材料科學(xué)焊接方法與設(shè)備

材料科學(xué)焊接方法與設(shè)備第1頁/共373頁緒論 基本內(nèi)容掌握焊接基本概念、理解焊接本質(zhì)、特點(diǎn)及分類

一、基本概念：焊接是通過適當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)方法，使兩個(gè)分離的固體通過原子間的結(jié)合力結(jié)合起來的一種連接方法。1) 固體結(jié)合 金屬—金屬 金屬—非金屬 非金屬—非金屬第2頁/共373頁2) 依靠原子間的結(jié)合力---焊接本質(zhì) 通過原子間的結(jié)合力將兩個(gè)固體連接起來，對(duì)于金屬 來說，必須產(chǎn)生金屬鍵，也就是說，被連接表面要接 近到原子晶格間距。3) 要通過一定的物理、化學(xué)過程 加熱：電弧焊、釬焊 加壓：冷壓焊 加熱+加壓：電阻焊、擴(kuò)散焊第3頁/共373頁放大d要求達(dá)到：10nm10m因此：采取必要的措施。d氧化物第4頁/共373頁三、焊接的分類焊接熔化焊：

釬焊：

壓力焊：利用摩擦、擴(kuò)散和加壓等物理作用，克服兩個(gè)連接表面的不平度，除去氧化膜及其它污染物，使兩個(gè)連接表面上的原子相互接近到晶格距離，從而在固態(tài)條件下實(shí)現(xiàn)連接的方法。利用一定的熱源，使構(gòu)件的被連接部位局部熔化成液體，然后再冷卻結(jié)晶成一體的方法稱為熔焊。采用熔點(diǎn)比母材低的材料作釬料，將焊件和釬料加熱至高于釬料熔點(diǎn)、但低于母材熔點(diǎn)的溫度，利用毛細(xì)作用使液態(tài)釬料充滿接頭間隙，熔化釬料潤(rùn)濕母材表面，冷卻后結(jié)晶形成冶金結(jié)合。第5頁/共373頁加熱壓力焊釬料加壓熔化焊釬焊第6頁/共373頁熔化焊： 電弧焊

氣焊

鋁熱焊

電渣焊

電子束焊

激光焊

電阻點(diǎn)焊

電阻縫焊

根據(jù)熱源來分類

第7頁/共373頁電弧焊： 熔化極電弧焊

CO2焊

埋弧焊

熔化極氣體保護(hù)焊(GMAW)

鎢極氬弧焊

（GTAW）等離子弧焊

非熔化極電弧焊

螺柱焊

手工電弧焊

第8頁/共373頁電弧焊電源電極工件第9頁/共373頁二、 焊接的特點(diǎn)：1）焊接可將各個(gè)零部件直接連接起來，無需其他附加件，接頭強(qiáng)度一般也能達(dá)到與母材相同，因此，焊接產(chǎn)品的重量輕、成本低。2）焊接接頭是通過原子間的結(jié)合力實(shí)現(xiàn)的連接，均勻性及整體性好、剛度大，在外力作用下不像機(jī)械連接那樣產(chǎn)生較大的變形。3）焊接結(jié)構(gòu)具有良好的氣密性、水密性，這是其他連接方法無法比擬的。4）可連接不同類型的金屬材料、不同形狀及尺寸的材料，可使金屬結(jié)構(gòu)中材料的分布更合理。5）可將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型構(gòu)件分解為許多小型零部件分別加工，然后再將這些零部件焊接起來，這樣就簡(jiǎn)化了金屬結(jié)構(gòu)的加工工藝、縮短了加工周期。第10頁/共373頁6）焊接是一種“柔性”加工工藝，既適用于大批量生產(chǎn)，又適用于小批量生產(chǎn)。第11頁/共373頁第一章

焊接電弧

一 基本要求熟練掌握本章的基本概念，理解并掌握最小電壓原理、電弧力。了解電弧各個(gè)區(qū)域的組成、導(dǎo)電機(jī)構(gòu)、產(chǎn)熱機(jī)構(gòu)、交流電弧的特點(diǎn)以及陰極斑點(diǎn)的特點(diǎn)及其對(duì)焊接質(zhì)量的影響。二 基本概念 電弧、氣體放電、電離、電子發(fā)射、陰極斑點(diǎn)、陽極斑點(diǎn)、剛直性、磁偏吹、電離能、逸出功、電離電壓、逸出電壓三 難點(diǎn)1）最小電壓原理2）電弧的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)四 重點(diǎn)1）電弧、電離、氣體放電、剛直性、磁偏吹等一些基本概念。2）電弧力。3）電弧的產(chǎn)熱機(jī)理。4）陰極斑點(diǎn)的特點(diǎn)。5）最小電壓原理。第12頁/共373頁§1-1 電弧物理基礎(chǔ)

一）電弧的基本概念1、電?。弘娀∈且环N氣體放電

現(xiàn)象，通過放電將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芘c機(jī)械能。2、氣體放電：兩極間的氣體被擊穿而導(dǎo)電的過程。 非自持放電：放電本身不能產(chǎn)生導(dǎo)電所需的帶電粒 子（A+、e）。 自持放電：放電本身能產(chǎn)生導(dǎo)電所需的帶電粒子 （A+、e）；有暗放電、輝光放電、電弧放電等三 種。第13頁/共373頁+-電弧UaIa電弧放電輝光放電暗放電暗放電自持放電非自持放電UI導(dǎo)體導(dǎo)電第14頁/共373頁二） 帶電粒子的產(chǎn)生過程產(chǎn)生方式：電離： 氣體中性原子或分子（A）分離為一價(jià)正離子 （A+

）和電子（e）的過程。電子發(fā)射： 金屬表面逸出電子的現(xiàn)象

（一）電離與激勵(lì)

1、電離：在一定條件下中性原子分離成A+及e的現(xiàn)象。

A→A++e-Wi 電離能：原子或分子電離所需要的能量單位為ev或J 電子伏：一個(gè)電子被1V的電壓所加速得到的能量。 電離電壓：電離能/電子帶電量。一次電離：A→A++e二次電離：A+→A+++en次電離：A（n-1）+→An++eA++Ae第15頁/共373頁2、 激勵(lì)：氣體原子得到的一定的能量，雖然小于Wi，但可 使電子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)。這種現(xiàn)象叫激勵(lì)。激勵(lì)能：所需的最小外加能量叫激勵(lì)能We。激勵(lì)能電壓：激勵(lì)能We/e。

3、能量傳遞方式1） 碰撞：粒子間通過相互碰撞而交換能量 彈性碰撞：僅發(fā)生動(dòng)能再分配 非彈性碰撞：交換的能量→勢(shì)能，從而導(dǎo)致電離或激勵(lì)。2） 光幅射：在光的輻射下，中性粒子直接吸收光量子 的能量。AA+A-eAAeheUi第16頁/共373頁4、電離的分類：

1） 熱電離：氣體粒子受熱的作用而產(chǎn)生電離 實(shí)質(zhì)：中性粒子通過與電子碰撞，接收電子能量而電離。

電離度：電離了的粒子數(shù)量與電離前離子數(shù)量之比。0.1%

熱解離：在熱量的作用下，多原子分子分解為原子。 解離能：分子熱解離所需要的能量2） 電場(chǎng)作用下的電離：A+、e在電場(chǎng)作用下被加速、與A碰撞 使其電離的過程。 主要是e的作用：電子獲得的能量是A+

的4倍。

3） 光電離：A直接捕捉光量子并吸收其能量而電離。 波長(zhǎng)越小越易促進(jìn)光電離，電弧波長(zhǎng)包括紅外線、紫外線 可見光、可使AI、K、Na原子光電離。但不能使Ar、He、Fe 等電離。第17頁/共373頁（二）電子發(fā)射

1、基本概念1） 電子發(fā)射：電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象。 對(duì)電弧導(dǎo)電起作用的主要是陰極的發(fā)射。2） 逸出功（Ww）：電子發(fā)射所需的最小能量。3） 逸出電壓：Ww/e

物理意義：Ww越小，引弧越容易，電弧穩(wěn)弧性越好。4）主要影響因素： 材料，K、Na之Ww較低。 表面狀態(tài)：有氧化物時(shí)，逸出功降低 加入雜質(zhì)，例如，釷、鈰及鑭等可降低Ww。

-第18頁/共373頁2、分類

1）熱發(fā)射：在熱量的作用下產(chǎn)生的發(fā)射產(chǎn)生條件：陰極溫度足夠高特點(diǎn)：對(duì)陰極有冷卻作用，這一點(diǎn)對(duì)TIG焊具有重要意義?？商岣遅極的載流能力。

2）電場(chǎng)發(fā)射：金屬表面的電子在電場(chǎng)力的作用下逸出的現(xiàn)象。特點(diǎn)：對(duì)陰極的冷卻作用較小。

3）光發(fā)射：光幅射作用下產(chǎn)生的發(fā)射。實(shí)際電弧中產(chǎn)生光發(fā)射的可能性很小。

4）粒子碰撞發(fā)射：高速運(yùn)動(dòng)的A+碰撞到陰極上導(dǎo)致的發(fā)射。庫(kù)侖力——第19頁/共373頁（三）負(fù)離子的產(chǎn)生中性離子與電子結(jié)合的過程，是一個(gè)放熱過程，所放出的熱被成為電子親和能。A+e→A-+W注意：1）親和能高的原子易形成A-，但高溫下不利于放熱反應(yīng)。2）交流電弧過零時(shí)，易形成。3）易在電弧周邊形成。4）不利于電弧穩(wěn)定。

（四）擴(kuò)散與復(fù)合擴(kuò)散：電弧中心處A+、e較多，e易向周邊運(yùn)動(dòng)。當(dāng)周邊電子濃度達(dá)到一定值后，在e吸引下，A+也向周邊運(yùn)動(dòng)。從而在周邊復(fù)合A++e→A+WiA++A—→2A+WiA-Ae+A-+AAe第20頁/共373頁三） 電弧各區(qū)域的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)（一）區(qū)域組成由陰極區(qū)、陽極區(qū)、弧柱三部分組成。1、陰極區(qū)：長(zhǎng)度極短、電壓較大、E（電場(chǎng)強(qiáng)度）極高2、陽極區(qū)：長(zhǎng)度也極短、電壓較大、E極高3、弧柱區(qū)長(zhǎng)度基本上等于電弧長(zhǎng)度，E較小UA UCUK陽極區(qū)陰極區(qū)弧柱-+10-510-6cm10-210-4cm第21頁/共373頁（二）弧柱區(qū)的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)所謂導(dǎo)電機(jī)構(gòu)就是指帶電粒子產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)方式。1、帶電粒子的產(chǎn)生

1）電離：熱電離光電離電場(chǎng)作用的電離

2）陰極區(qū)注入的電子

3）陽極區(qū)注入的正離子2、帶電離子的運(yùn)動(dòng)

A+沖向陰極→正離子流IA+ e沖向陽極→電子流Ie

I=IA++Ie

其中：IA+=0.1%I

Ie=99.9%I3、特點(diǎn)：

1）電中性；

2）E小、Ua小IA+IeI第22頁/共373頁三）、陰極區(qū)的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)1、陰極區(qū)在導(dǎo)電過程中的作用

1)產(chǎn)生弧柱區(qū)導(dǎo)電所需要電子流Ie=0.999I 2)接收弧柱區(qū)來的正離子流IA+=0.001I2、熱發(fā)射型

1）產(chǎn)生條件：W、C陰極，且電流很大

2）帶電粒子的產(chǎn)生方式：熱發(fā)射 熱陰極：弧柱導(dǎo)電所需要的電子可完全由熱發(fā)生來產(chǎn)生的 陰極。 冷陰極：熱發(fā)射能力不足的陰極。 熱陰極材料：熔點(diǎn)高的材料

冷陰極材料：熔點(diǎn)低的材料。

3）特點(diǎn)：無陰極區(qū)、無陰極壓降Vk

第23頁/共373頁3、電場(chǎng)發(fā)射型導(dǎo)電機(jī)構(gòu)1)

條件： （a）W、C陰極、且I較小 （b）AI、Fe、Cu作陰極2)

帶電離子產(chǎn)生方式 （1）場(chǎng)發(fā)射 （2）場(chǎng)電離 （3）熱發(fā)射 （4）碰撞發(fā)射第24頁/共373頁++++++++++++++++++++++------+++++-----Uk陰極區(qū)弧柱區(qū)電場(chǎng)發(fā)射型導(dǎo)電機(jī)構(gòu)陰極熱發(fā)射場(chǎng)發(fā)射碰撞發(fā)射場(chǎng)電離0.999I第25頁/共373頁c)

特點(diǎn)： （1）陰極附近存在—正電荷區(qū)—陰極區(qū) （2）fe<0.999IfA+>0.001I

（3）陰極區(qū)斷面收縮 （4）陰極表面上產(chǎn)生陰極斑點(diǎn)

3）等離子型導(dǎo)電機(jī)構(gòu)A、條件：

1） W、C陰極，且I較?。夯駻I、Fe、Cu陰極；且 2） 氣壓較小，Uk<UiB、帶電粒子產(chǎn)生方式：熱電離C、特點(diǎn)：同上第26頁/共373頁（四）陽極區(qū)的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)1、陽極區(qū)在導(dǎo)電過程中的作用

1)接收弧柱區(qū)來的電子流Ie=0.999I 2)產(chǎn)生弧柱區(qū)所需要的正離子流IA+=0.001I

2、熱電離

1）產(chǎn)生條件：I較大

2）帶電離子產(chǎn)生方式：熱電離

3）特點(diǎn)： a)陽極壓降小，甚至為0 b)不存在陽極斑點(diǎn)。

3、電場(chǎng)作用下的電離

1）產(chǎn)生條件：I較小

2）帶電粒子的產(chǎn)生方式：熱電離、場(chǎng)電離

3）特點(diǎn)：a）有陽極區(qū)，發(fā)生收縮

b)Ua較大

c)有陽極斑點(diǎn)第27頁/共373頁----------------++-++++++++++++------------UA陽極區(qū)弧柱區(qū)陽極壓降的形成+第28頁/共373頁（五）陰極斑點(diǎn)與陽極斑點(diǎn)1、陰極斑點(diǎn)：陰級(jí)上導(dǎo)通電流的一些灼亮的弧立點(diǎn)。1) 產(chǎn)生條件：

a、W、C陰極且I很小

b、AI、Fe、Cu作陰極2) 某點(diǎn)充當(dāng)陰極斑點(diǎn)的條件

a、電弧通過該點(diǎn)時(shí)耗能最小

b、該點(diǎn)能發(fā)射電子3）特點(diǎn)

a）電流密度大、溫度高

b）跳躍性及粘著性

c）存在斑點(diǎn)力：蒸發(fā)反力、A+的撞擊力

d）自動(dòng)尋找氧化膜，該點(diǎn)對(duì)于鋁、鎂及其合金的焊接是 非常重要的，見后面的陰極霧化作用。第29頁/共373頁---焊接方向-+AAB焊接方向粘著性跳躍性第30頁/共373頁2、陽極斑點(diǎn)1）產(chǎn)生條件：I很小2）點(diǎn)充當(dāng)陽極斑點(diǎn)的條件

a）通過該點(diǎn)導(dǎo)通電流時(shí)，耗能最小

b）易蒸發(fā)，產(chǎn)生金屬蒸氣3）特點(diǎn)：

a、電流密度大、溫度高

b、粘著性、跳躍性

c、避開氧化膜

d、斑點(diǎn)力，陽極斑點(diǎn)力小于陰極斑點(diǎn)力第31頁/共373頁四） 最小電壓原理

電流一定、周圍條件一定時(shí)，穩(wěn)定燃燒的電弧各導(dǎo)電區(qū)的半徑（溫度）應(yīng)使電弧電場(chǎng)強(qiáng)度最小，即電弧電壓最小。該原理有兩個(gè)方面的含義：1、電場(chǎng)強(qiáng)度是溫度或電弧斷面半徑的函數(shù)

E=f（T） E=f（r）2、電弧半徑穩(wěn)定值r*由E的最小值E*確定ErR*E*第32頁/共373頁電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，Ua與Ia的關(guān)系稱為電弧靜特性。下降區(qū)（負(fù)阻特性區(qū)）：電流密度不變平特性區(qū)：E不變上升特性區(qū)：影響因素：1、弧長(zhǎng)2、氣體介質(zhì) 導(dǎo)熱性 熱分解性能3、氣體介質(zhì)的壓力

五、電弧的靜特性UaIa小電流TIGTIG

SAWMMAMIGMAG第33頁/共373頁IaUa電弧放電輝光放電暗放電暗放電自持放電非自持放電第34頁/共373頁UaIaL2L1L2>L1純ArAr+20%H2UaIa

電離電壓Ar 15.7eVH 13.5eVH2 15.5eV弧長(zhǎng)影響物理性能：熱分解、導(dǎo)熱系數(shù)第35頁/共373頁§1-2 焊接電弧的產(chǎn)熱及溫度分布

一）、焊接電弧的產(chǎn)熱機(jī)構(gòu)（一）弧柱的產(chǎn)熱機(jī)構(gòu)電能→熱能1、 本質(zhì)：A+、e在電場(chǎng)作用下被加速、使其動(dòng)能增大的過 程。其宏觀表現(xiàn)即為溫度上升→產(chǎn)熱 由于運(yùn)動(dòng)速度，自由程度不同，A+、e得到的能量不同，TA+、Te、TA有可能不同。電子動(dòng)能：定向運(yùn)動(dòng)動(dòng)能—Ie

散亂運(yùn)動(dòng)動(dòng)能—熱運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)為熱能。2、產(chǎn)熱量

Pc=IaUa

主要用于散熱損失—對(duì)流、幅射、傳導(dǎo)。第36頁/共373頁

3 影響因素 不僅取決于電流。 凡是影響Ua的因素均影響弧柱的產(chǎn)熱。

（二）陰極區(qū)的產(chǎn)熱1 本質(zhì)：產(chǎn)生電子、接受正離子的過程中有能量變化，這些能量的平衡結(jié)果就是產(chǎn)熱，由三部分組成：

1）電子逸出陰極時(shí)消耗能量：-IUw 2）電子進(jìn)入弧柱前被電場(chǎng)（Ek）加速得到一部分能量： +IaUk 3）電子進(jìn)入弧柱時(shí)帶走的能量：-IUT（溫度等效電壓）2、產(chǎn)熱公式

Pk=I（Uk-Uw-UT）3、作用： 用于加熱陰極第37頁/共373頁

（三）陽極區(qū)的產(chǎn)熱機(jī)構(gòu)1、 本質(zhì)：接受電子、產(chǎn)生A+過程中伴隨的能量 轉(zhuǎn)換，由三部分組成：

1）e被UA加速所得到的能量：+eUA 2）電子帶來的逸出功：+IUw 3）電子帶來的相當(dāng)于弧柱溫度那部分能量+IUw

2、產(chǎn)熱公式

PA=I（UA+Uw+UT）3、作用 用于加熱陽極第38頁/共373頁二）、焊接電弧的熱效率及能量密度（一）電弧總產(chǎn)熱

Pa=PC+PA+PK=I（UC+UK+UA）=IaUa（二）有效功率、熱效率系數(shù)

1 有效功率：用于加熱工件和焊絲的功率QE 2 熱效率系數(shù)：=QE/Pa 3 影響的因素：

1）焊接方法：TIG焊低、MIG、SAW高

2）焊接規(guī)范：

3）外部條件

（三）能量密度

1 單位有效加熱面積上的熱功率，單位為w/cm2 2 功率密度越高H/B越大，焊接變形及HAZ越小。

氣焊 電弧焊 激光 電子束

1-10 102-104 106-107 106-108

第39頁/共373頁三）、電弧的溫度分布（一）電弧的軸向溫度分布 影響溫度分布的因素：

1、功率密度

2、電極材料

3、高熔點(diǎn)氧化物（二）弧柱溫度分布1、軸向

1） 二電極尺寸相等時(shí)，軸向溫度分布均勻

2） 二電極尺寸不等，軸向溫度分布不均勻，靠 近尺寸較小的一端，溫度較高。溫度電流密度功率密度第40頁/共373頁

2、徑向中心軸附近溫度高，周邊低（三）影響弧柱溫度的因素1、電流，Ia↑T↑2、氣體介質(zhì)：導(dǎo)熱系數(shù)↑，熱解離↑T↑3、電極材料4、拘束度

2、徑向中心軸附近溫度高，周邊低（三）影響弧柱溫度的因素1、電流，Ia↑T↑2、氣體介質(zhì)：導(dǎo)熱系數(shù)↑，熱解離↑T↑3、電極材料4、拘束度：越大，電弧溫度越高_(dá)第41頁/共373頁+-弧柱的溫度分布TTrL第42頁/共373頁§1-3 電弧力及其影響因素

一）、電弧力1、電磁收縮力通過電?。ㄈ鄣危┑碾娏骶€之間的相互吸引力，對(duì)電弧或熔滴起著壓縮作用，該力被稱為電磁收縮力。1）圓柱形電弧電弧壓力電弧推力式中：I-電流，R-電弧半徑，K-系數(shù)第43頁/共373頁流態(tài)導(dǎo)體中電磁收縮力的影響柱形導(dǎo)體中的電磁收縮力第44頁/共373頁流體中壓力各個(gè)方向相同，因此作用于焊條及工作上的軸向力為：2）錐形電弧

壓力

錐形電弧中沿軸向存在壓力差，導(dǎo)至一軸向推力：

式中：I-電流，

Rb-錐形弧柱下底面半徑，Ra-錐形弧柱上底面半徑第45頁/共373頁ALF推焊絲錐形電弧母材第46頁/共373頁2、等離子流力

F推引起的高溫氣體流（等離子流）所形成的力叫等離子流力作用： 1）促進(jìn)熔滴過渡

2）導(dǎo)致指狀熔深分布：軸線處大，周邊小

3、斑點(diǎn)力由以下三部分組成,陰極斑點(diǎn)力大于陽極斑點(diǎn)力

1）帶電粒子撞擊力 陰：A+撞擊大 陽：e撞擊：小

2）蒸發(fā)反力 陰：T高，力大 陽：T低力小

3）電磁收縮力 陰：大 陽：小第47頁/共373頁等離子流力等離子流力的分布FP第48頁/共373頁FF斑Fmg斑點(diǎn)力第49頁/共373頁4、爆破力僅產(chǎn)生于短路過渡中，短路小橋汽化爆斷所產(chǎn)生的力

5、細(xì)熔滴的沖擊力僅產(chǎn)生于MIG焊射流過渡，熔滴以很大的加速度沖擊熔池，形成沖擊力

二）、影響因素1、氣體介質(zhì)導(dǎo)熱好，易解離的氣體，電弧力，特別是斑點(diǎn)力較大。2、電弧電流及電壓 電流增大，電弧力增大；電壓增大，電弧力減小。

3、W極或焊絲直徑 直徑越小，力越大

4、極性：TIG焊時(shí)，DCSP大；而MIG焊正好相反。第50頁/共373頁爆破力第51頁/共373頁第52頁/共373頁§1-3 交流電弧的特點(diǎn)

一）、交流電弧電流為50H正弧波的電弧被稱為交流電弧。方波交流電弧。1、特點(diǎn)：

1）周期性地過0點(diǎn)

2）再引燃再引燃電壓Ur：再引燃所需的電壓。小于引燃燒電壓。

2、交流電弧的燃燒過程1）純阻性回路 電弧—阻性元件，因此a、ia同相位，有熄弧時(shí)間te，當(dāng)te較 大時(shí)，難以引燃2）感性回路利用電感的續(xù)流，蓄能作用，可將te降為0第53頁/共373頁交流電源teU0UaIa純阻性回路第54頁/共373頁t電源電壓電弧電壓電弧電流電源電壓電弧電壓電弧電流交流電源電感性回路第55頁/共373頁3、交流電弧穩(wěn)定燃燒的條件在回路中串一合適的電感二）、交流電弧的加熱及力的特點(diǎn)1、加熱Pa不斷變化，對(duì)工件的加熱效果用有效熱功率表示。

Wa=UaIa -波形修正系數(shù)Ua、Ia-電壓及電流有效值

2、電弧力的特點(diǎn)介于DCSP與DCRP之間，不易導(dǎo)致指狀熔深.3、保護(hù)在相同的條件下，保護(hù)效果較差。第56頁/共373頁§1-5 剛直性及磁偏吹

一）、剛直性所謂剛直性是指電弧作為一柔軟的導(dǎo)體抵抗外界干擾，力求保持電流沿軸向流動(dòng)的能力。電弧的剛直性是由電弧的電磁場(chǎng)決定的，即電磁收縮力決定的。各運(yùn)動(dòng)的帶電質(zhì)點(diǎn)均受到指向焊條中心的力，該力使質(zhì)點(diǎn)保持沿軸線流動(dòng)。影響剛直性的因素：1）電流越大，剛直性越大；2）拘束度越大，剛直性大3）熱解離導(dǎo)熱性大剛直性大第57頁/共373頁++++++++++----------FF自身磁場(chǎng)對(duì)剛直性的影響 剛直性第58頁/共373頁二）、磁偏吹1、 偏吹：電弧因周圍磁力線不對(duì)稱而偏向一側(cè)的現(xiàn)象.

偏向：磁力線疏的一側(cè)2、引起磁偏吹的原因

1）導(dǎo)線接法不合適

2）鐵磁性物質(zhì)

3）交流電弧的磁偏吹較較小 原因： （1）渦流，渦流磁場(chǎng)低消原磁場(chǎng) （2）電弧偏吹運(yùn)動(dòng)為機(jī)械運(yùn)動(dòng)，而交流電弧的不均恒磁場(chǎng)以50Hz的頻率變化。第59頁/共373頁+++-++--電流+F左F右磁偏吹第60頁/共373頁+++-++--電流+F左F右接線位置引起的磁偏吹++++--+-+第61頁/共373頁+++-++--電流+F左F右磁性物質(zhì)引起的磁偏吹----++第62頁/共373頁第二章焊絲的加熱及熔滴過渡

要求1、 熟練掌握焊絲熔化速度、熔化系數(shù)、熔敷速度、熔敷效率、 熔敷系數(shù)、熔滴過渡及飛濺等基本概念。2、掌握熔滴上受到的各種力及其對(duì)過渡的影響；3、 了解熔滴過渡的基本分類，各類熔滴過渡的基本特征；4、 掌握各種焊接方法的熔滴過度特點(diǎn)。5、 了解固有自調(diào)節(jié)作用。第63頁/共373頁第64頁/共373頁§2-1 焊絲的加熱及熔化一）、加熱熱源：（一）電弧熱—極區(qū)產(chǎn)熱 焊絲接陰極時(shí)：Pk=I（Uk-Uw-UT）≈I（Uk-Uw）

UT很小，大概只有1V左右。

焊絲接陽極時(shí)：PA=I（UA+Uw+UT）≈IUw UA很小，可忽略。

討論：

TIG焊：PA>Pk MIG焊：Pk>PA Pk受多種因素影響，而PA則不。第65頁/共373頁LHLs電源送絲輪導(dǎo)電嘴la第66頁/共373頁

（二）干伸長(zhǎng)度上的電阻熱 干伸長(zhǎng)度：焊絲伸出導(dǎo)電嘴之外的長(zhǎng)度Ls PR=I2RS=Ls/S

影響因素：

1）鋼焊絲的PR大，因此干身長(zhǎng)度的電阻熱之 影響較大；鋁、銅PR小

2）Ls越大，dS越小，則PR越大（三）總熱源

P=Pa+PR=I（Um+IRs）式中： 焊絲接陰極時(shí)，Um=（Uk-Uw） 焊絲接陽極時(shí)，Um=Uw第67頁/共373頁二）、影響熔化速度、熔化系數(shù)的因素（一）基本概念熔化速度m：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)焊絲的熔化量。 單位：g/scm/s熔化系數(shù)m：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，由單位電流所熔化的焊絲量（長(zhǎng) 度，重量） 單位：g/A.SCm/A.S m=m/I（二）影響因素1、電流電流越大，熔化速度越大。

m=KI（Um+IRs）

m=m/I=K（Um+IRs）第68頁/共373頁顯然：1）電流

1） I增大，m增大

2） 對(duì)于Al焊絲，m幾乎與I增大，對(duì)于鋼焊絲，m 隨著I的增大而增大。2、電壓

Ua（La）大時(shí)，m與Ua無關(guān)

Ua（La）較小時(shí)，Ua下降時(shí)m

增大（如I不變則m↑） ，使電弧具有保持弧長(zhǎng)穩(wěn)定的能力。 固有自調(diào)節(jié)作用：弧長(zhǎng)較短時(shí)，m隨La下降而增大， 使得電弧具有抵抗外界干擾的保持穩(wěn)定不變的能力，這 種能力被成為固有自調(diào)節(jié)作用。第69頁/共373頁UaIaa鋁UaIa鋼第70頁/共373頁3、焊絲的極性 焊絲接負(fù)時(shí)，m較大 焊絲接正時(shí)，m較小

4、氣體介質(zhì) 焊絲接陽極時(shí)：m=KRm=KIUw與氣體介質(zhì)無關(guān) 焊絲接陰極時(shí)：m=KI（Uk-Uw）Uk與氣體介質(zhì)有關(guān)， 因此氣體介質(zhì)影響熔化速度，例如在Ar中加CO2可使 m增大

5、電阻熱 鋼焊絲：ds越長(zhǎng)，電阻熱的影響越大。 鋁焊絲，電阻熱很小，影響不大。第71頁/共373頁§2-2 熔滴過渡和飛濺

一）、基本概念熔滴過渡：焊絲端部的熔化金屬以滴狀進(jìn)入熔池的過程。飛濺：熔化的焊絲金屬飛到熔池之外的現(xiàn)象。

二）、熔滴上的作用力（一）表面張力

1、焊絲與熔滴間的表面張力F，阻礙過渡，將熔滴保持在焊絲上。F=2πRs式中：為表面張力系數(shù)，Rs為焊絲半徑。第72頁/共373頁2、短路過渡時(shí)，熔滴與工件間的表面張力—促進(jìn)過渡 F=2πRP

影響的因素：1）材料類型，例如，鐵的表面張力系數(shù)大于鋁2）溫度，溫度上升，表面張力系數(shù)降低3）表面活性物質(zhì)，如鋼液中有S或O時(shí)，表面張力系數(shù)降低。（二）重力

熔滴的重力

Fg=mg=r—熔滴半徑

，ρ—密度第73頁/共373頁FmgFFF表面張力重力第74頁/共373頁作用：1）平焊時(shí)促進(jìn)過渡；2）立焊，仰焊時(shí)阻礙過渡。（三）電磁收縮力電流線通過熔滴時(shí)的電磁收縮力1） 當(dāng)Sb（斑點(diǎn)面積）<Ss（焊絲截面積）時(shí)，電流線在熔滴中收縮F推向上，阻礙過渡。2）當(dāng)Sb>Ss時(shí),電磁線在熔滴中發(fā)散,F推向下,促進(jìn)過渡。（四）斑點(diǎn)力其作用亦與斑點(diǎn)面積有關(guān)：1）Sb較大時(shí)，促進(jìn)過渡2）Sb較小時(shí)，阻礙過渡

第75頁/共373頁熔滴中的電磁收縮力熔滴斑點(diǎn)力蒸發(fā)反力及帶電粒子撞擊力第76頁/共373頁（五）爆破力熔滴爆破時(shí)，爆破力指向四面八方，即促進(jìn)過渡，又導(dǎo)致飛濺

（六）等離子流力從焊絲指向工件，總是促進(jìn)過渡FP爆破力第77頁/共373頁二）、熔滴過渡的主要形式及特點(diǎn)（一）自由過渡熔滴脫離焊絲，由電弧空間進(jìn)入熔池。1、滴狀過渡

1）大滴過渡 特點(diǎn)： （1）aD=g

（2）軸向 （3）dD>ds 2）大滴排斥 特點(diǎn)： （1）aD=g

（2）非軸向，有飛濺 （3）dD>ds2、細(xì)顆粒過渡，出現(xiàn)在CO2焊中 特點(diǎn)： （1）aD>g

（2）非軸向 （3）DD<ds第78頁/共373頁3、噴射過渡

1）射滴 特點(diǎn)： （1）aD>>g

（2）dDds

（3）軸向性好 （4）一次一滴

2）射流 特點(diǎn)： （1）aD>>g

（2）dD<ds

（3）軸向 （4）連續(xù)束流第79頁/共373頁FFPFgFF斑Fmg大滴射滴射流第80頁/共373頁

3）爆炸過渡 因氣泡的爆破而過渡，通常伴隨著飛濺。（二）渣壁過渡

1、沿熔渣壁過渡埋弧焊

DCSP：熔滴尺寸大，過渡頻率低

DCRP：尺寸小，f大。I↑f↑

2、沿套筒過渡 產(chǎn)生于SMAW

條件：

1）厚藥皮

2）酸性藥皮

第81頁/共373頁（三）接觸過渡1、短路過渡條件：CO2細(xì)絲焊，且Ua小，Ia小特點(diǎn)：電弧穩(wěn)定，稍有飛濺

2、搭橋過渡條件：填絲TIG焊中第82頁/共373頁1234短路過渡過程及電流、電壓波形第83頁/共373頁三）、飛濺及熔敷系數(shù) （一）飛濺

1、飛濺的原因：

a）爆破力

b）斑點(diǎn)力不對(duì)稱

c）氣體從熔滴或熔池中析出

2、影響飛濺的因素

a）焊接方法，CO2焊大，MIG小

b）規(guī)范，例如CO2焊

c）過渡形式第84頁/共373頁I飛濺率ABC第85頁/共373頁

（二）熔敷效率，熔敷系數(shù)

1、基本概念 熔敷效率：過渡到焊縫中的焊絲金屬重量與熔 化的焊絲重量之比。 熔敷系數(shù)： 單位時(shí)間內(nèi)由單位電流熔敷到焊縫 中焊絲金屬重量m

損失系數(shù)：

2、影響的因素：

1）焊接方法

SAW、MIG、MAG、CO2、MMA依次減小。

2）焊接參數(shù) 特別是，CO2焊接，電流增大時(shí)，熔敷效率增大第86頁/共373頁第三章母材熔化和焊縫成形

一、基本要求1、熟練掌握標(biāo)征熔池及焊縫形狀尺寸的幾個(gè)參數(shù)；2、熟練掌握熱輸入、線能量、熔深、熔寬、成形系數(shù)、余高、熔合比等基本概念；3、了解作用于熔池上的力4、熟練掌握焊接參數(shù)對(duì)焊縫形狀尺寸的影響5、了解各種焊縫缺陷形成的原因及預(yù)防措施。二、重點(diǎn)

1、熱輸入、線能量、熔深、熔寬、成形系數(shù)、余高、熔合比等基本概念；

2、標(biāo)征熔池及焊縫形狀尺寸的參數(shù)

3、焊接參數(shù)對(duì)焊縫形狀尺寸的影響第87頁/共373頁§3.1電弧熱與熔池形狀尺寸的關(guān)系

一）、電弧的熱輸入 （一） 熱輸入：輸入至工件的熱功率或單位時(shí)間 內(nèi)輸入至工件的熱量。

q=0.24UaIa -電弧加熱工件的熱效率 （二） 電弧加熱工件的熱效率

第88頁/共373頁

電弧熱損失：

1）幅射，對(duì)流散熱

2）加熱W極，焊條頭的熱量

3）加熱焊劑，焊條頭

4）飛濺熱損失

影響的因素：

1）焊接方法：TIG、CO2

、MIGSAW的不同。

2）焊接規(guī)范

（三）、熔池的形狀及表征參數(shù)

1 熔池的基本概念 由母材上熔化的金屬（焊絲、工件）組成的、具有一 定幾何形狀的液態(tài)屬屬叫熔池。引弧后。經(jīng)過一過渡期后， 熔池穩(wěn)定，形狀不再發(fā)生變化。 熔池的形狀為一半橢球形。

第89頁/共373頁Hl1l2xyz熔池的形狀尺寸第90頁/共373頁2 熔池的表征參數(shù)： 可用下列幾個(gè)參數(shù)表征：

a）熔寬B b）熔深

c）前部長(zhǎng)度L1 d）尾部長(zhǎng)度L2

在做出一些假設(shè)的基礎(chǔ)上，可推導(dǎo)出上述幾個(gè)尺寸與 焊速s，熱輸入q之間的關(guān)系。

第91頁/共373頁式中： Tm—材料的熔點(diǎn)

λ導(dǎo)熱系數(shù)

a熱擴(kuò)散率

c比熱

ρ密度B=2H第92頁/共373頁

B=2H

（四）、工件上的比熱流

1、基本概念 比熱流：通過單位面積輸入至工件的熱功率。加熱斑點(diǎn)：熱源傳遞給工件的熱量是通過一定的面積進(jìn)行的，該面積叫加熱斑點(diǎn)。加熱斑點(diǎn)內(nèi)的每一點(diǎn)處的比熱流是不相同的。q（r）在加熱斑點(diǎn)內(nèi)呈正態(tài)分布，即：式中： q（r）—離中心距離為r的某點(diǎn)的比熱流

qm—中心處的比熱流

k—電弧集中系數(shù)由

可推導(dǎo)出：第93頁/共373頁2、電弧參數(shù)對(duì)比熱流的影響1）Ua：Ua增大，r↑k↓qm↓2）Ia：Ia增大，r稍有增大，k下降，q增大，qm增大3）鎢極尖角及直徑dw增大或w增大，qm減小

3、比熱流對(duì)熔池尺寸的影響K↑ 則H↑ B↓ K↓ 則H↓ B↓ （焊速大時(shí)）B↑ （焊速小時(shí)）定義：

式中

為加熱斑點(diǎn)的半徑qm0.005qm第94頁/共373頁§3-2 作用于熔池上的力及力對(duì)熔池的影響

一、使熔池凹陷的作用力1、電弧靜壓力及動(dòng)壓力

Fp、Fc均指向熔池，使之洼凹陷，熱源下移，有利于增 大H。

MIG焊時(shí)的Fp易于導(dǎo)致指狀熔深。

2、細(xì)熔滴的沖擊力 使熔凹陷，增大H，易于導(dǎo)致指狀熔深3、熔池金屬的重力其大小正比于熔池體積，其作用與空間位置有關(guān)1、立、仰、橫焊時(shí)，重力使熔池不穩(wěn)，易于使熔池下墜。2、平焊時(shí)，穩(wěn)定第95頁/共373頁FP及FC電弧力細(xì)熔滴的沖擊力第96頁/共373頁二、影響熔池對(duì)流的力1、TIG焊時(shí)的等離子流力 等離子流挺度較小，碰到熔池后，沿著熔池向外走。因此： 表面：從中心向四周流 中心：從下至上

熔池淺而寬。

2、浮力

中心：從下至上

熔池淺而寬。

1、電磁力熔池上形成斑點(diǎn)時(shí)，電流進(jìn)入熔池后發(fā)散，形成向下的推力，導(dǎo)致渦流換熱。增大熔深第97頁/共373頁

4、表面張力在F的作用下，液金從小的地方向大原地方流。驅(qū)動(dòng)力：體系表面自由能的減少。影響換熱及潤(rùn)濕角，從而影響焊縫的形狀及表面輪廓。1）如：

則表面液態(tài)金屬由中心向四周流，熔池淺而寬。

2）如：

表面液金從四周向中心流，使熔池深而窄。第98頁/共373頁熔池表面熔池表面及內(nèi)部第99頁/共373頁

表面：從中心向四周流 中心：從下至上

熔池淺而寬。

2）含O、S、Bi

正好與前面相反1）不含O、S等表面活性物質(zhì)討論：第100頁/共373頁§3-3 焊縫形狀參數(shù)及工藝因素對(duì)它的影響

一）、焊縫形狀參數(shù)及其與焊縫質(zhì)量的關(guān)系基本參數(shù)有：H、B、a1、熔深H：Hweld=Hpool，直接影響承載能力

2、熔寬B：Bweld=Bpool

3、=B/H被稱為焊縫成形系數(shù)意義：

1）影響氣孔敏感性

2）影響結(jié)晶方向

3）影響中心偏析 大時(shí)較有利，一般應(yīng)大于1.25第101頁/共373頁FHFmFmFHBHaFm第102頁/共373頁HBaFHFmHBFHFm第103頁/共373頁4、余高a：

1）防止因疑固收縮而造成的缺陷

2）增大承受靜載的能力

3）造成應(yīng)力集中

4）疲勞壽命下降 一般規(guī)定：a=03mm或B/a>485、熔合比：母材金屬在焊縫中的含量調(diào)整熔合比可調(diào)整焊縫化學(xué)成分，改善性能。一般通過開坡口來實(shí)現(xiàn)。第104頁/共373頁二）、影響焊縫形狀尺寸的因素（一）焊接電流Ia Ia增大，H增大，a增大，B基本不變

1、 Ia↑ Fa↑→熱源下移→H↑ q=IU↑ →H↑ H=kmI 2、 Ia增大，電弧分布半徑增大但潛入工件深度大，限 制r有效增大，B基本不變。減小。

3、 Ia↑，焊絲熔化量增加，B不變，a↑（二）電弧電壓

Ua↑q增加不多，增大，qm減小，因此，B、增大，H、a 減小。 通常，Ia選定后，Ua也基本上定下來了。總是根據(jù)板厚選Ia ，再由Ia選定Ua。第105頁/共373頁

（三）焊接速度 將q/w

定義為線能量，即單位長(zhǎng)度的焊縫上 輸入的熱量。 w增大時(shí)，q/w減小，H、B、a等均減小 為了促進(jìn)生產(chǎn)率，應(yīng)提高w

，但為了保證焊 透，應(yīng)同時(shí)提高Ia，即采用大電流高速焊，這 種方法易引起咬邊。通常采用雙弧焊或多弧 焊來提高焊接速度。（四）電流的種類及極性

TIG：PA>PKBDCSP>BAC>BDCRPHDCSP>HAC>HDCRP第106頁/共373頁P(yáng)A<PKBDCSP<BAC<BDCRPHDCSP<HAC<HDCRP（五）電極形狀、尺寸、伸出長(zhǎng)度MIG焊：

ds減小qmH、aB

MIG、CO2、SAW等：TIG焊：dw

w

qm

H

B變化不大

Ls減小qmH、a第107頁/共373頁（六）坡口、間隙 用于增大H，調(diào)整熔合比，改善結(jié)晶條件。 坡口、間隙越大，a↓↓

（七）電極傾角 前傾：電弧下液態(tài)金屬厚，電弧潛入深度小，所以 H↓B↑a↓

后傾：相反（八）工件傾角 下坡焊：重力阻止液金后排，電弧潛入深度減小， H↓a↓B↑易于導(dǎo)致滿溢，未焊透等 上坡焊：相反。A過大、咬邊等缺陷

第108頁/共373頁（九）工件材料1、比熱容C：C↑，Vm↓，則H及B↑2、密度：↑則H↓3、板厚： 當(dāng)H<0.6時(shí)，↑則H↓

當(dāng)H>0.6時(shí)，無影響（十）焊劑、藥皮及氣體焊劑： 穩(wěn)弧性差→E↑→B↓H↑大→壓力大→E↑→H↑顆粒度小→壓力大→E↑→H↑氣體：導(dǎo)熱性高、解離嚴(yán)重→弧柱收縮→E↑→H↑第109頁/共373頁§3-3 焊縫缺陷主要有： 氣孔、裂紋、夾渣、未焊透、未熔合、燒穿、咬邊、 焊瘤一）、未焊透 熔焊時(shí)，接頭根部未完全焊透的現(xiàn)象。最易發(fā)生在短路過渡 CO2焊中。 原因： 1、Ia太小

2、υw太大

3、坡口尺寸不合適

二）、未熔合 熔焊時(shí)，焊道與焊道間或焊道與母材間未完全熔化結(jié)合的部 分叫未熔合。原因： 1、高速大電流焊

2、上坡焊

第110頁/共373頁三）、燒穿熔焊時(shí)熔化金屬自焊縫背面流出，形成穿孔的現(xiàn)象叫燒穿。原因： 1、Ia過大

2、焊接速度過小

3、坡口尺寸過大

四）、咬邊沿焊趾的母材部位燒熔成凹陷或溝槽的現(xiàn)象叫咬邊。原因： 1）大電流高速焊

2）角焊縫、焊腳過大或Ua過大

五）、焊瘤熔焊時(shí)熔化金屬流淌到焊縫以外未熔合的母材上形成金屬瘤的現(xiàn)象叫焊瘤。第111頁/共373頁原因： 1、坡口尺寸小

2、Ua過小

3、干伸長(zhǎng)度太大六）、凹坑焊縫表面低于母材表面的部分叫凹坑。原因： 1）Ia太大

2）坡口尺寸太大七）、塌陷焊縫表面塌陷，背面凸起的現(xiàn)象。原因： 1）Ia太大

2）焊接速度太小第112頁/共373頁§3-3 焊縫成型良好焊縫成型的標(biāo)準(zhǔn)：1、無缺陷2、表面過度圓滑基礎(chǔ)：首先要保持住熔池一、平面內(nèi)直縫的焊接1、平焊：最容易成型薄板用單面單道焊厚板：?jiǎn)蚊娑嗟篮?、雙面多道焊最困難的是第一道焊縫：自由成型、強(qiáng)制成型2、其他位置的焊接問題：熔池易于流淌解決方法：強(qiáng)制成型、小電流（脈沖+擺動(dòng)）第113頁/共373頁二、曲面焊縫的焊接環(huán)焊縫、螺旋焊縫e1、焊頭固定：防止熔池金屬的流淌：逆著焊接方向偏移一定位置。2、全位置焊接1）分段2）減小線能量，采用脈沖TIG焊第114頁/共373頁第115頁/共373頁第四章

焊條電弧焊

一、基本要求1、了解焊條電弧焊的原理及特點(diǎn)2、掌握常用弧焊電源的類型及對(duì)弧焊設(shè)備的要求3、了解焊條電弧焊的輔助工具4、掌握焊條電弧焊工藝的特點(diǎn)及工藝參數(shù)的選擇5、掌握焊條電弧焊的基本操作技術(shù)二、重點(diǎn)1、常用弧焊電源的類型及對(duì)弧焊設(shè)備的要求2、焊條電弧焊工藝的特點(diǎn)及工藝參數(shù)的選擇3、焊條電弧焊的基本操作技術(shù)第116頁/共373頁§4-1 焊條電弧焊的原理及特點(diǎn)

目的與要求：了解焊條電弧焊的原理和特點(diǎn)及其適用范圍。一、焊條電弧焊的基本原理焊條電弧焊通常用英文簡(jiǎn)稱SMAW（ShieldedMetalArcWelding）表示。焊條電弧焊是用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法。

焊條電弧焊的過程如圖所示：氣——渣聯(lián)合保護(hù)的熔化焊。

第117頁/共373頁

二、焊條電弧焊的特點(diǎn)1．焊條電弧焊具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）操作靈活，適應(yīng)性強(qiáng)。設(shè)備簡(jiǎn)單，不受焊縫空間位置、接頭形式及操作場(chǎng)合的限制。（2）對(duì)焊接接頭的裝配要求低。（3）可焊材料廣，常用于低碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接。2．焊條電弧焊具有以下缺點(diǎn)：（1）生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。（2）焊縫質(zhì)量依賴性強(qiáng)第118頁/共373頁§4-2 焊條電弧焊設(shè)備及工具

目的與要求：掌握焊條電弧焊設(shè)備的種類、性能特點(diǎn)，了解常用工具的選與使用?；『腹に囈蠛附与娫从腥缦绿攸c(diǎn)：保證引弧容易保證電弧穩(wěn)定保證焊接規(guī)范穩(wěn)定具有足夠?qū)挼暮附右?guī)范調(diào)節(jié)范圍第119頁/共373頁一、對(duì)焊條電弧焊設(shè)備的要求（難點(diǎn)）

1、對(duì)外特性形狀的要求

陡降的外特性電源：對(duì)負(fù)載提供電能的裝置弧焊電源是對(duì)焊接電弧提供電能的裝置電源外特性：電源內(nèi)部參數(shù)一定的情況下，改變負(fù)載時(shí)，電源輸出的電壓的穩(wěn)定值Uy與輸出的電流的穩(wěn)定值Iy之間的關(guān)系曲線——Uy=f(Iy)稱為電源的外特性直流時(shí)，Uy和Iy為平均值，交流電源則為有效值。

陡降特性穩(wěn)定，但短路電流小，不利于引弧，提出外拖特性焊接電源。第120頁/共373頁2、對(duì)空載電壓的要求交流55～70V直流45～85V

規(guī)則：在保證引弧容易和電弧穩(wěn)定的條件下，采用盡可能低的空載電壓。交流弧焊電源：U0=55~70V直流弧焊電源：U0=45~85V一般規(guī)定空載電壓不得超過100V，特殊情況下，要超過100V，必須具有自動(dòng)防觸電裝置。電源空載電壓的要求保證引弧容易：引弧時(shí)，需要焊條或焊絲與工件接觸，因兩者之間往往存在銹污等雜質(zhì)，需要高的空載電壓擊穿接觸面，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通；電離在初始階段需要高的電場(chǎng)。保證電弧穩(wěn)定燃燒：U0≥(1.8~2.25)Uf保證電弧的功率穩(wěn)定性：2.5>U0/Uf>1.57經(jīng)濟(jì)性：材料多、質(zhì)量大、效率低保證人身安全。第121頁/共373頁3、對(duì)電流調(diào)節(jié)特性的要求

電流比較小，空載電壓比較低，調(diào)節(jié)不理想，主要是小電流時(shí)，空載電壓低，不易引弧和保證電弧穩(wěn)定燃燒空載電壓不變，依靠調(diào)節(jié)陡降程度來調(diào)節(jié)電流，效果比較好?？蛰d電壓隨著電流的增大而減小。第122頁/共373頁4、對(duì)動(dòng)特性要求（動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性）動(dòng)特性：電弧負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，焊接電源輸出電壓和電流的響應(yīng)過程。可以用弧焊電源與時(shí)間的關(guān)系表征，他表明焊接電源對(duì)負(fù)載的瞬態(tài)改變的適應(yīng)能力。動(dòng)特性好：引弧、重新引燃電弧容易、穩(wěn)定、飛濺少第123頁/共373頁二、常用焊條電弧焊機(jī)簡(jiǎn)介（重點(diǎn)）

1、弧焊變壓器（交流弧焊機(jī)）（BX系列）

動(dòng)鐵（芯）式動(dòng)圈（繞組）式抽頭式

第124頁/共373頁2、直流弧焊發(fā)電機(jī)（AX系列）（已淘汰）

直流弧焊發(fā)電機(jī)直流弧焊發(fā)電機(jī)是由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)弧焊發(fā)電機(jī)組成的機(jī)組。特點(diǎn)：耗電量大，用材料多，噪音。國(guó)家規(guī)定停止生產(chǎn)該類焊機(jī)。第125頁/共373頁3、弧焊整流器

（1）硅弧焊整流器（ZXG系列）

降壓獲得下降外特性特性整流改善控制動(dòng)特性第126頁/共373頁（2）晶閘管式焊整流器（ZX5系列）主要特點(diǎn)：動(dòng)特性好（電磁慣性?。┛刂菩院茫ㄐ」β士刂拼蠊β剩┕?jié)能（空載電壓低，無機(jī)械損耗）省材料噪音小設(shè)備復(fù)雜第127頁/共373頁4、弧焊逆變器（ZX7系列）

特點(diǎn)：省料、質(zhì)量輕、體積?。簜鹘y(tǒng)弧焊電源用工頻傳送電能，而逆變電機(jī)使用幾千到幾萬Hz的頻率傳送電能。制作變壓器的用料與頻率成反比，因而逆變電機(jī)的重量為普通電機(jī)的1/5到1/10，體積為原來的1/3左右。高效節(jié)能：變壓器處于開關(guān)狀態(tài)，變壓器采用鐵損小的材料。從而效率高，可達(dá)80-90%；主電路有電容，從而功率因數(shù)高。第128頁/共373頁★四者的性能特點(diǎn)比較

▲補(bǔ)充：弧焊電源的選擇與正確使用改善工藝性能工作頻率高，需要的濾波電感小，電磁慣性小，動(dòng)特性好可以進(jìn)一步逆變第129頁/共373頁三、焊條電弧焊所用工具

1、電焊鉗（300A、500A）

300A和500A兩種要求絕緣隔熱

2、面罩/護(hù)目鏡

第130頁/共373頁3、焊條保溫筒

低氫型焊條使用

4、焊縫尺5、渣錘

6、鋼絲刷

7、氣鏟、角磨機(jī)第131頁/共373頁

一、焊接接頭形式、坡口和焊縫

1、接頭形式

對(duì)接接頭：兩焊件端面相對(duì)平行的街頭。T型接頭：一焊件表面與另一焊件面構(gòu)成直角或近似直角的接頭。角接街頭：兩鋼板端面構(gòu)成大于30度小于135度夾角的接頭。搭接街頭：兩鋼板部分重疊構(gòu)成的接頭。§4-3 焊條電弧焊工藝

目的與要求：了解并掌握焊條電弧焊工藝的內(nèi)容、工藝參數(shù)與措施的制定。第132頁/共373頁2、坡口：焊透調(diào)熔合比

第133頁/共373頁3、焊縫的空間位置

其表示法參見GB/T324-1988第134頁/共373頁

二、焊接工藝參數(shù)及選擇（重點(diǎn)、難點(diǎn)）

焊接工藝參數(shù)的內(nèi)容；Φ、Ι、U、V……

1、焊條直徑：2.0、3.2、4.0mm……

選擇依據(jù)：板厚、位置、層數(shù)、接頭形式

（原則：能大則大→效率高）

第135頁/共373頁第136頁/共373頁第137頁/共373頁第138頁/共373頁三、焊條電弧焊的基本操作技術(shù)

引弧(1)劃擦法---先將焊條對(duì)準(zhǔn)焊件，再將焊條像劃火柴似的在焊件表面輕輕劃擦，引燃電弧，然后迅速將焊條提起2-4mm，并使之穩(wěn)定燃燒，(2)直擊法---將焊條末端對(duì)準(zhǔn)焊件，然后手腕下彎，使焊條輕微碰一下焊件，再迅速將焊條提起2~4mm，引燃電弧后手腕放平，使電弧保持穩(wěn)定燃燒。這種引弧方法不會(huì)使焊件表面劃傷，又不受焊件表面大小、形狀的限制,所以是在生產(chǎn)中主要采用的引弧方法。但操作不易掌握，需提高熟練程度。

第139頁/共373頁2．運(yùn)條運(yùn)條是焊接過程中最重要的環(huán)節(jié)，它直接影響焊縫的外表成形和內(nèi)在質(zhì)量。電弧引燃后，一般情況下焊條有三個(gè)基本運(yùn)動(dòng)：朝熔池方向逐漸送進(jìn)沿焊接方向逐漸移動(dòng)橫向擺動(dòng)常用的運(yùn)條方法：

(1)直線形運(yùn)條法

(2)直線往復(fù)運(yùn)條法

(3)鋸齒形運(yùn)條法

(4)月牙形運(yùn)條法

(5)三角形運(yùn)條法

(6)圓圈形運(yùn)條法第140頁/共373頁3．焊縫收尾

焊縫收尾時(shí)，為了不出現(xiàn)尾坑，焊條應(yīng)停止向前移動(dòng)，而采用劃圈收尾法或反復(fù)斷弧法等自下而上地慢慢拉斷電弧，以保證焊縫尾部成形良好。(1)劃圈收尾法---焊條移至焊道的終點(diǎn)時(shí)，利用手腕的動(dòng)作做圓圈運(yùn)動(dòng)，直到填滿弧坑再拉斷電弧。該方法適用于厚板焊接，用于薄板焊接會(huì)有燒穿危險(xiǎn)。(2)反復(fù)斷弧法---焊條移至焊道終點(diǎn)時(shí)，在弧坑處反復(fù)熄弧、引弧數(shù)次，直到填滿弧坑為止。該方法適用于薄板及大電流焊接，但不適用于堿性焊條，否則會(huì)產(chǎn)生氣孔。(3)轉(zhuǎn)移收尾法---焊條移到焊縫終點(diǎn)時(shí)，在弧坑處稍作停留，將電弧慢慢拉長(zhǎng)，引導(dǎo)焊縫邊緣的母材坡口內(nèi)。適用于堿性焊條，在焊條的更換，臨時(shí)?；r(shí)常用。第141頁/共373頁第五章

埋弧焊

一、基本要求1、了解埋弧焊特點(diǎn)及應(yīng)用2、熟練掌握埋弧焊的治金特點(diǎn)3、掌握自動(dòng)焊的焊接焊接參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)原理及方法4、了解埋弧焊焊機(jī)的分類及基本原理5、熟練掌握埋弧焊工藝三、重點(diǎn)1、埋弧焊的治金特點(diǎn)3、自動(dòng)焊的焊接焊接參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)原理及方法4、埋弧焊焊機(jī)的分類及基本原理5、掌握埋弧焊工藝第142頁/共373頁基本原理第143頁/共373頁5-1 埋弧焊的特點(diǎn)及應(yīng)用一）、埋弧焊的特點(diǎn)焊劑下燃燒，依靠熔渣保護(hù)，效果好。1、優(yōu)點(diǎn)

1） 生產(chǎn)率高，因?yàn)椋篴）電流密度大，b）η大

2） 焊縫質(zhì)量好，因?yàn)椋篴）熔渣的保護(hù)效果好，b）焊接 參數(shù)穩(wěn)定；

3） 勞動(dòng)條件好 勞動(dòng)強(qiáng)度低，無弧光輻射。2、缺點(diǎn)

a)

僅用于平焊

b)

不能焊Al、Ti等活潑金屬

c)

只能焊長(zhǎng)焊縫

d)

只適于厚板E大、電流小時(shí)電弧不穩(wěn)

第144頁/共373頁二）、應(yīng)用1、 適用的材料 低碳鋼，HSLA，st-st，耐熱鋼，Cu等。2、 部門 造船、鍋爐、壓力容器、機(jī)車等第145頁/共373頁§5-2 埋弧焊的冶金特點(diǎn)一）、焊劑、焊絲及其配合（一）焊劑1、作用： 1）保護(hù)

2）穩(wěn)弧

3）冶金、脫氧及合金化2、要求： 1）良好的冶金性能

2）良好的工藝性能

a）穩(wěn)定燃燒

b）易脫渣

c）成形好3、焊劑的分類及常用焊劑

1）按制造方法分類：

a）熔煉焊劑

b）非熔煉：燒結(jié)、陶質(zhì)

第146頁/共373頁2）按成分分類

MnO：無錳焊劑MnO<2%

低錳焊劑MnO=2∽15%

中錳焊劑MnO=15∽30%

高錳焊劑MnO>30%

SiO2： 低硅焊劑SiO2<10%

中硅焊劑SiO2=10∽30%

高硅焊劑SiO2>30%第147頁/共373頁CaF2

： 低氟焊劑CaF2<10%

中氟焊劑CaF2

=10∽30%

高氟焊劑CaF2

>30%焊劑牌號(hào)焊劑XYZX-表示MnO含量，1-無錳、2-低錳、3-中錳、4-高錳Y- 表示CaF2

、SiO2

含量，1、2、3表示低F（ 1-低Si、2-中Si、4-高Si），4、5、6表示中 F（4-低Si、5-中Si、6-高Si），7、8表示高 F（7-低Si、8-中Si）焊劑431—高錳高硅低氟焊劑第148頁/共373頁（二）焊絲 一般用焊接用鋼絲，與焊條鋼芯相同d=1.6∽6mm

對(duì)于低碳鋼：H08MnH08MnA

（三）焊劑和焊絲的選用 合適匹配，才能保證焊縫化學(xué)成分，保證性能。 低碳鋼： 高錳高硅焊劑+H08Mn或H08MnA

低錳或五錳焊劑+H08MnA或H10Mn2HSLA中錳中硅焊劑低錳中硅焊劑+與母材等強(qiáng)度的焊絲

第149頁/共373頁耐熱鋼

不銹鋼

中硅焊劑或低硅焊劑+與母材成分相當(dāng)?shù)暮附z

二）、埋弧焊的冶金反應(yīng)冶金反應(yīng)指熔渣與液金及氣體之間的反應(yīng)。以低碳鋼為例討論冶金反應(yīng)。選用H08MnA及焊劑431。1、Si、Mn還原反應(yīng) （SiO2）+2[Fe]=2（FeO）+[Si]+ΔG

（MnO）+[Fe]=（FeO）+[Mn]+ΔG ΔG>0，即反應(yīng)為吸熱反應(yīng) FeO大部分進(jìn)入渣 Si、Mn進(jìn)入熔池，合金化

Si鎮(zhèn)靜熔池、Mn抵消S的不利作用。

第150頁/共373頁1）反應(yīng)方向 ① 熔池前部，焊絲端部熔滴，過渡中的熔滴這三個(gè)區(qū)域均向右進(jìn)行，反應(yīng)程度依次加強(qiáng)； ② 熔池尾部溫度低，反應(yīng)向左進(jìn)行 ③ 總反應(yīng)結(jié)果為還原，因?yàn)椋?/p>

a）尾部存在時(shí)間短。

b）溫度低、速度快。

c）熔池中FeO很少。第151頁/共373頁2）影響因素 ①焊劑成分 焊劑中SiO2量增大，ΔSi（過渡的Si量）增 大，ΔMn降低 焊劑中MnO量增大，ΔMn（過渡的Mn量） 增大。

（SiO2）+2[Mn]=[Si]+2（MnO）

②焊絲中的Si、Mn含量 焊絲中Si含量增大，ΔSi減小，ΔMn增大 焊絲中Mn含量增大，ΔMn減少，ΔSi增大第152頁/共373頁

③焊劑堿度 堿度增大，自由態(tài)MnO含量增大，ΔMn↑

堿度增大，自由態(tài)SiO2含量減小，ΔSi↓

④焊接規(guī)范

a）Ia：Ia↑，熔渣量減少，ΔSi↓ΔMn↓ b）Ua：Ua↑，熔渣量增大，ΔSi↑ΔMn↑

2第153頁/共373頁2、碳的燒損埋弧焊焊接區(qū)內(nèi)為弱氧化性，C被氧化[C]+O=CO↑[C]+[FeO]=[Fe]+CO↑2[C]+（SiO2）=Si+2CO↑CO逸出時(shí)對(duì)熔池有攪拌作用，有利于H折出

影響因素： ①焊絲母材中的含碳量 ②[Si]↑抑制燒損，鎮(zhèn)靜熔池第154頁/共373頁3、雜質(zhì)S、P的限制 嚴(yán)格限制焊劑中S、P含量。

S—熱裂紋，由共晶Fe+FeS P—降低低溫韌性

4、去除熔池中的H a)

工藝措施：去除油污、水分、鐵銹。

b)

冶金措施 ①結(jié)合成HF

利用CaF2 CaF2=CaF+F 2CaF2+2SiO2=2CaSiO3+SiF4 SiF4=SiF+3F F+H=HF第155頁/共373頁②結(jié)合成羥基OH

利用MnO、MgO、SiO2等

MnO+H=Mn+OH MgO+H=Mg+OH SiO2+H=Si+OH CO2+H=CO+OH第156頁/共373頁埋弧焊冶金反應(yīng)的一般特點(diǎn)：1、熔池存在時(shí)間長(zhǎng)，冶金反映充分，氣孔、夾渣少。2、空氣不易侵入焊接區(qū)域，焊縫中的含氮量低，只有0.002%左右。3、焊縫化學(xué)成分穩(wěn)定。第157頁/共373頁§5-3 埋弧焊設(shè)備及的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

一、設(shè)備(一）組成 電源、送絲機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、焊劑輸送及回收裝置、程序控制系統(tǒng)。1、電源 直流、交流電源。如果焊劑中含有較高的CaF2，則應(yīng)采用直流電源。 空載電壓為70-80V.

額定電流：500-2000A

外特性：送絲機(jī)構(gòu)為等速送絲機(jī)構(gòu)時(shí)，選擇平特性電源 送絲機(jī)構(gòu)為均勻（弧壓反饋）送絲機(jī)構(gòu)時(shí)，選 擇陡降特性電源。2、送絲機(jī)構(gòu)：由送絲電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、送絲輪、校直輪等組成。有兩類：等速送絲機(jī)構(gòu)和均勻（弧壓反饋）送絲機(jī)構(gòu)。第158頁/共373頁細(xì)絲：等速送絲機(jī)構(gòu)粗絲：均勻（弧壓反饋）送絲機(jī)構(gòu)。3、行走機(jī)構(gòu) 由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、其他機(jī)械裝置組成。電動(dòng)機(jī)需要恒速控制，以保證焊接速度不變。4、程序控制系統(tǒng) 控制各個(gè)部分按照預(yù)定順序進(jìn)入工作狀態(tài)。（二）分類1、按照用途 通用：平板對(duì)接、角接等，一般有焊接小車 專用：特定的焊接結(jié)構(gòu)。2、按照送絲方式：等速送絲式和均勻（弧壓反饋）送絲式。3、按照電極形狀：絲極、帶極和板極4、按行走機(jī)構(gòu)：小車式、龍門式、懸臂梁式等5、按焊絲數(shù)量：?jiǎn)谓z、雙絲及多絲埋弧焊機(jī)。

第159頁/共373頁二 焊接參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)自動(dòng)焊：引弧、焊接、熄弧均自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的焊接方法自動(dòng)焊的基本特征：

1）自動(dòng)送絲、自動(dòng)抽絲—送絲電機(jī)拖動(dòng)滾輪自動(dòng)抽絲。

2）電弧自動(dòng)行走—小行電機(jī)拖動(dòng)。

3）焊接參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)

Ia、Ua、W一 焊接速度的自動(dòng)調(diào)節(jié) 利用電機(jī)拖動(dòng)焊接小車、胎夾具或工件來進(jìn)行焊接，焊接速度直接由拖動(dòng)電機(jī)決定，因此焊接速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)問題就是電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)問題。 自動(dòng)弧焊機(jī)一般采用直流拖動(dòng)系統(tǒng)。引起電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)的主要因素是電網(wǎng)電壓波動(dòng)及拖動(dòng)負(fù)載的波動(dòng)。為了克服這兩個(gè)干擾因素，維持轉(zhuǎn)速恒定，通常采用轉(zhuǎn)子調(diào)壓式控制方法。第160頁/共373頁

采用

? 電樞電壓負(fù)反饋

? 電勢(shì)負(fù)反饋

? 電樞電流正反饋

? 測(cè)速發(fā)電機(jī)負(fù)反饋等進(jìn)行控制。二 焊接電流及電弧電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié) （一）影響Ia、Ua的因素

Ia、Ua由靜態(tài)工作點(diǎn)決定，即由電弧靜特性與 電源外特性決定。凡影響這兩個(gè)特性曲線的因素，均 影響Ia、Ua 1、電弧靜特性影響因素

1）弧長(zhǎng)波動(dòng)：

a）送絲速度波動(dòng)

b）焊距—工件間距變化

2）弧柱氣氛變化，E變化第161頁/共373頁2、電源外特性的影響因素

1) 網(wǎng)壓波動(dòng)

2) 元件的性能變化以上因素中弧長(zhǎng)變化影響最大，原因：1）la本身很短，10mm左右；

2）易發(fā)生波動(dòng)；

3）E較大。 因此Ia、Ua恒值控制轉(zhuǎn)化為弧長(zhǎng)的恒值控制問題。 弧長(zhǎng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式有兩種：等速送絲調(diào)節(jié)系統(tǒng)的自身調(diào)節(jié)及均勻送絲系統(tǒng)的電弧。第162頁/共373頁IOU第163頁/共373頁弧長(zhǎng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式有兩種：? 等速送絲調(diào)節(jié)系統(tǒng)的自身調(diào)節(jié)? 均勻送絲系統(tǒng)的電弧電壓反饋調(diào)節(jié)。三、電弧自身調(diào)節(jié)（等速送絲系統(tǒng)） 焊絲以恒定的速度送進(jìn)，弧長(zhǎng)波動(dòng)時(shí)，熔化速度發(fā)生變化，依靠熔化速度的變化調(diào)節(jié)弧長(zhǎng)，使其恢復(fù)到原來的長(zhǎng)度。 電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)滿足的條件：

?

m

（熔化速度）=f（送絲速度），

? 弧長(zhǎng)保持不變

? 導(dǎo)電嘴離開工件的距離不變第164頁/共373頁一）等速送絲系統(tǒng)的靜特性 m=kiI–kuU ki熔化速度隨電流的變化系數(shù)，影響因素：電流、 焊絲電阻率、伸出長(zhǎng)度、焊絲直徑

ku熔化速度隨電壓的變化系數(shù)；影響因素：弧長(zhǎng)， 電場(chǎng)強(qiáng)度。電弧穩(wěn)定時(shí)： m=f則有：等速送絲系統(tǒng)的靜特性方程第165頁/共373頁等速送絲系統(tǒng)的靜特性曲線，又叫等熔化曲線、C曲線。 熔化速度（送絲速度）與電流及電壓之間的關(guān)系下圖所示。在不同的弧長(zhǎng)范圍，熔化速度與電流及電壓的關(guān)系不同，其調(diào)節(jié)原理也由所不同。mAUIBC第166頁/共373頁IOU影響因素：1、弧長(zhǎng)：長(zhǎng)弧時(shí)，垂直于電流軸 短弧時(shí)，ku較大，不能忽略不計(jì)。熔化速度隨著弧長(zhǎng)的縮短而增大。2