焊接方法與設(shè)備電弧焊

焊接方法與設(shè)備電弧焊2023/6/2第一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日常用焊接方法真空釬焊感應(yīng)釬焊爐中釬焊電阻釬焊鹽浴釬焊火焰釬焊烙鐵釬焊爆炸焊超聲波焊電阻焊擴散焊摩擦焊高能焊堆焊與噴涂電渣焊電弧焊氣焊熔焊壓焊釬焊2023/6/2第二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日二、各種焊接方法分類機概述1、焊接的概念：通過適當?shù)奈锢砘瘜W過程（加熱或者加壓，或者兩者同時進行，用或不用填充材料）使兩個分離的固態(tài)物體產(chǎn)生原子（分子）間結(jié)合力而連接成一體的連接方法。2、焊接方法分類與特點1）熔焊

將兩個被焊件局部加熱并熔化，以克服固間阻礙結(jié)合的障礙，然后冷卻結(jié)晶成為一體的焊接方法。熔焊分為：電弧焊、電渣焊、氣焊、電子束焊、激光焊等。最常見的電弧焊又可以進一步分為：手工電弧焊（焊條電弧焊）、氣體保護焊、埋弧焊、等離子焊等。2023/6/2第三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2）壓焊壓焊焊接件通過加壓（加熱或者不加熱）措施件接觸表面的氧化膜破裂并被塑性流動的金屬擠向界面外部，是潔凈金屬緊密接觸，達到原子間的結(jié)合，最后形成牢固的焊接接頭。是被焊界面金屬產(chǎn)生塑性變形，形成界面金屬原子間的結(jié)合。

壓焊分：電阻焊、高頻焊、擴散連接、摩擦焊、超聲波焊、爆炸焊、變形焊3）釬焊根據(jù)釬料熔點的不同，將釬焊分為軟釬焊和硬釬焊。（1）軟釬焊：軟釬焊的釬料熔點低于450°C，接頭強度較低(小于70MPa)。

（2）硬釬焊：硬釬焊的釬料熔點高于450°C，接頭強度較高(大于200MPa)。

釬焊接頭的承載能力與接頭連接面大小有關(guān)。因此，釬焊一般采用搭接接頭和套件鑲接，以彌補釬焊強度的不足。

2023/6/2第四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日一、焊接的概念：通過適當?shù)奈锢砘瘜W過程（加熱或者加壓，或者兩者同時進行，用或不用填充材料）使兩個分離的固態(tài)物體產(chǎn)生原子（分子）間結(jié)合力而連接成一體的連接方法。

二、電弧的概念：電弧是在一定條件下電荷通過電極間氣體空間的一種導電過程，或者說是一種氣體放電現(xiàn)象。

三電弧中帶電粒子的產(chǎn)生：電弧是由兩個電極和它們之間的氣體空間組成。電弧中的帶電粒子主要依靠兩電極之間的氣體電離和電極發(fā)射電子兩個物理過程所產(chǎn)生的，同時也伴隨著解離、激勵、擴散、復合、負離子的產(chǎn)生等過程。

第一單元電弧焊的基礎(chǔ)知識2023/6/2第五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日

四電離與激勵

（一）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)象稱為電離。

電離的種類：1.熱電離：高溫下氣體粒子受熱的作用相互碰撞而產(chǎn)生的電離稱為熱電離。2.電場電離：帶電粒子從電場中獲得能量，通過碰撞而產(chǎn)生的電離過程稱為電場作用下的電離。3.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。

（二）電子發(fā)射：金屬表面接受一定的外加能量，自由電子沖破金屬表面的約束而飛到電弧空間的現(xiàn)象。

1、熱發(fā)射金屬表面承受熱作用而產(chǎn)生的電子發(fā)射現(xiàn)象。

熱陰極：W、C電極的最高溫度不能超過沸點；冷陰極：FeCuAlMg等。

2、電場發(fā)射：當金屬表面空間存在一定強度的正電場時，金屬內(nèi)的自由電子受此電場靜電庫倫力的作用，當此力達到一定程度時，電子可飛出金屬表面，這種現(xiàn)象稱電場發(fā)射。

2023/6/2第六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日

3、光發(fā)射：當金屬表面接受光輻射時，也可使金屬表面自由電子能量增加，沖破金屬表面的約束飛到金屬外面來，這種現(xiàn)象稱為光發(fā)射。

4、粒子碰撞發(fā)射：高速運動的粒子（電子或離子）碰撞金屬表面時，將能量傳給金屬表面的自由電子，使其能量增加而跑出金屬表面，這種現(xiàn)象稱為粒子碰撞發(fā)射。

在一定條件下，粒子碰撞發(fā)射是電弧陰極區(qū)提供導電所需電子的主要途徑。

（三）.負離子形成

在一定條件下，有些中性原子或分子能吸附一個電子而形成負離子，形成過程中放出熱量。表征形成負離子的能力，用電子親和能表示。親和能大，電弧氣氛中形成的負離子就多，電弧的導電能力就差。

負離子形成一般發(fā)生在電弧的外圍溫度低的區(qū)域，中性原子或分子捕獲運動動能較低的電子2023/6/2第七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日五、焊接電弧的構(gòu)成及其導電特性電弧的組成區(qū)域：陰極區(qū)10-4～10-6cm；弧柱區(qū)10-2～10-3cm陽極區(qū)10-2～10-3cm

六、陰極區(qū)的導電機構(gòu)

1.熱發(fā)射型導電機構(gòu)；2.電場發(fā)射型導電機構(gòu)；3.等離子型導電機構(gòu)

七、1.陰極斑點：陰極通過微小的斑點發(fā)射電子，這些斑點上的電流密度很高，稱為陰極斑點。形成陰極斑點的條件決定了焊接過程中一些現(xiàn)象的產(chǎn)生，即陰極表面上熱發(fā)射性能強的物質(zhì)有吸引電弧的作用；陰極斑點有自動跳向溫度高、熱收射強的物質(zhì)上的性能。如果金屬表面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。

2.陽極斑點：由于陽極斑點的形成條件之一是金屬的蒸發(fā)，因此金屬表面覆蓋氧化膜時，同陰極斑點的情況相反，陽極斑點則有避開氧化膜而去自動尋找純金屬表面的傾向。2023/6/2第八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日

八、電弧力

1.電磁力：當電流在一個導體中流過時，整個電流可看成是由許多平行的電流線組成，這些電流線間將產(chǎn)生相互吸引力，使導體斷面有收縮的傾向，這種收縮現(xiàn)象謂之電磁收縮效應(yīng)，而作用的力稱為電磁收縮力或電磁力。

2.等離子流力：在電弧中由于電弧推力引起高溫氣流的運動所形成的力稱為等離子流力。等離子流力除影響焊縫形狀外，它還有促進熔滴過渡、攪拌熔池、增加電弧的挺度等作用。

3.斑點力：斑點力在一定條件下將阻礙焊條熔化金屬的過渡。

4.爆破力：熔滴短路過渡時由電磁收縮力及液柱小橋氣化爆斷引起，促進短路過渡，但會造成飛濺。5.細熔滴沖擊力：富Ar氣體射流過渡焊接時，熔化金屬形成連續(xù)細滴沿焊絲軸向高速射向熔池，產(chǎn)生很大的沖擊力，此力加上電磁力、等離子流力，極易造成指狀熔深。2023/6/2第九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日九、電弧自身磁場的作用

（一）是產(chǎn)生磁收縮力，促進熔滴過渡，保證一定的熔深，使電弧具有剛直性；影響因素：電流大小；氣體介質(zhì)；壓縮程度；電極形狀

（二）是在一定條件下，會帶來磁偏吹現(xiàn)象，使電弧不穩(wěn)定，影響焊接過程及焊縫成形。

種類；導線接線位置引起的磁偏吹（直流）；電弧附近的鐵磁物質(zhì)引起的磁偏吹；剩磁引起的磁偏吹；交流電弧的磁偏吹

解決辦法：以交代直；短弧焊；工件消磁、避免周圍鐵磁物質(zhì)；對于長和大的工件可采用兩邊連接地線的方法；選用厚皮焊條。

2023/6/2第十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日十一、焊絲的熔化速度、熔化系數(shù)及影響因素

（一）熔化速度：單位時間熔化焊絲的重量或長度（m/h；g/h）。

（二）熔化系數(shù)：單位時間內(nèi)通過單位電流時焊絲熔化的重量或長度（m/A·h;g/A·h）。

影響因素焊接電流與電壓電流極性保護氣體介質(zhì)電阻熱

十二、熔滴過渡

概念：焊絲（條）端頭的金屬在電弧熱作用下被加熱熔化形成熔滴，并在各種力的作用下脫離焊絲（條）進入熔池，稱之為熔滴過渡。

十三、熔滴上的作用力

（一）表面張力：表面張力一方面使熔滴形成縮頸，另一方面是熔滴的主要維持力。

1與材料成分有關(guān)2熔滴上有表面活化物質(zhì)時，可以大大降低表面張力系數(shù)3與氣體介質(zhì)有關(guān)4與熔滴溫度有關(guān)

（二）重力：作用：平焊（推力）；立、仰焊（阻力）

2023/6/2第十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日

十四、熔滴過渡主要形式及特點

（一）滴狀過渡

1形態(tài)：電弧弧根面積少，斑點力大。2形成原因推力：重力，等離子流力3阻力：表面張力，斑點力4形成條件：小電流，大弧壓

（二）噴射過渡：1形成條件：Ar或富Ar2主要形式射滴亞射流射流

1.射滴過渡：過渡力推力：電磁力、重力、等離子流力阻力：表面張力3）應(yīng)用焊接方法:鋁MIG，鋼脈沖MIG

2.射流過渡特點：熔滴體積小、過渡頻率快，等離子流力大，粒子沖擊力大，伴有“咝咝”聲。

（三）短路過渡：采用較小電流和低電壓焊接時，熔滴在未脫離焊絲端頭前就與熔池直接接觸，電弧瞬時熄滅短路，熔滴在短路電流產(chǎn)生的電磁收縮力及液體金屬的表面張力作用下過渡到熔池中。

短路過渡形式的電弧穩(wěn)定，飛濺較小，成形良好，是目前薄板件和全位置焊接生產(chǎn)中常用的焊接方式。

（四）渣壁過渡：形成條件：涂料焊條手弧焊，埋弧焊2023/6/2第十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日

十五、熔敷效率和熔敷系數(shù)

1過渡到焊縫中的金屬重量與使用焊絲重量之比成為熔敷效率，用ηm表示。

2熔敷系數(shù)是指單位時間、單位焊接電流內(nèi)所熔敷到焊縫上的焊絲金屬重量，用ay表示。

十六、飛濺：電弧焊過程中，把飛到熔池外而損失掉的那部分焊絲熔化金屬稱之為飛濺。

十七、焊縫和熔池的形狀及尺寸

（一）焊縫形狀：焊縫形狀是指焊縫橫截面的形狀，一般以熔深B、熔寬H和余高a來表示十八、焊接條件對焊縫成形影響：1電流主要確定熔深；2.電弧電壓主要確定熔寬；3.焊接速度重要參數(shù)

（二）其他因素的影響：1.電流種類、極性熔化極焊直流反接時的H、B大，Pk大。TIG焊正接時H，B大，PA大

2.焊絲直徑和伸出長度：ф---電弧收縮F--H；B一般情況下，ф同時需提高Uf

2023/6/2第十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日第二單元電弧焊的基礎(chǔ)知識第一節(jié)焊條電弧焊與電弧切割的工作原理、適用范圍及安全特點一、焊條電弧焊與電弧切割的基本原理

(一)焊條電弧焊的基本原理焊條電弧焊是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的焊接方法，它的原理是利用電弧放電(俗稱電弧燃燒)所產(chǎn)生的熱量將焊條與工件互相熔化并在冷凝后形成焊縫，從而獲得牢固接頭的焊接過程，如圖3—1所示

圖3—1焊條電弧焊示意圖1—焊條芯；2—焊藥：3—液態(tài)熔渣；4—凝固的熔渣；5—保護氣體；6—熔滴；7—熔池；8—焊縫；9—工件；10—電??；11—焊鉗2023/6/2第十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日二、焊條電弧焊與電弧切割的適用范圍

(一)焊條電弧焊的適用范圍焊條電弧焊是用手工操縱焊條進行焊接工作的，可以進行平焊、立焊、橫焊和仰焊等多位置焊接。另外由于焊條電弧焊設(shè)備輕便，搬運靈活，所以說，焊條電弧焊可以在任何有電源的地方進行焊接作業(yè)。適用于各種金屬材料、各種厚度、各種結(jié)構(gòu)形狀的焊接。

(二)電弧切割的適用范圍

(1)用電弧切割對焊縫進行清根，比過去生產(chǎn)中常使用的風鏟生產(chǎn)效率可提高數(shù)倍，尤其是在仰焊和立焊位置進行焊縫清根時，其優(yōu)越性更為突出。

(2)改善了工人的勞動條件：過去在使用風鏟進行開坡口和清根時，噪聲和振動大，長年使用風鏟工作的工人，多患有耳聾性職業(yè)病，而且勞動強度也很高。

(3)可以用電弧切割來加工焊縫坡口，特別適用于開U型坡口。

2023/6/2第十五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日

(4)使用方便，操作靈活：對處于窄小空間位置的焊縫，只要輕巧的刨槍能伸進去的地方，就可以進行切割作業(yè)。

(5)可以用電弧切割清除不合格焊縫中的缺陷，然后進行修復。也可以用電弧切割清理鑄件的毛邊、飛刺、澆鑄冒口及鑄件中的缺陷。

(6)可以用電弧切割的方法加工多種不能用氣割加工的金屬，如鑄鐵、不銹鋼、銅、鋁等。

(7)設(shè)備、工具簡單，操作使用安全。只要有一臺直流電焊機，有壓縮空氣，有專用的電弧切割極及碳棒，就可以工作了。不需要像氧一乙炔焰切割那樣使用易燃、易爆氣體，因此操作使用安全。2023/6/2第十六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)焊條電弧焊設(shè)備及工具1、焊鉗

焊鉗是用以夾持焊條進行焊接的工具。主要作用是使焊工能夾住和控制焊條，同時也起著從焊接電纜向焊條傳導焊接電流的作用。焊鉗應(yīng)具有良好的導電性、不易發(fā)熱、重量輕、夾持焊條牢固及裝換焊條方便等特性。焊鉗的構(gòu)造如圖1-1所示，主要是由上下鉗口、彎臂、彈簧、直柄、膠木手柄及固定銷等組成。

焊鉗分各種規(guī)格，以適應(yīng)各種規(guī)格的焊條直徑。每種規(guī)格焊鉗，是以所要夾持的最大直徑焊條需用的電流設(shè)計的。常用的市售焊鉗有300A和500A兩種。

圖1-1焊鉗的構(gòu)造

1-鉗口2-固定銷3-彎臂罩殼4-彎臂5-自柄6-彈簧7-膠木于柄8-焊接電纜固定處2023/6/2第十七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2、面罩及護目玻璃

罩及護日玻璃是為防止焊接時的飛濺物、強烈弧光及其他輻射對焊工面部及頸部灼傷的一種遮蔽工具，有手持式和頭盔式兩種。護目玻璃安裝在面罩正面，用來減弱弧光強度，吸收由電弧發(fā)射的紅外線、紫外線和大多數(shù)可見光線。焊接時，焊工通過護目玻璃觀察熔池情況，正確掌握和控制焊接過程，避免眼睛受弧光灼傷。

護目玻璃有各種色澤，目前以墨綠色的為多,為改善防護效果，受光面可以鍍鉻。護目玻璃的顏色有深淺之分，應(yīng)根據(jù)焊接電流大小、焊工年齡和視力情況來確定，護目玻璃色號、規(guī)格選用見表護目玻璃外側(cè)應(yīng)加一塊同尺寸的一般玻璃,以防止金屬飛濺的污染。表1-5焊工護目玻璃鏡片選用表

護目玻璃色號

顏色深淺

適用焊接電流／A

尺寸／mm

7～8

較淺

≤100

2×50～107

9～10

中等

100～350

2×50×107

11～12

較深

≥350

2×50×1072023/6/2第十八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日

6)焊條保溫筒是焊工焊接操作現(xiàn)場必備的輔具，攜帶方便。將已烘干的焊條放在保溫筒內(nèi)供現(xiàn)場使用，起到防粘泥土、防潮、防雨淋等作用，能夠避免焊接過程中焊條藥皮的含水率上升。

7)防護服為了防止焊接時觸電及被弧光和金屬飛濺物灼傷，焊工焊接時，必須戴皮革手套、工作帽，穿好白帆布工作服、腳蓋、絕緣鞋等。焊工在敲渣時，應(yīng)戴有平光眼鏡。2023/6/2第十九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2023/6/2第二十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日一、基本操作1、準備工作接通電源之前，首先要檢查焊機接線路接地是否良好。然后，根據(jù)焊接規(guī)范把電焊機調(diào)至所需的焊接電流。細焊條選小電流，粗焊條選大電流。同時還要考慮焊件厚度，接頭形式，焊接位置和焊接環(huán)境溫度，通過試焊和觀察焊條熔化情況及焊縫成形情況最后確定第三節(jié)焊條電弧焊工藝2、引弧手工電弧焊時引燃電弧的過程稱為引弧。常用的引弧法有劃擦引弧法和直擊引弧法。2023/6/2第二十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日

劃擦法引弧的要領(lǐng)：先將焊條末端對準焊件，然后將手腕扭轉(zhuǎn)一下，就像劃火柴似的將焊條在焊件表面輕輕劃擦一下，引燃電弧，在迅速將焊條提起2～4mm，使電弧引燃，并保持電弧長度，使之穩(wěn)定燃燒。劃擦法引弧操作簡單，易于初學者掌握，但容易損壞焊件表面，造成焊件表面有電弧劃傷痕跡，在正式焊接時盡量少采用。直擊法引弧的操作要領(lǐng)：將焊條末端對準焊件，然后將手腕下彎，使焊條輕微碰一下焊件迅速提起2～4mm，使電弧引燃。引燃后，手腕放平，時電弧長度保持在與所用焊條直徑相適應(yīng)范圍內(nèi)，時弧穩(wěn)定燃燒。直擊法引弧不會劃傷焊件表面，不受焊件大小和形狀限制，是正式焊接生產(chǎn)中采用的主要引弧方法。采用直擊法引弧時不可使焊條敲擊過猛，以防涂層造成保護不良。在操作中，當焊條與焊件粘住時，可將焊條左右擺動幾下，即可使焊條脫離。如仍不奏效，應(yīng)立即將焊鉗脫離焊條，待焊條冷卻后在用手扳下。2023/6/2第二十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日運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基本運動：朝熔池方向逐漸送進、沿焊接方向逐漸移動、橫向擺動。(1)直線形運條法---采用這種運條方法焊接時，焊條不做橫向擺動，沿焊接方向做直線移動。常用于I形坡口的對接平焊，多層焊的第一層焊或多層多道焊。(2)直線往復運條法---采用這種運條方法焊接時，焊條末端沿焊縫的縱向做來回擺動。它的特點是焊接速度快，焊縫窄，散熱快。適用于薄板和接頭間隙較大的多層焊的第一層焊。(3)鋸齒形運條法---采用這種運條方法焊接時，焊條未端做鋸齒形連續(xù)擺動及向前移動，并在兩邊稍停片刻，擺動的目的是為了控制熔化金屬的流動和得到必要的焊縫寬度，以獲得較好的焊縫成形。這種運條方法在生產(chǎn)中應(yīng)用較廣，多用于厚鋼板的焊接，平焊、仰焊、立焊的對接接頭和立焊的角接接頭。2023/6/2第二十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日(4)月牙形運條法---采用這種運條方法焊接時，焊條的末端沿著焊接方向做月牙形的左右擺動。擺動的速度要根據(jù)焊縫的位置、接頭形式、焊縫寬度和焊接電流值來決定。同時