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1、第一篇 焊接方法及设备,第一章 电弧焊基本知识,一基本要求 熟练掌握本章的基本概念，理解并掌握最小电压原理、电弧力。了解电弧各个区域的组成、导电机构、产热机构、交流电弧的特点以及阴极斑点的特点及其对焊接质量的影响。二基本概念 电弧、气体放电、电离、电子发射、阴极斑点、阳极斑点、刚直性、磁偏吹、电离能、逸出功、电离电压、逸出电压三难点1）最小电压原理2）电弧的导电机构四重点1）电弧、电离、气体放电、刚直性、磁偏吹等一些基本概念。2）电弧力。3）电弧的产热机理。4）阴极斑点的特点。5）最小电压原理。,1-1焊接电弧,一）电弧的基本概念1、电弧：电弧是一种气体放电 现象，通过放电将电能转变为热能与机
2、械能。2、气体放电：两极间的气体被击穿而导电的过程。非自持放电：放电本身不能产生导电所需的带电粒子（A+、e）。自持放电：放电本身能产生导电所需的带电粒子（A+、e）；有暗放电、辉光放电、电弧放电等三种。,+,-,电弧,Ua,Ia,电弧放电,辉光放电,暗放电,暗放电,自持放电,非自持放电,U,I,导体导电,二）带电粒子的产生过程产生方式：电离：气体中性原子或分子（A）分离为正离子（A+）和电子（e）的过程。电子发射：金属表面逸出电子的现象（一）电离与激励1、电离：在一定条件下中性原子或分子分离成A+及e的现象。A A+e-Wi电离能：原子或分子电离所需要的能量 单位为J或ev电子伏：一个电子被
3、1V的电压所加速得到的能量。电离电压：电离能/电子带电量。一次电离：AA+e二次电离：A+A+en次电离：A（n-1）+An+e,多原子分子的电离：多原子分子电离能小于对应原子的电离能，因此，一般先分解为原子后再电离。只有NO的电离能小于N和O的电离能，因此可直接电离。,2、激励：气体原子得到的一定的能量，虽然小于Wi，但可使电子从低能级跃迁到高能级。这种现象叫激励。激励能：所需的最小外加能量叫激励能We。激励能电压：激励能We/e。3、能量传递方式1）碰撞：粒子间通过相互碰撞而交换能量弹性碰撞：仅发生动能再分配非弹性碰撞：交换的能量势能，从而导致电离或激励。,2）光幅射：在光的辐射下，中性粒
4、子直接吸收光量子的能量。,A,A+,A-,e,A,A,e,h eUi,4、电离的分类：1）热电离：气体粒子受热的作用而产生电离实质：中性粒子通过与电子碰撞，接收电子能量而电离。电离度：电离了的粒子数量与电离前离子数量之比。0.01%0.12%热解离：在热量的作用下，多原子分子分解为原子。解离能：分子热解离所需要的能量2）电场作用下的电离：A+、e在电场作用下被加速、与A碰撞使其电离的过程。主要是e的作用：电子获得的能量是A+的4倍。3）光电离：A直接捕捉光量子并吸收其能量而电离。波长越小越易促进光电离，电弧波长包括红外线、紫外线可见光、可使AI、K、Na原子光电离。但不能使Ar、He、Fe等电
5、离。,（二）电子发射1、基本概念1）电子发射：电子从金属表面逸出的现象。对电弧导电起作用的主要是阴极的发射。2）逸出功（Ww）：电子发射所需的最小能量。3）逸出电压：Ww/e物理意义：Ww越小，引弧越容易，电弧稳弧性越好。4）Ww主要影响因素：材料种类，K、Na之Ww较低。表面状态：有氧化物时，逸出功降低加入杂质，例如，钍、铈及镧等可降低Ww。,-,2、分类1）热发射：在热量的作用下产生的发射产生条件：阴极温度足够高特点：对阴极有冷却作用，这一点对TIG焊具有重要意义。可提高W极的载流能力。2）电场发射：金属表面的电子在电场力的作用下逸出的现象。特点：对阴极的冷却作用很小。3）光发射：光幅射作
6、用下产生的发射。实际电弧中产生光发射的可能性很小。4）粒子碰撞发射：高速运动的A+碰撞到阴极上导致的发射。,库仑力,（三）负离子的产生中性粒子与电子结合的过程，是一个放热过程，所放出的热量被称为电子亲和能。A+e A-+W注意：1）亲和能高的原子易形成A-，但高温下不利于放热反应。2）交流电弧过零时，易形成。3）易在电弧周边形成。4）不利于电弧稳定。因此电弧中含有F、Cl等元素时，电弧不稳定。（四）扩散与复合扩散：电弧中心处A+、e较多，e易向周边运动。当周边电子浓度达到一定值后，在e吸引下，A+也向周边运动。从而在周边复合A+eA+WiA+A2A+Wi,A-,A,e,+,A,+,A,A,e,
7、三）电弧各区域的导电机构（一）区域组成由阴极区、阳极区、弧柱三部分组成。1、阴极区：长度极短、电压较大、E（电场强度）极高2、阳极区：长度也极短、电压较大、E极高3、弧柱区长度基本上等于电弧长度，E较小,UA,UC,UK,阳极区,阴极区,弧柱,-,+,10-510-6cm,10-210-4cm,（二）弧柱区的导电机构所谓导电机构就是指带电粒子产生、运动方式。1、带电粒子的产生1）电离：热电离 光电离 电场作用的电离2）阴极区注入的电子3）阳极区注入的正离子2、带电离子的运动A+冲向阴极正离子流IA+e冲向阳极电子流IeI=IA+Ie其中：IA+=0.1%I Ie=99.9%I3、特点：1）电中
8、性；2）E小、Ua小,IA+,Ie,I,三）、阴极区的导电机构1、阴极区在导电过程中的作用1)产生弧柱区导电所需要电子流 Ie=0.999I2)接收弧柱区来的正离子流IA+=0.001I由于阴极材料种类、电流大小以及电弧气体介质不同，阴极区可分为：2、热发射型导电机构1）产生条件：W、C阴极，且电流很大2）带电粒子的产生方式：热发射热阴极：弧柱导电所需要的电子可完全由热发生来产生的 阴极。冷阴极：热发射能力不足的阴极。热阴极材料：熔点高的材料冷阴极材料：熔点低的材料。3）特点：无阴极区、无阴极压降Vk,3、电场发射型导电机构1)条件：（a）W、C阴极、且I较小（b）Al、Fe、Cu作阴极2)带
9、电离子产生方式（1）场发射（2）场电离（3）热发射（4）碰撞发射,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,Uk,阴极区,弧柱区,电场发射型导电机构,阴极,热发射,场发射,碰撞发射,场电离,0.999I,c)特点：（1）阴极附近存在正电荷区阴极区（2）阴极区断面收缩（3）阴极表面上产生阴极斑点3）等离子型导电机构A、条件：1）W、C阴极，且I较小：或AI、Fe、Cu阴极；且2）电压较小，UkUiB、带电粒子产生方式：热电离C、特点：同上,（四）阳极区的导电机构1、阳极区在导电过程中的作
10、用1)接收弧柱区来的电子流 Ie=0.999I2)产生弧柱区所需要的正离子流IA+=0.001I2、热电离1）产生条件：I较大2）带电离子产生方式：热电离3）特点：a)阳极压降小，甚至为0b)不存在阳极斑点。3、电场作用下的电离1）产生条件：I较小2）带电粒子的产生方式：热电离、场电离3）特点：a）有阳极区，发生收缩b)Ua较大c)有阳极斑点,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,+,+,-,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,UA,阳极区,弧柱区,阳极压降的形成,+,（五）阴极斑点与阳极斑点1、阴极斑点：阴
11、极上导通电流的一些灼亮的弧立点。1)产生条件：a、W、C阴极且I很小b、AI、Fe、Cu作阴极2)某点充当阴极斑点的条件a、电弧通过该点时耗能最小b、该点能发射电子3）特点a）电流密度大、温度高b）跳跃性及粘着性c）存在斑点力：蒸发反力、A+的撞击力d）自动寻找氧化膜，该点对于铝、镁及其合金的焊接是非常重要的，见后面的阴极雾化作用。,-,-,+,焊接方向,-,+,A,A,B,焊接方向,粘着性,跳跃性,2、阳极斑点1）产生条件：I很小2）点充当阳极斑点的条件a）通过该点导通电流时，耗能最小b）易蒸发，产生金属蒸气3）特点：a、电流密度大、温度高b、粘着性、跳跃性c、避开氧化膜d、斑点力，阳极斑点
12、力小于阴极斑点力,四）最小电压原理电流一定、周围条件一定时，稳定燃烧的电弧各导电区的半径（温度）应使电弧电场强度最小，即电弧电压最小。该原理有两个方面的含义：1、电场强度是温度或电弧断面半径的函数E=f（T）E=f（r）2、电弧半径稳定值r*由E的最小值E*确定,E,r,R*,E*,1-2 焊接电弧中的能量平衡及电弧力,一）、焊接电弧的产热机构（一）弧柱的产热机构电能热能1、本质：A+、e在电场作用下被加速、使其动能增大的过程。其宏观表现即为温度上升产热由于运动速度，自由程度不同，A+、e得到的能量不同，TA+、Te、TA有可能不同。电子动能：定向运动动能Ie 散乱运动动能 热运动，表现为热能
13、。2、产热量Pc=Ia Ua主要用于散热损失 对流、幅射、传导。,3影响因素不仅取决于电流。凡是影响Ua的因素均影响弧柱的产热。（二）阴极区的产热1本质：产生电子、接受正离子的过程中有能量变化，这些能量的平衡结果就是产热，由三部分组成：1）电子逸出阴极时消耗能量：-IUw2）电子进入弧柱前被电场（Ek）加速得到一部分能量：+IaUk3）电子进入弧柱时带走的能量：-IUT（温度等效电压）2、产热公式Pk=I（Uk-Uw-UT）3、作用：用于加热阴极,（三）阳极区的产热机构1、本质：接受电子、产生A+过程中伴随的能量转换，由三部分组成：1）e被UA加速所得到的能量：+e UA2）电子带来的逸出功：
14、+IUw3）电子带来的相当于弧柱温度那部分能量+IUw2、产热公式PA=I（UA+Uw+UT）3、作用用于加热阳极,二）、焊接电弧的热效率及能量密度（一）电弧总产热Pa=PC+PA+PK=I（UC+UK+UA）=IaUa（二）有效功率、热效率系数1有效功率：用于加热工件和焊丝的功率QE2热效率系数：=QE/Pa3 影响的因素：1）焊接方法：TIG焊低、MIG、SAW高2）焊接规范：3）外部条件（三）能量密度1单位有效加热面积上的热功率，单位为w/cm22功率密度越高,H/B越大，焊接变形及HAZ越小。气焊电弧焊激光电子束1-10102-104106-107 106-108,三）、电弧的温度分布
15、（一）电弧的轴向温度分布影响温度分布的因素：1、功率密度2、电极材料3、高熔点氧化物（二）弧柱温度分布1、轴向1）二电极尺寸相等时，轴向温度分布均匀2）二电极尺寸不等，轴向温度分布不均匀，靠近尺寸较小的一端，温度较高。,温度,电流密度,功率密度,2、径向中心轴附近温度高，周边低（三）影响弧柱温度的因素1、电流，Ia T2、气体介质：导热系数，热解离 T3、电极材料4、拘束度,_,-,弧柱的温度分布,T,T,r,L,三）、电弧力1、电磁收缩力通过电弧（熔滴）的电流线之间的相互吸引力，对电弧或熔滴起着压缩作用，该力被称为电磁收缩力。1）圆柱形电弧,电弧压力,式中：I-电流，R-电弧半径，K-系数,
16、流态导体中电磁收缩力的影响,柱形导体中的电磁收缩力,2、等离子流力 F推引起的高温气体流（等离子流）所形成的力叫等离子流力作用：1）促进熔滴过渡2）导致指状熔深分布：轴线处大，周边小3、斑点力由以下三部分组成，阴极斑点力大于阳极斑点力1）带电粒子撞击力阴：A+撞击 大阳：e撞击：小2）蒸发反力阴：T高，力大阳：T低力小3）电磁收缩力阴：大阳：小,4、爆破力仅产生于短路过渡中，短路小桥汽化爆断所产生的力5、细熔滴的冲击力仅产生于MIG焊射流过渡，熔滴以很大的加速度冲击熔池，形成冲击力二）、影响因素1、气体介质导热好，易解离的气体，电弧力，特别是斑点力较大。2、电弧电流及电压电流增大，电弧力增大；
17、电压增大，电弧力减小。3、W极或焊丝直径 直径越小，力越大 4、极性：TIG焊时，DCSP大；而MIG焊正好相反。,爆破力,四）、电弧的极性及其选择方法,直流及交流电弧的特点,一）直流电弧焊接电流基本保持不变，电流不会为零。稳定性好。直流正接（DCSP）：工件接正极直流反接（DCRP）：工件接负极二）、交流电弧正弧波交流电弧：电流为50H正弧波的电弧被称为交流电弧。方波交流电弧：电流为方波的电弧被称为交流电弧。与直流电弧基本相同,1、正弧波交流电弧特点：1）周期性地过0点2）再引燃再引燃电压Ur：再引燃所需的电压。小于引燃烧电压。2、交流电弧的燃烧过程1）纯阻性回路电弧阻性元件，因此a、ia同
18、相位，有熄弧时间te，当te较大时，难以引燃2）感性回路利用电感的续流，蓄能及移相作用，可将te降为0,交流电源,te,U0,Ua,Ia,纯阻性回路,t,电源电压,电弧电压,电弧电流,交流电源,电感性回路,3、交流电弧稳定燃烧的条件在回路中串一合适的电感 3、交流电弧的加热及力的特点1）加热Pa不断变化，对工件的加热效果用有效热功率表示。Wa=Ua Ia-波形修正系数 Ua、Ia-电压及电流有效值2）电弧力的特点介于DCSP与DCRP之间，不易导致指状熔深.3）保护在相同的条件下，保护效果较差。,1-3磁场对电弧的作用,一）、刚直性 所谓刚直性是指电弧作为一柔软的导体抵抗外界干扰，力求保持电流
19、沿焊条/焊丝轴向流动的能力。电弧自身磁场：电弧作为载流导体所产生的磁场。电弧的刚直性是由电弧的电磁场决定的，即电磁收缩力决定的。各运动的带电质点均受到指向焊条中心的力，该力使质点保持沿轴线流动。影响刚直性的因素：1）电流越大，刚直性越大；2）拘束度越大，刚直性大3）热解离导热性大 刚直性大,自身磁场对刚直性的影响刚直性,二）、磁偏吹1、磁偏吹：电弧因周围磁力线不对称而偏向一侧的现象.偏向：磁力线疏的一侧2、引起磁偏吹的原因1）导线接法不合适2）铁磁性物质3）电弧到达工件边缘时3、交流电弧的磁偏吹较较小原因：（1）涡流，涡流磁场低消原磁场（2）电弧偏吹运动为机械运动，而交流电弧的不均恒磁场以50
20、Hz的频率变化。,+,+,+,-,+,+,-,-,电流,+,F左,F右,磁偏吹,+,+,+,-,+,+,-,-,电流,+,F左,F右,接线位置引起的磁偏吹,+,+,+,+,-,-,+,-,+,+,+,+,-,+,+,-,-,电流,+,F左,F右,磁性物质引起的磁偏吹,-,-,-,-,+,+,1-4 焊丝的熔化及熔滴过渡,要求1、熟练掌握焊丝熔化速度、熔化系数、熔敷速度、熔敷效率、熔敷系数、熔滴过渡及飞溅等基本概念。2、掌握熔滴上受到的各种力及其对过渡的影响；3、了解熔滴过渡的基本分类，各类熔滴过渡的基本特征；4、掌握各种焊接方法的熔滴过度特点。5、了解固有自调节作用。,1焊丝的加热及熔化,一）
21、、加热热源：（一）电弧热极区产热焊丝接阴极时：Pk=I（Uk-Uw-UT）I（Uk-Uw）UT很小，大概只有1V左右。焊丝接阳极时：PA=I（UA+Uw+UT）IUw UA很小，可忽略。讨论：TIG焊：PAPkMIG焊：PkPAPk受多种因素影响，而PA则不。,LH,电源,送丝轮,导电嘴,la,（二）伸出长度上的电阻热伸出长度：焊丝伸出导电嘴之外的长度Ls电功率PR=I2 RS影响因素：1）钢焊丝的PR大，因此伸出长度的电阻热之影响较大；铝、铜PR小2）Ls越大，dS越小，则PR越大（三）总热源P=Pa+PR=I（Um+IRs）式中：焊丝接阴极时，Um=（Uk-Uw）焊丝接阳极时，Um=Uw,
22、二）、影响熔化速度、熔化系数的因素（一）基本概念熔化速度m：单位时间内焊丝的熔化量。单位：g/s cm/s熔化系数m：单位时间内，由单位电流所熔化的焊丝量（长 度，重量）单位：g/A.S Cm/A.Sm=m/I（二）影响因素1、电流电流越大，熔化速度越大。m=K I（Um+IRs）m=m/I=K（Um+IRs）,显然：1）电流1）I增大，m增大2）对于Al焊丝，m几乎与I增大呈直线关系，对于钢焊丝，m随着I的增大而增大呈曲线关系。2、电压Ua（La）大时，m与Ua无关Ua（La）较小时，Ua下降时m 增大（如I不变则m），使电弧具有保持弧长稳定的能力。固有自调节作用：弧长较短时，m随La下降而
23、增大，使得电弧具有抵抗外界干扰的保持稳定不变的能力，这种能力被称为固有自调节作用。,Ua,Ia,a,铝,Ua,Ia,钢,3、焊丝的极性焊丝接负时，m较大焊丝接正时，m较小4、气体介质焊丝接阳极时：m=K Rm=K I Uw与气体介质无关焊丝接阴极时：m=K I（Uk-Uw）Uk与气体介质有关，因此气体介质影响熔化速度，例如在Ar中加CO2可使 m增大5、电阻热钢焊丝：ds越小，电阻热的影响越大。铝焊丝，电阻热很小，影响不大。,2熔滴过渡和飞溅,一）、基本概念熔滴过渡：焊丝端部的熔化金属以滴状进入熔池的过程。飞溅：熔化的焊丝金属飞到熔池之外的现象。二）、熔滴上的作用力（一）表面张力1、焊丝与熔滴
24、间的表面张力F，阻碍过渡，将熔滴保持在焊丝上。,F=2Rs,式中：为表面张力系数，Rs为焊丝半径。,2、短路过渡时，熔滴与工件间的表面张力 促进过渡F=2RP影响的因素：1）材料类型，例如，铁的表面张力系数大于铝2）温度，温度上升，表面张力系数降低3）表面活性物质，如钢液中有S或O时，表面张力系数降低。（二）重力熔滴的重力Fg=mg=,r熔滴半径，密度,Fmg,F,F,F,表面张力,重力,作用：1）平焊时促进过渡；2）立焊，仰焊时阻碍过渡。（三）电磁收缩力电流线通过熔滴时的电磁收缩力1）当Sb（斑点面积）Ss时,电磁线在熔滴中发散,F推向下,促进过渡。（四）斑点力其作用亦与斑点面积有关：1）S
25、b较大时，促进过渡2）Sb较小时，阻碍过渡,（五）爆破力熔滴爆破时，爆破力指向四面八方，即促进过渡，又导致飞溅（六）等离子流力从焊丝指向工件，总是促进过渡,FP,爆破力,二）、熔滴过渡的主要形式及特点（一）自由过渡熔滴脱离焊丝，由电弧空间进入熔池。1、滴状过渡1）大滴过渡特点：（1）aD=g（2）轴向（3）dDds2）大滴排斥特点：（1）aD=g（2）非轴向，有飞溅（3）dD ds2、细颗粒过渡，出现在CO2焊中特点：（1）aDg（2）非轴向（3）DDds,3、喷射过渡1）射滴特点：（1）aDg（2）dDds（3）轴向性好（4）一次一滴2）射流特点：（1）aDg（2）dDds（3）轴向（4）连
26、续束流,大滴,射滴,射流,3）爆炸过渡因气泡的爆破而过渡，通常伴随着飞溅。（二）渣壁过渡1、沿熔渣壁过渡埋弧焊DCSP：熔滴尺寸大，过渡频率低DCRP：尺寸小，f大。I f2、沿套筒过渡产生于SMAW条件：1）厚药皮2）酸性药皮,（三）接触过渡1、短路过渡条件：CO2细丝焊，且Ua小，Ia小特点：电弧稳定，稍有飞溅2、搭桥过渡条件：填丝TIG焊中,短路过渡过程及电流、电压波形,三）、飞溅及熔敷系数（一）飞溅1、飞溅的原因：a）爆破力b）斑点力不对称c）气体从熔滴或熔池中析出2、影响飞溅的因素a）焊接方法，CO2焊大，MIG小b）规范，例如CO2焊c）过渡形式,I,飞溅率,A,B,C,（二）熔敷
27、效率，熔敷系数1、基本概念熔敷效率：过渡到焊缝中的焊丝金属重量与熔化的焊丝重量之比。熔敷系数：单位时间内由单位电流熔敷到焊缝中焊丝金属重量m损失系数：2、影响的因素：1）焊接方法 SAW、MIG、MAG、CO2、MMA依次减小。2）焊接参数特别是，CO2焊接，电流增大时，熔敷效率增大,1-5 母材熔化和焊缝成形,一、基本要求1、熟练掌握标征熔池及焊缝形状尺寸的几个参数；2、熟练掌握热输入、线能量、熔深、熔宽、成形系数、余高、熔合比等基本概念；3、了解作用于熔池上的力4、熟练掌握焊接参数对焊缝形状尺寸的影响5、了解各种焊缝缺陷形成的原因及预防措施。,二、重点1、热输入、线能量、熔深、熔宽、成形系
28、数、余高、熔合比等基本概念；2、标征熔池及焊缝形状尺寸的参数3、焊接参数对焊缝形状尺寸的影响,一、熔池和焊缝形状尺寸焊缝形状由熔池形状所确定。一般用熔深H、焊缝宽度B和余高a三个参数来表征焊缝的形状和尺寸。,熔深H反映焊接的熔透程度，它决定着焊接接头的承载能力，是说明焊缝质量的重要指标之一。焊缝宽度B不直接反映接头的承载能力，但它和熔深H构成的焊缝的基本形状，影响着焊缝的质量。综合熔深、焊缝宽度的焊缝成形系数描述焊缝形状。焊缝成形系数 当小时，焊缝窄而深，这样的焊缝往往在熔池金属冷凝过程中气体难以逸出而易产生气孔，同时熔池的结晶方向有利于焊接裂纹的生成；另一方面，这样的焊缝反映其焊接热量较集中
29、，其接头的热影响区较小；当大时，焊缝浅而宽，这样的焊缝根部不易焊透。通常埋弧焊接头的3较为合理。若是理弧堆焊，为了保证堆焊层成分和高的堆焊生产率，其焊缝成形系数一般要求较大，可达10。,常用焊接方法及其应用,焊后焊缝产生凹陷是不允许的。焊缝余高是为了避免熔池金属凝固时产生凹陷而留出的工艺允差，它的存在还能增大焊缝工作截面，从而捉高其承受静载的能力。余高过大，则在焊趾处引起应力集中，使接头的疲劳寿命下降。所以要加以限制，使余高a与焊缝宽B应有一个合理的比例关系。常用余高系数B/a来表达对余高的要求。一般要求B/a48；为了提高焊件的疲劳寿命，最好的办法是把对接接头的焊缝余高去掉；或把角焊缝焊成凹
30、面的或者焊后加工焊趾，使余高向母材平滑过渡。,常用焊接方法及其应用,熔焊时，被熔化的母村在焊缝金属中所占的体积分数称焊缝熔合比。由图3-3-32可见熔合比可用下式表示,常用焊接方法及其应用,式中，Fm、FH母材熔化的横截面积和填充金属熔敷(图3332中影 线部分)的横截面积(mm2)。,熔合比随坡口和熔池的形状与尺寸的改变而改变，在焊接中碳钢、合金钢和有色金属时。可以通过改变熔合比的大小来调整焊缝的化学成分和组织，这是防止焊缝产生冶金缺陷、提高焊缝力学性能的有效途径。,二、焊接条件对焊缝成形的影响 影响焊缝形状及尺寸的因素：焊接工艺参数、工艺因素和结构因素焊接工艺参数影响焊缝形状及尺寸的工艺参
31、数主要是焊接电流、电弧电压和焊接速度。焊接电流：其他条件不变时，作平面堆焊，焊接电流对焊缝形状及尺寸的影响如图3-3-34所示，熔深H几乎与焊接电流成正比。电弧电压：在其他条件不变的情况下，电弧电压对焊缝形状及尺寸的影响如图3-3-35所示。,常用焊接方法及其应用,在实际生产中电弧电压和电流有图3-3-36所示的关系，表示在焊接电流增加时，电弧电压也相应增加，或熔深增加的同时，电弧电压也相应增加。但是，在每一档焊接电流上约有10V左右的电压变动范围，较低的电压将焊出窄焊道，而较高电压将焊出宽焊道，超出10V的工作范围焊缝金属的质量下降。,常用焊接方法及其应用,焊接速度：在其他条件不变的情况下，
32、焊接速度对焊缝形状及尺寸的影响如图3-3-37所示。提高焊接速度则单位长度焊缝上输入热量减小，加入的填充金属量也减少，于是熔深减小、余高降低和焊道变窄。,常用焊接方法及其应用,工艺因素主要指焊丝倾角、焊件斜度和焊剂层的宽度与厚度等。焊丝倾角：通常认为焊丝垂直水平面的焊接为正常状态，若焊丝在前进方向上偏离垂线，如产生前倾或后倾，其焊缝形状是不同的，后倾焊熔深减小，熔宽增加，余高减少；前倾恰相反，见图3-3-38。,常用焊接方法及其应用,焊件倾斜：指焊件倾斜后使焊缝轴线不处在水平线上，山现了俗称的上坡焊或下坡焊。上坡焊随着斜角增加重力引起熔池向后流动，母材的边缘熔化并流向中间，熔深和熔宽减小，余高
33、加大。当倾斜度角612，则余高过大，两边出现咬边，成形明显恶化，见图3-3-39a。应避免上坡焊，或限制倾角小于6。(约1：10)。下坡焊效果与上坡焊相反，若过大，焊缝中间表面下凹，熔深减小，熔宽加大，就合出现未焊透、未熔合和焊瘤等缺陷。在焊接圆筒状工件的内、外环缝时，一般都采用下坡焊，以减少烧穿的可能性，并改善焊缝成形。,常用焊接方法及其应用,焊剂层厚度：在正常焊接条件下，被熔化焊剂的重量约与被熔化的焊丝的重量相等。焊剂层的厚度对焊缝外形与熔深的影响见图3-3-41。焊剂层太薄时，则电弧露出，保护不良，焊缝熔深浅，易生气孔和裂纹等缺陷。过厚则熔深大于正常值，且出现峰形焊道。在同样条件下用烧结
34、焊剂焊的熔深浅，熔宽大。其熔深仅为熔炼焊剂的70-90。,常用焊接方法及其应用,焊剂粗细：焊剂粒度增大时，熔深和余高略减，而熔宽略增，即焊缝成形系数和余高系数增大，而熔合比稍减。焊丝直径：在其他工艺参数不变的情况下，减小焊丝直径，意味着焊接电流密度增加，电弧窄，因而焊缝熔深增加，宽深比减小，见图3-3-42。极性：直流正极性(焊件接正极)，焊缝的熔深和熔宽比直流反接的小，而交流电乎两者之间。,常用焊接方法及其应用,结构因素 主要指接头形式、坡口形状、装配间隙和工件厚度等对焊缝形状和尺寸的影响。表3-3-10列出其它焊接条件相同情况下坡口形状和装配间隙对接接头焊缝形状的影响。,常用焊接方法及其应
35、用,焊缝参数及工艺因素对它的影响,一）、焊缝形状参数及其与焊缝质量的关系基本参数有：H、B、a1、熔深H：Hweld=Hpool，直接影响承载能力2、熔宽B：Bweld=Bpool3、=B/H成形系数意义：1）影响气孔敏感性2）影响结晶方向3）影响中心偏析大时较有利，一般应大于1.25,FH,Fm,Fm,FH,H,B,a,FH,Fm,H,B,FH,Fm,4、余高a：1）防止因疑固收缩而造成的缺陷2）增大承受静载的能力3）造成应力集中4）疲劳寿命下降一般规定：a=03mm或B/a485、熔合比：母材金属在焊缝中的含量,调整熔合比可调整焊缝化学成分，改善性能。一般通过开坡口来实现。,二）、影响焊缝
36、形状尺寸的因素（一）焊接电流IaIa增大，H增大，a增大，B基本不变1、IaFa热源下移Hq=IU HH=km I2、Ia增大，电弧分布半径 增大但潜入工件深度大，限制r有效增大，B基本不变。减小。3、Ia，焊丝熔化量增加，B不变，a（二）电弧电压Ua q增加不多，增大，qm减小，因此，B、增大，H、a 较小。通常，Ia选定后，Ua也基本上定下来了。总是根据板厚选Ia，再由Ia选定Ua。,（三）焊接速度将q/w 定义为线能量，即单位长度的焊缝上输入的热量。w增大时，q/w减小，H、B、a等均减小为了促进生产率，应提高w，但为了保证焊透，应同时提高Ia，即采用大电流高速焊，这种方法易引起咬边。通
37、常采用双弧焊或多弧焊来提高焊接速度。,（四）电流的种类及极性TIG：,（五）电极形状、尺寸、伸出长度,MIG焊：,Ds减小 Ls减小,qm,H、aB,MIG、CO2等：,TIG焊：,dw w,qm,HB变化不大,（六）坡口、间隙用于增大H，调整熔合比，改善结晶条件。坡口、间隙越大，a（七）电极倾角前倾：电弧下液态金属厚，电弧潜入深度小，所以HBa后倾：相反（八）工件倾角下坡焊：重力阻止液金后排，电弧潜入深度减小，HaB易于导致满溢，未焊透等上坡焊：相 反。a过大、咬边等缺陷,（九）工件材料1、比热容C：C，Vm，则H及B2、密度：则H3、板厚：当H0.6时，无影响（十）焊剂、药皮及气体焊剂：稳
38、弧性差EB H大压力大EH颗粒度小压力大EH气体：导热性高、解离严重 弧柱收缩EH,3焊缝缺陷,主要有：气孔、裂纹、夹渣、未焊透、未熔合、烧穿、咬边、焊瘤一）、未焊透熔焊时，接头根部未完全焊透的现象。最易发生在短路过渡CO2焊中。原因：1、Ia太小2、w太大3、坡口尺寸不合适二）、未熔合熔焊时，焊道与焊道间或焊道与母材间未完全熔化结合的部分叫未熔合。原因：1、高速大电流焊2、上坡焊,三）、烧穿熔焊时熔化金属自焊缝背面流出，形成穿孔的现象叫烧穿。原因：1、Ia过大2、焊接速度过小3、坡口尺寸过大四）、咬边沿焊趾的母材部位烧熔成凹陷或沟槽的现象叫咬边。原因：1）大电流高速焊2）角焊缝、焊脚过大或U
39、a过大五）、焊瘤熔焊时熔化金属流淌到焊缝以外未熔合的母材上形成金属瘤的现象叫焊瘤。,原因：1、坡口尺寸小2、Ua过小3、干伸长度太大六）、凹坑焊缝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）、塌陷焊缝表面塌陷，背面凸起的现象。原因：1）Ia太大2）焊接速度太小,4 焊缝成型,良好焊缝成型的标准：1、无缺陷2、表面过度圆滑基础：首先要保持住熔池一、平面内直缝的焊接1、平焊：最容易成型薄板用单面单道焊：自由成型、强制成型厚板：单面多道焊、双面多道焊2、其他位置的焊接问题：熔池易于流淌解决方法：强制成型、小电流（脉冲+摆动）,二、曲面焊缝的焊接环焊缝、螺旋焊缝,e,1、焊头固
40、定：防止熔池金属的流淌：逆着焊接方向偏移一定位置。2、全位置焊接1）分段2）减小线能量，采用脉冲TIG焊,第三章 埋弧焊,一、基本要求1、了解埋弧焊特点及应用2、熟练掌握埋弧焊的治金特点3、掌握自动焊的焊接焊接参数自动调节原理及方法4、了解埋弧焊焊机的分类及基本原理5、熟练掌握埋弧焊工艺三、重点1、埋弧焊的治金特点2、自动焊的焊接焊接参数自动调节原理及方法3、埋弧焊焊机的分类及基本原理4、掌握埋弧焊工艺,基 本 原 理,3-1埋弧焊的特点及应用,一）、埋弧焊的特点焊剂下燃烧，依靠熔渣保护，效果好。1、优点1）生产率高，因为：a）电流密度大，b）大 2）焊缝质量好，因为：a）熔渣的保护效果好，b
41、）焊接参数稳定；3）劳动条件好劳动强度低，无弧光辐射。2、缺点a)仅用于平焊b)不能焊Al、Ti等活泼金属c)只能焊长焊缝d)只适于厚板E大、电流小时电弧不稳,二）、应用1、适用的材料低碳钢，碳素结构钢，不锈钢，耐热钢，Cu等。2、部门造船、锅炉、压力容器、机车等,埋弧焊的冶金特点,一）、焊剂、焊丝及其配合（一）焊剂1、作用：1）保护2）稳弧3）冶金、脱氧及合金化2、要求：1）良好的冶金性能2）良好的工艺性能 a）稳定燃烧 b）易脱渣c）成形好3、焊剂的分类及常用焊剂1）按制造方法分类：a）熔炼焊剂b）非熔炼：烧结、粘结,2）按成分分类MnO：无锰焊剂 MnO30%SiO2：低硅焊剂 SiO2
42、30%,CaF2：低氟焊剂 CaF230%焊剂牌号焊剂XYZX-表示MnO含量，1-无锰、2-低锰、3-中锰、4-高锰Y-表示CaF2、SiO2 含量，1、2、3表示低F（1-低Si、2-中Si、3-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）焊剂431高锰高硅低氟焊剂,（二）焊丝一般用焊接用钢丝，与焊条钢芯相同d=1.66mm对于低碳钢：H08Mn H08MnA H08Mn2SiA（三）焊剂和焊丝的选用合适匹配，才能保证焊缝化学成分，保证性能。低碳钢：高锰高硅焊剂+H08Mn或H08MnA低锰或无锰焊剂+H08MnA或H10Mn
43、2,结构钢,+与母材等强度的焊丝,耐热钢不锈钢,中硅焊剂或低硅焊剂,+与母材成分相当的焊丝,二）、埋弧焊的冶金反应冶金反应指熔渣与液金及气体之间的反应。以低碳钢为例讨论冶金反应。选用H08MnA及焊剂431。1、Si、Mn还原反应（SiO2）+2Fe=2（FeO）+Si+G（MnO）+Fe=（FeO）+Mn+G G0，即反应为吸热反应 FeO大部分进入渣 Si、Mn进入熔池，合金化 Si镇静熔池、Mn 抵消S的不利作用。,2、碳的烧损埋弧焊焊接区内为弱氧化性，C被氧化C+O=COC+FeO=Fe+CO2C+（SiO2）=Si+2COCO逸出时对熔池有搅拌作用，有利于H折出影响因素：焊丝母材中的
44、含碳量Si抑制烧损，镇静熔池,3、杂质S、P的限制严格限制焊剂中S、P含量。S热裂纹，由共晶Fe+FeSP降低低温韧性4、去除熔池中的Ha)工艺措施：去除油污、水分、铁锈。b)冶金措施结合成HF利用CaF2CaF2=CaF+F2CaF2+2SiO2=2CaSiO3+SiF4SiF4=SiF+3FF+H=HF,埋弧焊冶金反应的一般特点：1、熔池存在时间长，冶金反应充分，气孔、夹渣少。2、空气不易侵入焊接区域，焊缝中的含氮量低，只有0.002%左右。3、焊缝化学成分稳定。,3-2埋弧焊机,一、埋弧焊设备的组成,埋弧焊设备,电源,送丝机构：向焊接区送丝，维持电弧弧长的稳定,行走机构：拖动电弧或工件行
45、走,导电嘴：将电流导向焊丝。偏心式、夹瓦式及滚轮式,焊剂输送装置及回收装置,二、埋弧焊设备的分类1、按照用途来分类通用埋弧焊机：小车式，用于对接、角接及环焊缝专用埋弧焊机：专用焊接结构。2、按送丝方式：等速送丝：适用于细丝，配平特性或缓降特性的电源 弧压反馈送丝式：适用于粗丝，配陡降特性的电源3、按照送丝机构 小车式 门架子式 悬臂梁式,4、按焊丝数量单丝焊机双丝焊机多丝焊机5、按照电极的形状丝极埋弧焊带极埋弧焊,3-3埋弧焊技术,埋弧焊工艺包括：焊前准备 选择与母材匹配的焊丝与焊剂 选择正确的焊接工艺参数及热处理规范等,（一）焊前准备焊前准备包括：1、坡口加工,加工方法：坡口可用刨边机、车床
46、、气割机等设备加工。2、待焊部位的清理将坡口及坡口两侧2050mm区域内的铁锈、氧化皮、油污、水分清理干净。油污、水分清理方法：一般用氧-乙炔火焰烘烤铁锈、氧化皮清理方法：砂布、钢丝刷、砂轮机打磨。,3、焊接材料的清理及烘干焊丝：一般有防锈铜镀层。使用前去除掉焊丝表面的油及其它污物，以防止氢气孔。焊剂：使用前应按要求烘干。酸性焊剂：250C下烘干，保温12小时。高氟焊剂：必须在300C400C下烘干，保温2小时。烘干后应立即使用。4、焊件的装配装配要求：间隙均匀、高低平整且不错边。此外，还应注意以下几点：（1）定位焊缝采用手工电弧焊或气体保护焊进行焊接，定位焊缝原则上应与母材等强，长度一般应大
47、于30mm。,（2）直缝两端加装引弧板与熄弧板，焊后再割掉，其目的是使焊件上的焊缝截面尺寸保持稳定，并去掉引弧和收弧位置处出现的缺陷。（二）、焊接工艺参数的选择包括：焊接电流、电弧电压、电流的种类及极性、焊接速度等。,1焊接电流焊接电流是决定焊缝熔深的主要因素。焊接电流与熔深间成正比关系：H=kmIkm为电流系数，决定于电流种类、极性及焊丝直径等。因此，焊接电流应根据熔深要求首先选定。焊接电流过大：HAZ宽度大，易产生过热组织，接头韧性降低；电流过大还易导致咬边、焊瘤或烧穿等缺陷。焊接电流过小：易产生未熔合、未焊透、夹渣等缺陷。生产率低，,2电流种类与极性DCRP：熔敷速度稍低，熔深较大。焊接
48、时一般情况下都采 用直流反接。DCSP：熔敷速度比反接高30%50%，但熔深较浅，熔合比小。特别适合于堆焊。母材的热裂纹倾向较大时，为了防止热裂，也可采用直流正接。AC：采用交流进行焊接时，熔深处于直流正接与直流反接之间。3电弧电压主要影响熔宽，对熔深的影响很小。为保证电弧的稳定燃烧及合适的焊缝成形系数，电弧电压应与焊接电流保持适当的关系。焊接电流增大时，应适应提高电弧电压。电弧电压还影响熔敷金属的化学成分。电弧电压增大，焊剂的熔化量增加，过渡到熔敷金属中的合金元素会增加。,4焊接速度焊接速度对熔深及熔宽均有明显的影响。焊接速度增大时，熔深、熔宽均减小。因此，为了保证焊透，提高焊接速度时，应同
49、时增大焊接电流及电压。但电流过大、焊速过高时易引起咬边等缺陷。因此焊接速度不能过高。5焊丝直径及伸出长度电流一定时，焊丝直径越细，熔深越大，焊缝成形系数减小。然而对于一定的焊丝直径，使用的电流范围不宜过大，否则将使焊丝因电阻热过大而发红，影响焊丝的性能及焊接过程的稳定性。,（三）成型工艺1、平板对接平板对接时可采用单面焊双面成形，也可采用双面焊。1）单面焊双面成形适于厚度为20 mm以下的工件，一般不开坡口，留较大间隙。强制成型：利用铜衬垫、焊剂垫承托熔池。优点：不用反转工件，一次将工件焊好，焊接生产率较高。缺点：焊接热输入大，焊缝及热影响区晶粒粗大，接头韧性很差。板厚越大，该问题越严重。2）
50、双面焊（1）悬空焊接法工艺要点：a）工件背面不加衬垫，不需要任何辅助设备和装置。,b）严格控制间隙，以防止液态金属从间隙中流失或烧穿；一般不留间隙或间隙1mm。c）焊接正面的工艺参数应较小，熔深小于焊件厚度的一半；d）翻转工件后再焊反面，为保证焊透，适当增大焊接电流，保证熔深达到焊件厚度的60%70%。（2）焊剂垫法：采用焊剂垫承托熔池工艺要点：a）焊前应根据工件厚度预留一定间隙或开坡口，以保证焊剂充分进入到间隙中。b）焊正面焊缝时，工艺参数必须保证使熔深大于工件厚度的60%70%。,气压式,自重式,3）焊反面前应首先挑焊根，采用与正面相同的规范或稍小的规范进行焊接。4）工件下面的焊剂在整个焊
