熔焊方法及設(shè)備復(fù)習(xí)資料

1.焊接電弧：由焊接電源提供能量，在具有一定電壓的兩電極之間或電極與母材之間的氣體介質(zhì)中產(chǎn)生的強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象。焊接電弧的物質(zhì)本質(zhì):在具有一定電壓的兩電極之間的氣體介質(zhì)中所產(chǎn)生的電流最大、電壓最低、溫度最高、發(fā)光最強(qiáng)的自持放電現(xiàn)象。2.氣體放電的條件，電弧放電的條件：電場(chǎng)；帶電粒子電弧中帶電粒子的產(chǎn)生：電弧中氣體介質(zhì)的電離和電極的電子發(fā)射。（1）電離：再外加能量的作用下，原子分離成→正離子，電子。1eV11.610191.61019J電離能Wi（電子伏eV）電離電壓Ui（V)Wi=eUi，電離電壓低→電離能低，產(chǎn)生帶電粒子容易→電弧越穩(wěn)定?？偨Y(jié)：金屬氣體原子的電離電壓比較低。氣體分子也可以發(fā)生電離，一般較困難，如CO2（13.7），F(xiàn)e（7.9）。穩(wěn)弧劑機(jī)理：幾種氣體同時(shí)存在時(shí)，電離電壓低的首先被電離，如Na（5.1），而且如果供應(yīng)充分，幾乎主要是其電離。電離需要能量，能量如何獲得？（2）激勵(lì)：外加能量不足以使電子完全脫離氣體分子或原子時(shí)，而使電子從較低的能級(jí)轉(zhuǎn)移到較高能級(jí)的現(xiàn)象。3、（氣體）電離的種類(lèi)（1）熱電離定義：氣體里受熱的作用而產(chǎn)生的電離。實(shí)質(zhì)為氣體粒子受熱溫度升高而產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)和相互之間激烈的碰撞而產(chǎn)生的電離。電子與氣體粒子的非彈性碰撞是最有效的。主要發(fā)生區(qū)域：弧柱區(qū)（2）場(chǎng)致電離定義：當(dāng)氣體中有電場(chǎng)作用時(shí)，氣體中的帶電粒子被加速，電能被轉(zhuǎn)換為帶電粒子的動(dòng)能，當(dāng)動(dòng)能增加到一定程度時(shí)能與中性粒子產(chǎn)生非彈性碰撞，使之電離。實(shí)質(zhì)E→V↑,非彈性碰撞電離電子與氣體粒子的碰撞是最主要的；連鎖反應(yīng)；主要發(fā)生區(qū)域：兩極區(qū)，E=105～107V/cm,弧柱10V/cm。（3）光電離定義：中性粒子接受光輻射的作用而產(chǎn)生的電離。臨界波長(zhǎng)問(wèn)題；次要途徑問(wèn)題：既然電子的非彈性碰撞導(dǎo)致氣體電離，產(chǎn)生電弧，那么起初高速運(yùn)動(dòng)（較大動(dòng)能）的電子，而且具有一定數(shù)量，從哪里來(lái)的？4(陰極）電子發(fā)射（1）熱發(fā)射：金屬表面承受熱作用而產(chǎn)生電子發(fā)射的現(xiàn)象。電子發(fā)射時(shí)從金屬表面帶走能量，故能對(duì)金屬產(chǎn)生冷卻作用。當(dāng)電子被另外的同種金屬表面接受時(shí)，將釋放能量，使金屬表面加熱。熱陰極與熱陰極電弧:冷陰極與冷陰極電?。?）場(chǎng)致發(fā)射定義，強(qiáng)電場(chǎng)；兩極區(qū)，E=105～107V/cm,弧柱10V/cm；冷陰極電弧電子發(fā)射的主要形式（3）（4）光發(fā)射定義；次要途徑，無(wú)冷卻粒子碰撞發(fā)射定義；陰極區(qū)，正離子對(duì)陰極表面的撞擊。對(duì)冷陰極電弧，有時(shí)是一個(gè)重要形式1.2焊接電弧的產(chǎn)生過(guò)程1.2.1接觸式引?。?）短路接觸點(diǎn)產(chǎn)生大量電阻熱，并熔化液態(tài)金屬間層；（2）分離E↑,金屬蒸氣,藥皮蒸氣→場(chǎng)致發(fā)射,場(chǎng)致電離（3）燃弧T↑↑,E→發(fā)射,電離與復(fù)合平衡應(yīng)用:熔化極的電弧焊1.2.2非接觸式引弧1激發(fā)高壓脈沖,高頻振蕩,小氣隙→E↑↑→場(chǎng)致發(fā)射,場(chǎng)致電離2燃弧帶電粒子產(chǎn)生和消失，能量的釋放和消耗達(dá)動(dòng)態(tài)平衡，穩(wěn)定燃燒。應(yīng)用:不熔化極（烏極氬弧焊，等離子弧焊）1.3焊接電弧的構(gòu)造及其導(dǎo)電機(jī)構(gòu)1.3.1焊接電弧的構(gòu)造焊接電弧是由陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)和弧柱區(qū)三部分構(gòu)成的。這三部分尺寸不同,電壓降也不同。Ua=Uk+Uc+UA1.3.2焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)1、弧柱區(qū)導(dǎo)電機(jī)構(gòu)（1）99.9%電子流、0.1正離子流；（2）電中性，E小，UC很小，等離子體；（3）電離←→復(fù)合。T高；（4）電能→熱能，機(jī)械能，光能2、陰極區(qū)導(dǎo)電機(jī)構(gòu)（1）熱發(fā)射型W,C等熱陰極，大電流；熱發(fā)射提供弧柱所需電子；與弧柱無(wú)區(qū)別，UK很小，無(wú)陰極斑點(diǎn)；大電流TIG(2)場(chǎng)致發(fā)射型CuFeAl等冷陰極材料，WC小電流；熱發(fā)射不足，正電荷堆積E，Uk↑,場(chǎng)致發(fā)射，場(chǎng)致電離（界面），提供99.9%電子流.電流組成Ie+Ii；陰極斑點(diǎn)、尋氧化膜，跳動(dòng)；MIG3、陽(yáng)極區(qū)導(dǎo)電機(jī)構(gòu)接收99.9電子流、提供0.1%正離子流。（1）熱電離型溫度高、j大，金屬氣蒸，電離；UA小，無(wú)陽(yáng)極斑點(diǎn)。（2）場(chǎng)致電離型j小，電子堆積，E↑,UA大，場(chǎng)致電離。陽(yáng)極斑點(diǎn)，尋找電離電壓小的純1.3.3最小電壓原理在電流和周?chē)鷹l件一定的情況下,穩(wěn)定燃燒的電弧將自動(dòng)選擇一適當(dāng)?shù)臄嗝?以保證電弧的電場(chǎng)強(qiáng)度具有最小的數(shù)值,即在固定弧長(zhǎng)上的電壓最小。這意味著電弧總是保持最小的能量消耗。EL=U,EIL=P分析：（1）I不變，D↑→S↑→散熱↑→E↑→D↓（2）I不變，D↓→S↓→J↑→R↑→E↑→D↑

（3）強(qiáng)水冷→散熱↑→E↑→D↓1.4焊接電弧的電特性1.4.11.4.2焊接電弧的靜特性定義：在電極材料、氣體介質(zhì)和弧長(zhǎng)一定的情況下，電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，焊接電流與電弧電壓變化的關(guān)系，也稱(chēng)伏-安特性。1.4.2焊接電弧的動(dòng)特性對(duì)于一定弧長(zhǎng)的電弧，當(dāng)電弧電流發(fā)生連續(xù)快速變化時(shí)，電弧電壓與電流瞬時(shí)值之間的關(guān)系，稱(chēng)為焊接電弧的動(dòng)特性。它反映了電弧的導(dǎo)電性對(duì)電流變化的響應(yīng)能力。1.5.1焊接電弧的產(chǎn)熱機(jī)構(gòu)宏觀：焊接電弧能量來(lái)自于焊接電源。P=IUK+IUC+IUA＝I（UK+UC+UA）微觀：帶電粒子不斷地產(chǎn)生、消失和運(yùn)動(dòng)，便構(gòu)成了能量的轉(zhuǎn)變和傳遞過(guò)程。1.弧柱區(qū)產(chǎn)熱熱，光、機(jī)械（力）2.陰極區(qū)產(chǎn)熱3.陽(yáng)極區(qū)產(chǎn)熱1.5.2焊接電弧的溫度分布1、軸向溫度分布兩電極的溫度較低，弧柱區(qū)溫度較高2、徑向溫度分布弧柱溫度最高，兩極次之，中心溫度高，周邊溫度低。1.6.1焊接電弧力1、電磁收縮力（電弧靜壓力直徑不同將引起壓力差;電弧靜壓力，指向小D到大D2、等離子流力（電弧動(dòng)壓力）主因：F推→高溫氣體離子運(yùn)動(dòng)，不斷補(bǔ)充電離抽吸作用，氣泵。方向：焊絲（電極）→工件;形態(tài)：中心速度大102m/s，壓力大，動(dòng)壓力大。影響：指狀熔深3斑點(diǎn)壓力包括：(1)正離子與電子對(duì)電極的撞擊力(2)電磁收縮力；(3)電極材料蒸發(fā)反作用力陰極斑點(diǎn)力大于陽(yáng)極斑點(diǎn)力。1.6.2焊接電弧力的影響因素熔化極焊，焊絲不建議接陰極

（1）焊接電流和電弧電壓（2）電極與焊絲增大電流，及減小電壓會(huì)使電弧力增大。（3）氣體介質(zhì)1.7.2焊接電弧穩(wěn)定性的影響因素2.1焊絲的加熱與熔化焊絲熔化的熱源熔化極電弧焊：焊絲的熔化主要依靠陰極區(qū)或者陽(yáng)極區(qū)產(chǎn)生的熱量以及焊絲伸出長(zhǎng)度上的電阻熱?；≈鶇^(qū)產(chǎn)生的熱量對(duì)于焊絲的加熱熔化作用比較小。非熔化極電弧焊：弧柱區(qū)產(chǎn)熱熔化焊絲熔化極電弧焊焊絲的作用：作為電弧的一個(gè)電極；提供熔化金屬作為焊縫金屬的一部熔化速度（vm):單位時(shí)間熔化焊絲的重量或長(zhǎng)度m/h;g/h熔化系數(shù)（αm）:單位時(shí)間和電流熔化焊絲的重量或長(zhǎng)度m/hA;g/hA熔敷速度（vy):單位時(shí)間熔敷在焊件上的金屬量g/h熔敷系數(shù)（αy）:單位時(shí)間和電流敷在焊件上的金屬量g/hA熔敷率：飛濺率：損失率：2.1.3影響焊絲熔化速度的因素（1）電流：電流↑→熔化速度↑（2）電壓：較長(zhǎng)弧長(zhǎng)范圍內(nèi)，電壓變化→不影響焊絲的熔化在較短弧長(zhǎng)范圍內(nèi)，電壓↓→熔化速度↑（固有調(diào)節(jié)）在更短弧長(zhǎng)范圍內(nèi)，電壓↓→熔化速度↓

（3）電流極性：焊絲為陰極時(shí)，熔化速度大，（4）氣體介質(zhì)：反接時(shí)介質(zhì)的影響不大，正接時(shí)介質(zhì)的影響比較復(fù)雜，無(wú)明顯規(guī)律（5）伸出長(zhǎng)度：Ls↑→熔化速度↑（6）焊絲直徑：d↑→熔化速度2.2熔滴上的作用力（1）重力（促進(jìn)或阻礙熔滴過(guò)渡）（2）表面張力（促進(jìn)或阻礙熔滴過(guò)渡）（3）電磁收縮力（促進(jìn)或阻礙熔滴過(guò)渡）（4）等離子流力（促進(jìn)熔滴過(guò)渡）（5）斑點(diǎn)壓力（阻礙熔滴過(guò)渡）（6）爆破力（促進(jìn)熔滴過(guò)渡造成飛濺）（7）電弧氣體吹力（促進(jìn)熔滴過(guò)渡）1）除重力、表面張力、爆破力外，其余力都與電弧形態(tài)有關(guān)。2）熔滴上的作用力對(duì)熔滴過(guò)渡的影響應(yīng)從焊縫空間位置、熔滴過(guò)渡形式、電弧形態(tài)、工藝條件等綜合考慮。3）在不同的焊接條件下，力的種類(lèi)、大小不同，形成了不同的熔滴過(guò)渡形式2.3熔滴過(guò)渡的主要形式及其特點(diǎn)規(guī)律：隨著電流的增加，熔滴過(guò)渡的體積減小、頻率加快。2.3.1短路過(guò)渡?特點(diǎn)?l）短路過(guò)渡是燃弧、短路交替進(jìn)行。調(diào)節(jié)燃弧時(shí)間或熄弧時(shí)間即可調(diào)節(jié)對(duì)焊件的熱輸入，控制母材熔深。?2）短路過(guò)渡時(shí)所使用的焊接電流（平均值）較小，但短路時(shí)的峰值電流可達(dá)平均電流的幾倍，既可避免薄件的焊穿又能保證熔滴順利過(guò)渡，有利于薄板焊接或全位置焊接。?3）短路過(guò)渡一般采用細(xì)絲（或細(xì)焊條），焊接電流密度大，焊接速度快，故對(duì)焊件熱輸入低，而

且電弧短，加熱集中，可減小焊接接頭熱影響區(qū)寬度和焊件變形。短路過(guò)渡穩(wěn)定性頻率高，穩(wěn)定性好。?燃弧時(shí)間---短路時(shí)間?燃弧時(shí)間：焊接參數(shù)（Ia，Ua，vf?短路時(shí)間?電源動(dòng)特性(1)（合適的）電流上升率di/dt(2)（適當(dāng)?shù)模┒搪纷畲箅娏鱅m；(3)（快的）空載電壓恢復(fù)速度dU/dt搭橋過(guò)渡接觸過(guò)渡。無(wú)電流。電弧熱與熔池接觸，表面張力、重力和電弧滴狀過(guò)渡舉例：（1）氬氣介質(zhì)中，由于電弧電場(chǎng)強(qiáng)度低，弧根比較擴(kuò)展，并且在熔滴下部弧根的分布是對(duì)稱(chēng)于熔滴的，因而形成粗滴過(guò)渡（2）CO2氣體保護(hù)焊時(shí)，由于氣體分解吸熱對(duì)電弧的冷卻作用，使電弧的電場(chǎng)強(qiáng)度提高，電弧收縮，弧根面積減小，增加了斑點(diǎn)壓力而阻礙熔滴過(guò)渡，并形成排過(guò)斥渡。（3）直流正接，由于斑點(diǎn)壓力很大，無(wú)論氬氣還是二氧化碳保護(hù)，都有明顯的排過(guò)斥渡（4）電流比較大時(shí)，相應(yīng)的電磁收縮力增大，表面張力減小，熔滴存在的時(shí)間短，熔滴細(xì)化（一般也大于焊絲直徑），過(guò)渡頻率增加，形成細(xì)滴過(guò)渡或稱(chēng)為細(xì)顆粒過(guò)渡，電弧穩(wěn)定性比較高，飛濺少，焊縫質(zhì)量高。1.射滴過(guò)渡條件：大電流、大弧壓，富氬2射流過(guò)渡優(yōu)點(diǎn)：（1）電弧穩(wěn)定、飛濺少、焊縫成形好。（2）保護(hù)氣體擾動(dòng)小，保護(hù)好，焊縫質(zhì)量好。（3）熱流集中，功率大，熔透強(qiáng)，生產(chǎn)率高。2.3.4渣壁過(guò)渡渣壁過(guò)渡是焊條電弧焊和埋弧焊中出現(xiàn)的一種熔滴過(guò)渡形式。熔滴沿渣壁流下，落入熔池。

?3.1焊縫形成過(guò)程及焊縫形狀尺寸3.1.1焊縫成形過(guò)程電弧熱作用形成熔池；力作用下保持熔池形狀；熱源移過(guò)熔池凝固形成焊縫；焊縫形狀決定于熔池形狀；熔池形狀受電?。?、力），接頭形式、空間位置、坡口、間隙、熔滴過(guò)渡形式的影響。3.1.2焊縫形狀尺寸H－焊縫熔深；B－焊縫熔寬；h－焊縫余高；Ah－填充金屬熔化面積；AM－母材熔化面積；φ－焊縫成形系數(shù)=焊縫寬度／熔深ψ－余高系數(shù)＝焊縫寬度/余高γ－熔合比（母材在焊縫中占的比例1.焊縫與熔池的關(guān)系及焊縫形成（1）焊縫形狀決定于熔池的形狀（2）熔池的形狀要受電?。?、力）、接頭形式、空間位置、坡口、間隙、熔滴過(guò)渡形式等等有關(guān)。（3）最希望的焊接空間位置？保證位置的措施（翻轉(zhuǎn)、強(qiáng)迫成型裝置）3.2熔池形狀與電弧熱的關(guān)系PPUI焊接電弧熱輸入'PP'P工件熱輸入功率電弧熱功率sP'P'P’中熱損失包括：（1）弧柱的散熱（輻射，對(duì)流，傳導(dǎo)）；（2）焊槍和電極的散熱；（2）藥皮、焊劑的損失；（4）飛濺的損失。點(diǎn)移動(dòng)熱源計(jì)算得出近似基本規(guī)律：?B=2H,近似與成正比，與成反比?熔池尾部長(zhǎng)度與P成正比，受焊速影響不大?熔池前部長(zhǎng)度隨P成正比，與焊速成反比?面熱源假設(shè)的計(jì)算結(jié)論：I增大，P’增大，P增大，r增大，qm增大，k減小熔深增大，熔寬也增大（不考慮凹陷3.3熔池受到的力及其對(duì)焊縫成形的影響1、熔池金屬的重力影響與跟焊縫空間位置有關(guān)2、表面張力阻礙金屬流動(dòng)，保持熔池形狀影響熔池輪廓及表面形狀成份與溫度表面張力梯度（成分，溫度），影響HB3電弧力斑點(diǎn)壓力-渦流-加大H；電弧靜壓力-凹陷-熔寬；電弧動(dòng)壓力-指狀熔深4熔滴沖擊力射流過(guò)渡，熔滴沖擊力，指狀熔深。3.3焊接參數(shù)和工藝因素對(duì)焊縫成形的影響1.焊接電流(主要影響熔深)：I↑→熔深↑、熔寬稍↑、余高↑2.電弧電壓(主要影響熔寬)：U↑→熔寬↑、熔深↓、余高↓3.焊接速度：v↑→熔深↓、熔寬↓、余高↓注：焊接電流決定熔深，電壓決定熔寬。3.4.2焊接電流種類(lèi)和極性、電極尺寸對(duì)焊縫成形的影響1、電流種類(lèi)、極性（1）非熔化極：

正接：H↑,W燒損?。?yáng)極產(chǎn)熱多）反接：H↓,W燒損大，陰極清理作用交流：O(∩_∩)O（2）熔化極：正接：H↓,B↓，熔滴過(guò)渡困難（陰極產(chǎn)熱多，不用，除非堆焊）反接：H↑，B↑，（陰極產(chǎn)熱多，陽(yáng)極斑點(diǎn)力小，熔滴過(guò)渡容易，陰極清理作用）交流：不用。2、鎢極端部形狀焊絲直徑伸出長(zhǎng)度（1）鎢極尖集中系數(shù)k增加，qm增加，H↑B↓（2）焊絲直徑細(xì)，電流密度增加，電弧收縮增加，H↑B↓（3）伸出增加，Pm↑→vm↑→h↑3.5焊縫成形控制1）焊接缺陷分裂紋、孔穴、固體夾雜、未熔合和未焊透、形狀缺陷以及其它缺陷。2）電弧焊焊接過(guò)程受焊縫冶金因素和焊接熱循環(huán)的影響，產(chǎn)生焊接缺陷的原因比較復(fù)雜。3）電弧焊的焊縫成形缺陷主要有未熔合和未焊透、燒穿、咬邊、焊瘤、氣孔、夾雜等。3.5.3引、收弧控制引弧及收弧處，焊件傳熱條件差異，成形不均勻，薄弱環(huán)節(jié)1引弧控制（1）引弧處的質(zhì)量隱患（2）引弧工藝要求散熱快，熔池小。HB小，h大，氣孔(1)電弧的啟動(dòng)性能要好，可靠、穩(wěn)定的引燃，一次引弧成功(2)保證引弧處具有滿(mǎn)意的焊縫成形（HBh)和冶金質(zhì)量（3）引弧方法a不熔化極引弧的焊縫成形工藝補(bǔ)償措施1）引弧后停留，預(yù)熱熔透。

2）平板縱縫加引入板及引出板3）若采用接觸短路法引弧，避免夾鎢，在接縫附近放上一塊銅板，作為引弧板。b熔化極的引弧焊縫成形工藝補(bǔ)償措施1）加引入板及引出板；2）厚板開(kāi)坡口多層焊時(shí)，TIG焊封底焊，熔化極蓋面2收弧控制（1）收弧處質(zhì)量隱患凹坑、氣孔、弧坑裂紋（熔化及不熔化極）。粘絲、燒粘導(dǎo)電嘴（熔化極）（2）工藝要求減小對(duì)熔池的熱輸入與電弧力，并保證填滿(mǎn)弧坑（3）非熔化極焊收弧工藝措施填絲容易比不填絲容易填滿(mǎn)弧坑，都應(yīng)該減少熱及力，即衰減電流來(lái)自動(dòng)填滿(mǎn)弧坑（電源附裝置）。（1）反復(fù)幾次突變降低（2）一次突變，保持（3）逐漸衰減（4）脈沖焊時(shí)，同時(shí)突變峰值I、基值I4.2.2電弧自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)本質(zhì)：弧長(zhǎng)變化所引起的焊接參數(shù)變化，使焊絲的熔化速度產(chǎn)生相應(yīng)的變化來(lái)達(dá)到恢復(fù)弧長(zhǎng)的目的，沒(méi)有外界所加的強(qiáng)制作用故稱(chēng)為電弧自身調(diào)節(jié)作用。也稱(chēng)等速送絲調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所有熔化極焊都有這種調(diào)節(jié)作用，細(xì)絲熔化極焊常用TIG焊的特點(diǎn)1.可焊接所有工業(yè)用金屬、合金。2.適用于各種結(jié)構(gòu)、形狀的全位置焊接3.氣體保護(hù)、不用藥劑，無(wú)殘留藥劑的腐蝕問(wèn)題4.焊接性能好，無(wú)飛濺、成型好、變形小、焊后修整簡(jiǎn)單。5.焊接范圍廣,可適用0.3㎜以上不同板厚

6.作業(yè)性好，明弧操作，便于觀察和控制熔池8.