn)：在C生成CO的過程中，對熔池有一個(gè)攪拌作用，有利于CO、H2的析出；2.3.4脫氫：埋弧焊時(shí)，氫氣孔的可能性較大；A)加強(qiáng)清理，杜絕氫的來源；（去除鐵銹、油污、有機(jī)物；焊劑、焊絲使用前應(yīng)烘干）B)焊劑中含適量的CaF2進(jìn)行脫氫；生成HF，不溶于熔池而析出；2CaF2+3SiO2=SiF4+2CaSiO3;F+H=HF生成OH析出，高溫時(shí)OH較穩(wěn)定，不溶于熔池；MnO+H→Mn+OH;MgO+H→Mg+OH;CO2+H→CO+OH;SiO2+H→SiO+OH;2.3.5限制S、P的含量：S→引起熱脆；P→引起冷裂；所以應(yīng)嚴(yán)格限制S、P的含量；S≯0.1%、P≯0.1%;也可用一些冶金的方法減少S、P：[Mn]+[FeS]=[Fe]+(MnS);(MnO)+[FeS]=[FeO]+(MnS);2[Fe3P]+5(FeO)=P2O5+11[Fe]3(CaO)+[P2O5]=(P2O5．(CaO)3);4(CaO)+[P2O5]=(P2O5.(CaO)4);埋弧焊的冶金特點(diǎn)的總結(jié)：向焊縫中補(bǔ)充一定的Si、Mn；保證一部分碳的燒損；減少S、P含量；防止氣孔的產(chǎn)生；第三節(jié)埋弧焊的自動調(diào)節(jié)埋弧焊自動調(diào)節(jié)是所有自動焊自動調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)；自動調(diào)節(jié)是指當(dāng)外界干擾使選定的規(guī)范參數(shù)變化時(shí)，自動調(diào)節(jié)可使之迅速恢復(fù)到預(yù)定值；1、自動調(diào)節(jié)的基本原理：1.1焊接過程的穩(wěn)定性及外界干擾：為得到優(yōu)質(zhì)的焊縫，首先應(yīng)正確的選擇焊接規(guī)范參數(shù)（I、U、Vw），其次應(yīng)保證所選參數(shù)的穩(wěn)定；1.1.1電弧的穩(wěn)定性：電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，兩個(gè)最主要的規(guī)范參數(shù)I、U是由焊接電源的外特性和電弧的靜特性所決定的，即電弧的穩(wěn)定燃燒點(diǎn)是這兩條曲線的交點(diǎn)；如圖所示：O點(diǎn)為穩(wěn)定燃燒點(diǎn)(即電源的外特性T與電弧的靜特性L的交點(diǎn))，所對應(yīng)的I、U即為選定的I、U；TLT’L’外界干擾：外特性變化：由T→T’,則穩(wěn)定工作點(diǎn)O沿著靜特性變到O2;所以I→I2、U→U2;

IUI2U2I1U1靜特性的變化：由L→L’，則穩(wěn)定工作點(diǎn)由O沿著外特性變到O1點(diǎn)，同時(shí)I→I1、U→U1;總之：最突出的外界干擾是弧長的波動，當(dāng)弧長變化時(shí)，靜特性就會變化（當(dāng)弧長增長時(shí)→靜特性曲線平行上移；當(dāng)弧長縮短時(shí)→靜特性曲線平行下移），一般弧長的波動在1~2mm之內(nèi)；2、埋弧焊的自動調(diào)節(jié)：埋弧焊生產(chǎn)中，弧長的控制方法有兩種：等速送絲時(shí)的電弧自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)、變速送絲時(shí)的電弧電壓反饋?zhàn)詣诱{(diào)節(jié)系統(tǒng)；2.1等速送絲自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)：在焊接過程中，焊絲等速送進(jìn)，利用電源的固有的電特性來調(diào)節(jié)焊絲的熔化速度，以控制電弧長度保持不變，從而達(dá)到焊接過程的穩(wěn)定；2.1.1熔化極電弧焊等速送絲自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜特性：A)方程式：等熔化曲線方程；實(shí)踐證明：Vm（焊絲的熔化速度）與I、U有關(guān)：I↑→Vm↑;U↑→Vm↓;用公式表達(dá)：Vm＝KiI-KuUKi：電流系數(shù)，Vm隨電流變化的系數(shù)，其值取決于ρ、S、L干；單位：[cm/A.S]Ku:電壓系數(shù)：Vm隨電壓變化的系數(shù)，其值取決于弧長的數(shù)值；單位：[cm/V.S]若送絲速度Vf為常數(shù)，則電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)必有：Vf=Vm=KiI-KuU此式表示在等速送絲的情況下，電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，焊接電流與焊接電壓之間的關(guān)系，叫做等速送絲電弧自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜特性，即等熔化曲線方程；B)系統(tǒng)靜特性曲線：如圖所示；曲線上的每一點(diǎn)都有Vf=Vm,即為穩(wěn)定燃燒點(diǎn)；綜上所述：等速送絲電弧自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作點(diǎn)應(yīng)為三條曲線的交點(diǎn)：電弧靜特性L、電源的外特性T、等熔化曲線C三條曲線的交點(diǎn)；C)曲線的特點(diǎn)：只有在此曲線上，才有Vf=Vm，電弧才能穩(wěn)定燃燒，保證L不變；在曲線左邊，Vm＜Vf；在曲線右邊，Vm＞Vf；在其他條件固定不變的情況下，改變Vf，則可以得到一系列曲線，Vf↑→曲線平行右移；Vf↓→曲線平行左移；改變干伸長、弧長、焊絲直徑時(shí)，曲線也改變；2.1.2弧長變化時(shí)電弧的自身調(diào)節(jié)過程和恢復(fù)速度：A)調(diào)節(jié)過程：如圖所示：O0為穩(wěn)定工作點(diǎn),是外特性T、靜特性L、C曲線的交點(diǎn)；當(dāng)系統(tǒng)受到外界干擾，使弧長變化時(shí)：如：弧長縮短，靜特性曲線由l0→l1,則穩(wěn)定點(diǎn)O0沿著外特性T變到O1,則I0→I1、U0→U1;TC由公式：Vm0=KiI0-KuU0;Vm1=KiI1-KuU1;I1＞I0;U0＞U1;所以：Vm1＞Vm0=Vf;即熔化速度↑→弧長↑，很快O1沿著外特性曲線變回到O0;同理：當(dāng)弧長增長時(shí)，電弧也會自動調(diào)節(jié)使弧長減少，恢復(fù)到原來的長度；B)調(diào)節(jié)的靈敏度：當(dāng)弧長波動時(shí)，如果電弧自動調(diào)節(jié)能使之迅速恢復(fù)到穩(wěn)定工作點(diǎn)，就認(rèn)為調(diào)節(jié)過程靈敏；

△Vm↑→靈敏度↑；△Vm＝Ki△I-Ku△U;而其中△I的影響大，所以：△Vm∝△I；為此△I↑→△Vm↑→恢復(fù)速度↑

影響△I的因素：（即影響調(diào)節(jié)靈敏度的因素）電源的外特性形狀：當(dāng)電弧的靜特性為平特性時(shí)，采用緩降的外特性調(diào)節(jié)靈敏度大；（埋弧焊基本為此種情況）當(dāng)電弧的靜特性為上升特性時(shí)，采用平直、上升的外特性靈敏度大;（細(xì)絲CO2、MIG為此種情況）2.焊接電流：I↑→△I↑→靈敏度↑；3.焊絲直徑：Φ↓→Ki↑→△Vm↑→靈敏度↑；4.電場強(qiáng)度：E↑→△Vm↑→靈敏度↑;5.

弧長：短弧焊時(shí)，電弧的自調(diào)節(jié)較靈敏；總結(jié)：對于埋弧焊，采用緩降的外特性電源，大電流，較細(xì)焊絲（Φ1~3.2mm），則電弧的自調(diào)節(jié)作用最有效；（對于電弧極短的短弧焊，必要時(shí)可采用陡降或垂直下降的外特性）；對于氣保焊，采用細(xì)絲、大電流，平或上升的電源外特性，自身調(diào)節(jié)作用最顯著；2.2電弧電壓反饋?zhàn)詣诱{(diào)節(jié)系統(tǒng)：主要用于粗焊絲的焊接；（因?yàn)楹附z直徑增加，自身調(diào)節(jié)作用不靈敏，所以發(fā)展了電弧電壓反饋的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；）電弧電壓反饋?zhàn)詣诱{(diào)節(jié)系統(tǒng)：當(dāng)弧長波動時(shí)，利用電弧電壓為反饋量，并通過一個(gè)專門的自動調(diào)節(jié)裝置強(qiáng)迫送絲速度發(fā)生變化，從而使弧長恢復(fù)到原來的值，以保證焊接過程的穩(wěn)定性的一種調(diào)節(jié)系統(tǒng)，叫做電弧電壓反饋?zhàn)詣诱{(diào)節(jié)系統(tǒng)；

2.2.1電弧電壓自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜特性：A)系統(tǒng)靜特性方程：穩(wěn)定工作時(shí)，有Vm=Vf;Vf=K(Ua-Ug);Vm=KiIa-KuUa;Vm=Vf;所以：

其中：K：反饋調(diào)節(jié)器的靈敏度，為常數(shù)；Ug:反饋過程中給定的電壓；Ki:電流系數(shù)；Ku:電壓系數(shù)；B)靜特性曲線C：如圖所示：b所以：Ua=U0+tgβIa穩(wěn)定工作點(diǎn)O是電源的外特性T、電弧的靜特性L、以及系統(tǒng)靜特性C三條曲線的交點(diǎn)U0C)系統(tǒng)靜特性曲線的特點(diǎn)：此曲線代表在Ug固定而電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，這種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的電流與電壓之間的變化關(guān)系，也叫等熔化曲線，也叫C曲線；在C曲線上，也有Vm=Vf;離開了C曲線，則Vm≠Vf;改變Ug:Ug↑→C曲線平行上移；改變焊絲直徑或干伸長：減小焊絲直徑或增大干伸長→R↑→Ki↑→tgβ↑;2.2.2弧長變化時(shí)，電弧電壓反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程和調(diào)節(jié)靈敏度：如圖所示：在穩(wěn)定工作點(diǎn)O0上，Vm=Vf；當(dāng)外界因素干擾使弧長變化：如：使弧長縮短，l0→l1,則穩(wěn)定點(diǎn)O0沿著外特性T變到O1,同時(shí)I0→I1、U0→U1，此時(shí)調(diào)節(jié)作用有兩個(gè)方面：主要：U0→U1,則Ua↓,而Vf=K(Ua-Ug),所以Vf↓→弧長l↑;

輔助：I0→I1→Vm↑→l↑;

通過以上兩個(gè)過程，工作點(diǎn)又從O1沿著外特性變回到O0;

同理：當(dāng)弧長增長時(shí)，過程也與上述相似；

調(diào)節(jié)靈敏度：

Vf=K(Ua-Ug)→△Vf=K△Ua;

△Vf

越大，則調(diào)節(jié)靈敏度越大；

K↑→調(diào)節(jié)靈敏度↑；但K過大，則會產(chǎn)生振蕩；

E↑→調(diào)節(jié)靈敏度↑

;

總結(jié)：電弧電壓自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)適于采用陡降的電源外特性；自身調(diào)節(jié)適用于較細(xì)的焊絲，當(dāng)焊絲直徑大于4mm時(shí)，弧長的恢復(fù)速度較慢，故采用電弧電壓反饋的自動調(diào)節(jié)；兩種調(diào)節(jié)系統(tǒng)的比較見下表：比較內(nèi)容電弧自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)電弧電壓反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)送絲方式等速送絲變速送絲電源外特性埋弧焊：緩降