熔焊方法与设备——最终版.doc

1、最小电压原理：在电流和周围条件一定的情况下，稳定燃烧的电弧将自动选择一适当的断面，以保证电弧的电场强度具有最小的数值，即在固定弧长上的电压最小，这意味着电弧总是保持最小的能量消耗。2、电弧磁偏吹：是指焊接时由于某种原因使电弧周围磁场的均匀性受到破坏，从而导致焊接电弧偏离焊丝的轴线而向某一方向偏吹的现象。消除措施：尽量采用短弧焊、采用脉冲或高频焊、用交流化替代直流、采用外加磁场校正。3、阴极清理：直流反接时母材作为阴极承担发射电子的任务，由于表面有氧化物的地方电子溢出功小，容易发射电子，因此电弧有自动寻找金属氧化物的性质，在氧化膜上容易形成阴极斑点，于此同时，阴极斑点受到质量较大的正离子的撞击，因此能使该区内的氧化膜被清理4、送丝系统：（1）推丝式：焊枪结构简单轻便，操作和维修比较方便，焊丝背送丝机构推出后经过一段较长的导丝管进入焊枪；导丝管增加了送丝阻力随着导丝管加长，送死稳定性变差；（2）拉丝式:分为两种，一种是将焊丝盘和焊枪手分开，两者间用导丝管连接；另一种是焊丝盘与焊枪构成一体；后者由于去掉了导丝管，减少阻力，提高了送丝的稳定性，但是这种一体结构质量大，加重了焊工的劳动强度（3）：推拉丝式：在推丝式送丝的同时，焊枪上安装微型电动机提供拉丝动力；焊丝前进时即靠推力又靠拉力，利用两个力中的合力来克服导丝管中的阻力；5、TIME焊：实质上是一种高效MAG焊，采用单丝单电弧焊接，采用四元混合气体（Ar+He+CO2+O2）作为保护气体，焊接过程中保持大的焊丝伸出长度和大的送丝速度，熔敷速度较为传统的熔化极氩弧焊提高2-3倍。6、STT：表面张力过渡控制技术； 7、 CMT：冷金属过度控制法； 8、A-TIG：活性钨极氩弧焊叫A-TIG9、等离子弧是一种受到约束的非自由电弧，它是借助以下三种压缩效应形成的：机械压缩效应，利用喷嘴来限制弧柱直径，提高能量密度的效应。热压缩效应，利用气流或水流的冷却使电弧得到压缩效应磁压缩效应，来自于弧柱自身的磁场，如果将通过喷嘴的弧柱看作是许多载流导线束，由于电流同向，因此会彼此吸引，形成一个指向弧柱中心的力场。三种压缩使得温度、能量密度、等离子流速都得到显著增大。10、等离子弧的分类及应用：非转移型等离子弧：电极接电源的负极，喷嘴接电源的正极，电弧在电极与喷嘴之间产生，工件不接电；其温度和能量密度都较低，常用于喷涂，焊接，以及切割薄的金属或者是对非导电材料进行加热。转移型等离子弧：电极接电源的负极，工件接电源正极，等离子弧在电极与工件之间燃烧；其温度和能量密度都较高，常用于切割，焊接及堆焊。联合型等离子弧：转移型电弧和非转移型电弧同时存在，需要个独立的电源供电；主要用于小电流微束等离子弧焊接及粉末堆焊。11、等离子弧焊：（1）穿透性等离子弧焊接：也称为小孔型等离子弧焊接，特点是弧柱压缩程度较强，等离子射流喷出速度较大。焊接时，等离子弧把焊件的整个厚度完全穿透，在熔池中形成上下贯穿的小孔，并从焊件背面喷出部分电弧；大流较大为100A500A；（2）熔透型等离子弧焊接：a：普通熔透型等离子弧焊接，特点是弧柱压缩程度较弱，等离子气流喷出速度较小，电流为30A100A；b：微束等离子弧焊接，电流小于30A；1、 各种焊接缩写：埋弧焊(SAW)、钨极惰性气体保护焊（TIG/GTAW）、(GMAW/MIG/MAG)-熔化极气体保护焊、等离子弧焊接（PAW）、焊条电弧焊（SMAW）2、熔滴过渡的基本类型：自由过渡、接触过渡、渣壁过渡3、埋弧焊所用的焊接材料：焊丝和焊剂; 匹配：在焊接碳钢和强度等级比较低的低合金刚时，应按照等强原则选用与母材相匹配的焊接材料。4、GMAW-熔化极气体保护焊（根据焊材选保护气体）3个原则：对焊缝无害、改善工艺、提高熔敷率。5、引弧方式：接触式引弧-熔化极：焊条电弧焊（SMAW）、埋弧焊；非接触式引弧-非熔化极气体保护焊：TIG、PAW(高频高压、高压脉冲)6、等速送丝：干伸长增大，C曲线左移。，电阻热作用增大。7、电弧焊主要工艺参数：焊接电流、电弧电压、焊接速度。8、气体保护CO2焊供气系统和MIG焊的供气系统是否相同？答：不相同，气体保护CO2焊有预热器和干燥器；预热器：为了防止CO2气体中的水分在钢瓶出口及减压表中结冰，使气路堵塞，在减压之前要将CO2气体通过预热器进行预热。干燥器：吸收CO2气体中的水分和夹杂，以避免焊缝出现气孔。9、双弧现象：由于一些原因，有时会出现一种破坏电弧稳定燃烧的现象，这时除已经存在的等离子弧主弧外，在钨极-喷嘴-工件之间会产生另外一种旁路电弧（或者叫副弧），即主弧和旁路电弧同时存在的现象。双弧防止措施：从喷嘴因素来看，增大喷嘴孔径，孔道长度减小，钨极和喷嘴同心，是冷气膜均匀从电流因素来看：对于给定喷嘴，允许使用的电流有一个极限，不能过大离子气体因素来看，增加离子气流量喷嘴冷却要好，表面不易有氧化物。10、弧长调节：电弧稳定燃烧-vm=vf（熔化速度=送丝速度）二、简答题：1、弧长变化引起的干扰因素：（1）使电弧静特性发生变化的外界干扰：主要有焊件表面起伏不平、破口加工或装配不均匀、焊道上有定位焊缝、焊丝打滑等引起的电弧长度的变化；由于焊剂、保护气体、母材和电极材料称分布均匀，或有污染物等引起弧柱电场强度变化而使电弧静特性发生变化等；（2）使电源外特性发生变化的外界干扰：主要有大量电气设备（如电阻焊剂、大功率电动机等）突然启动或切断造成的电压网压波动；弧焊电源内部的电阻元件和电子器件受热后使其输出发生波动等。2、电弧自身调节系统和弧压反馈调节系统的特点是什么？ 答：（1）电弧自身调节系统又称为等速送丝调节系统，是细焊丝熔化极电弧焊常用的控制弧长的自动调节系统；电源外特性采用平硬或缓降特性，电流调节方法是调节送丝速度，电压调节方法是调节电源外特性；焊丝直径一般为1.63mm;(2)弧压反馈调节系统也称为电弧电压均匀调节系统，主要依靠电弧电压的负反馈作用来保持电弧长度不变，因此属于闭环控制系统。它适用于粗丝埋弧焊时应用的主要方法。其控制电路及机构较复杂，是变速送丝调节系统。电源外特性采用陡降或垂降特性，电流调节方法为调节电源外特性，电压调节方法采用送丝给定电压。焊丝直径为3-5mm。3、GMAW如何选择极性？答：一般采用直流反接，原因是：一是为了得到稳定的焊接过程和稳定的熔滴过渡过程。二是在焊接铝、镁及其合金时，也需要用直流反接时电弧对焊件及熔池表面的氧化膜具有阴极清理作用。三是直流反接使熔滴以喷射过渡，熔滴的这种过渡形式稳定，焊缝成型良好。四是产热小，非常适合焊接铝、镁及其合金。4、试述埋弧焊（MZ-1000）弧压反馈调节原理的静特性方程及调节原理？答：静特性方程为原理：当电弧长度波动而引起焊接参数偏离原来的稳定值时，利用电弧电压为反馈量，通过一个专门的自动调节装置-电弧电压反馈调节器。强迫改变送丝速度，使电弧长度恢复到原来的长度。5、TIG焊的特点及TIG的应用：优点：a.能够实现高品质的焊接，得到优良的焊缝。由于惰性气氛的稳定保护对电弧及熔池的保护很可靠，能有效地排除氧、氮、氢等气体侵害。b.焊接过程钨电极是不熔化电极，故易于保持恒定的电弧长度，不变的焊接电流，稳定的焊接过程，使焊缝很美观、平滑、均匀。c.在薄板焊接时无需填充材料，在厚板焊接时，填充焊丝无电流，所以不会产生飞溅，可以获得良好的光滑平面焊缝。d.钨极氩弧焊时的电弧是电弧焊方法中稳定性最好的电弧之一。e.可以焊接各种金属材料，如钢、钛、铝、镁。f. TIG焊可焊性高，所以可以焊接重要构件，航空航天。h.可以实现单面焊，双面成形比较好。缺点：a.焊接效率低于其他焊接方法。b.氩气没有脱氧或去氢作用，所以焊前对除油锈水要求严格，减小产生气孔。c.焊接时钨极有少量的蒸发，钨微粒如果进入熔池会造成夹钨，影响焊缝质量，电流过大时尤为明显。d.生产效率较低和惰性气体的价格较高，生产成本比焊条电弧焊、埋弧焊都要高。TIG的应用：a.应用广泛，可以用于几乎所有金属和合金的焊接，比如钢铁材料、有色金属等b.特别对铝、镁、钛、铜等有色金属及不锈钢、耐热钢等具有优势。c.适用于各种长度焊缝，可焊接薄板也可焊厚件，可平焊也可各种空间位置焊接。d.对于大厚度的重要构件，TIG焊可以用打底焊，确保底层焊缝的质量。6、CO2焊为什么飞溅严重，如何控制？ 答：气体保护焊时，是由于CO2气体性质决定的。粗滴比短路过渡飞溅严重。由冶金反应引起的飞溅，由于CO2具有强氧化性，高温生成CO，在电弧高温作用下，其体积急剧膨胀，CO气体压力逐渐增大，最终会突破液态熔滴和熔池表面的约束而形成爆破，产生飞溅。由斑点压力引起的飞溅：直流正接-正离子飞向焊丝末端的熔滴，机械冲击力大，大颗粒飞溅；直流反接-电子撞击熔滴，斑点压力小，故飞溅小。熔滴短路时引起的飞溅，短路电流强烈产热，产生强烈的电磁收缩作用，使液体过桥缩颈、缩颈使过桥过热爆炸时爆炸力将熔滴金属向四方产生较大飞溅。非轴向熔滴过渡造成的飞溅，粗滴过渡时斥力引起熔滴在斑点压力和弧柱气流压力共同作用下，被推向焊丝末端的一边并抛到熔池外，是大颗粒熔滴飞溅。焊接参数选择不当引起飞溅，当焊接电流，电弧电压，电感值参数选择不当时也能造成飞溅，故必须正确选择焊接参数，使这种飞溅量降到最低。控制措施：材料：超低C焊丝，药心焊丝工艺：参数选择，调节电感L，调节干伸长设备：波形控制，STT法，表面张力过渡。7、铝、镁等活性金属及其合金为什么采用交流TIG电源焊？方波交流与正交流相比有何优点？答：、铝镁及其合金性质活泼，易发生氧化。TIG焊使用惰性气体完全覆盖电弧和融化的金属，使电弧不受周围空气的影响和避免熔化金属与周围的氧、氮等发生反应，从而起到保护作用。在生产中，焊接铝等合金时一般采用交流，因为工件为阴极的半周里有去除工件表面氧化膜的作用，在钨极为阴极的 半周钨极可以的到冷却，并能发射足够的电子以利于稳定电弧。但采用交流电源时：直流分量、电弧稳定性差。、方波交流正弦交流的优点：方波电流过零后增长快，再引燃容易，大大提高了稳弧性能可以根据焊接条件选择最小而必要的反转比，使其既能满足清除氧化膜的需要，又能获得最小的钨极损耗和可能的最大溶深由于采用电子电路控制，正、负半周电流幅值可调，焊接铝、镁及其合金时，无需另加消除直流分量装置。8、射流过渡：在纯氩或富氩气体保护焊接时，在一定的工艺条件下，会出现喷射过渡，射流过渡是喷射过程中最富代表性的一种过渡形式。获得射流过渡的条件：采用纯氩或富氩保护气氛，直流反接。除了保护高弧压外，还必须使焊接电流大于某一临界值。9、脉冲熔化极氩弧焊（MIG）的熔滴过渡形式？有哪些参数选择及优点？答：三种：一脉一滴、一脉多滴、多脉一滴。脉冲熔化极氩弧焊的主要脉冲参数有：基值电流Ib、脉冲电流Ip和脉冲时间Tp。其他焊接参数有焊接电流即平均电流Ia、脉冲频率fp和脉冲宽度比Kp。优点：脉冲熔化极氩弧焊扩大了焊接电流的调节范围有效控制熔滴过渡及熔池尺寸，有利于全位置焊接可有效地控制热输入，改善接头性能脉冲电弧还具有加强熔池搅拌的作用，可以改善熔池冶金性能，有利于消除气孔。10、CO2气体保护焊接的特点及应用？答：优点：a. CO2焊是一种高效节能的焊接方法，经济效益很高。b.用粗丝焊接时可以使用较大的电流，实现射滴过渡，焊丝熔化系数大，焊件溶深大，可以不开坡口。c.用细丝焊接时，可以使用较小的电流实现短路过渡，对焊件简断加热、电弧稳定、热量集中、热输入量小，适于薄板。d. CO2焊是一种低氢型焊接方法，焊缝含氢低，抗锈能力强，不易产生冷裂纹和氢气孔。e. CO2焊所用的气体和焊丝价格便宜，是一种明弧方法，便于监视和控制。缺点：a.焊接飞溅较多，焊缝外观粗糙。b.不能焊接易氧化的金属材料，也不适于有风的地方施焊，可以烧损大量的有益元素。c.焊接弧光较强，辐射较强，要求人员劳动保护。应用：a.主要应用于大部分钢结构中，可焊接薄板，也可焊厚板。b.可实现多角度焊接。c.可焊接碳钢和合金结构钢。d.用于机车制造，汽车，船舶，金属结构，机械制造中十分普遍。11、埋弧焊的特点及埋弧焊弧压反馈自动调节原理：优点：a.生产效率高，埋弧焊所用的焊接电流可达到1000A以上，比焊条电弧焊高5-7倍，因而电弧的溶深能力和焊丝的熔敷效率都比较大，使得焊接速度可以大大提高。b.焊接质量好：一方面焊接参数通过电弧自调节能够保持稳定，对焊工操作技术要求不高。成形好，成分稳定，另一方面也与采用熔渣进行保护，隔离空气的效果好有关。c.劳动条件好，没有刺眼的弧光，不需要焊工手操作，改善环境减轻劳动。d.节约金属及电能，对20-25mm一下的可以不开坡口，节约焊丝和加工坡口，同时，由于焊剂保护，金属的烧损和飞溅也大大减小。缺点：a.焊接使用的位置受到限制，因有颗粒焊剂，一般只用在平焊。b.焊接厚度受到限制，电流小于100A时电弧稳定性变差，不适于小于1mm的薄板。C.焊接坡口加工与装配要求严格，不能直接观察电弧和坡口的相对位置。原理：当电弧波动而引起焊接参数偏离原来的稳定值时，利用电弧电压作为反馈，是通过一个专门的自动装置-电弧电压反馈调节器，强迫改变送丝速度，使弧长回复到原来的长度。埋弧焊的应用：对中厚板，长焊缝有优越性；适用的材料：碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢以及复合钢等。此外，用埋弧焊堆焊耐热钢、腐蚀合金、或焊接镍基合金、铜基合金也能获得很好的效果。12、熔化极氩弧焊的不同保护气体的工艺特点及适用材料种类：保护气体的选择原则为：对焊缝无害、改善工艺性、提高生产率。Ar+He：He的传热系数大，在相同的弧长度下，氦比氩弧的弧压高，电弧温度高，氩弧的传热系数小，燃烧非常稳定，进行熔化极氩弧焊是熔滴很容易稳定的轴向射流过渡，飞溅极小，以Ar为主，加入一定He可具有两者优点。铜及铜合金时，Ar+He混合可以改善焊缝金属的润湿性，钛及锆金属时，Ar+He=75：25改善溶深及焊缝金属的润湿性。Ar+H2焊接镍及其合金时可以抑制和消除焊缝中的CO气孔。Ar+O2降低熔池的表面张力，用于焊接不锈钢等高合金钢及级别较高的高强钢。Ar+N2电弧温度高，主要用于焊接铜及铜合金，8：2。13、熔滴过渡如何分类？过渡形式有哪些？如何对熔滴过渡进行控制？答：（）根据外观形态，熔滴尺寸以及过渡频率，熔滴过渡通常可分为自由过渡、接触过渡、和渣壁过渡。短路过渡：主要用于以下的细丝气体保护焊或使用碱性焊条，采用低电压、小电流焊接工艺的焊条电弧焊。特点：对焊接热输入调节来控制母材熔深焊接电流较小，有利于薄板焊接电流密度大，焊接速度快看，可减小焊接热影响区宽度和焊接变形。射流过渡：用于焊厚度大于的工件，用于焊。特点：焊接过程稳定，飞溅极少，焊缝成形质量好电弧稳定，对保护气流的扰动作用小，故保护效果好。出现指深熔深。亚射流过渡：铝铝焊丝焊。特点：可以避免射流过渡是出现的“指状”熔深。14、焊接不锈钢为什么不能用纯氩气焊接？答：用纯氩时会出现两个问题：液体金属的粘度及表面张力较大，易产生气孔。焊缝金属润湿性差，焊缝两侧易形成咬肉等缺陷。电弧阴极斑点不稳定，产生阴极漂移现象。电弧根部这种不稳等会引起焊缝溶深及焊缝成形的不规则。由于上述原因，用纯氩保护的MIG焊焊接不锈钢等金属是不合适的，通常在Ar中加入一定量的O2，降低熔池的表面张力，稳定阴极斑点。体积分数为1%-5%。15、TIG直流反接：电弧对母材表面的氧化膜具有“阴极清理”作用，这种作用也被称为“阴极雾化”作用。产生原因：反接时母材作为阴极承担发射电子的任务，由于表面有氧化物的地方电子溢出功小，容易发射电子，因此电弧有自动寻找金属氧化物的性质，在氧化膜上容易形成阴极斑点，于此同时，阴极斑点受到质量较大的正离子的撞击，因此能使该区内的氧化膜被清理。铝、镁、钛及其合金利用上述氧化膜清理作用，采用直流反接就可以获得表面光滑美观，成形良好的焊缝。直流反接一般只用于厚度约3mm一下的活性金属及其合金。直流正接：直流正接的TIG焊是所有电弧焊方法中电弧最为稳定的焊接方法之一（没有阴极雾化，适用于除镁、铝及其合金的其他焊接）钨极作为阴极时钨极发射电子能力强，在其发射电子的同时电子从阴极带走了大量的逸出功，对钨极具有冷却作用，同时接受正离子轰击时得到的能少，因此钨极不易过热烧损，寿命较长。焊件作为阳极时，焊件接受电子轰击时释放的全部动能和位能，产生大量热，电子从锥形尖发射，电弧集中，可得到窄焊缝，生产高。焊件收缩、变形小。钨棒的热发射能力很强，当采用小直径钨棒时，电流密度可增大，电弧稳定。附加：1、埋弧焊的冶金特点：a.机械保护作用好：焊剂熔化围绕电弧空间形成一个由液态熔渣膜构成的天然屏障，阻止空气进入电弧空间b.冶金反应充分：埋弧焊热输入大，使焊缝区金属处于液态的时间长，化学冶金反应更充分，同时，熔池中的气体，夹杂易溢出。C.焊缝的化学成分稳定：焊接参数稳定，因此当焊接材料、母材和焊接参数确定以后，焊缝的化学成分波动小。d.焊缝的组织易粗化：电流大，热输入大使得焊缝晶粒长大，所以，一般加入微量合金元素来抑制组织粗化。埋弧焊的工艺特点：a,稀释率高：由于埋弧焊焊缝熔透深度大，母材熔化量大，焊缝的稀释率可达70%。b.热输入高：大电流焊接，使接头组织粗大，强度和韧度降低。c.焊接速度快，效率高。焊接工艺？埋弧焊工艺的内容：焊接工艺是指制造焊件有关的加工方法和实施要求，包括焊接准备、材料选用、焊接方法、焊接参数、操作要求。埋弧焊工艺内容：a焊接准备：选择与加工坡口，装配b选择焊接工艺方法，单丝、双丝、单面、双面c选择焊接材料，焊剂和焊丝d选择焊接参数e明确操作要求f制定焊缝缺陷的检查方法和修补技术。加工坡口：a为了溶深b坡口不同，变形程度不一样c焊枪容易进入d影响残余应力，保证质量，成本最低。TIG焊焊接电源：恒流电源，下降特性。2、埋弧焊焊接焊接和焊丝的匹配依据：在焊接低碳钢和强度等级较小的低合金钢，应按照等强原则选用与母材相匹配的焊接材料。可选用高锰高硅焊剂与低碳钢焊丝或含锰的焊丝相配合或用中锰低锰或无锰焊剂与含锰量高的焊丝在焊接低合金高强钢时，除了使用焊缝与母材等强外，还要保证焊缝的韧性和塑性，可选用中锰中硅或低锰中硅焊剂，配合相应的合金钢焊丝，当焊接强度比较高时，选碱度高的烧结焊剂。在焊接耐热钢、低温刚和耐蚀性钢时，可选用中硅或低硅型焊剂与合金钢焊丝。焊接奥氏体或铁素体高合金钢时，满足力学性和抗裂性，一般选用碱度比较高的中硅或低硅型熔焊焊剂。3、电弧自身调节作用：答：电弧自身调节作用是焊接电弧本身所具有的特性。在采用下降外特性电源时，在焊接过程中，由于某些原因使得电弧长度增长或缩短时，焊接电流和电弧电压将随着变化。弧长缩短时，焊接电流Ia增大，电弧电压Ua减小，引起焊丝熔化速度vm加快，使得vmvf，弧长增大，自动恢复到原来的长度。弧长增长时，焊接电流Ia减小，电弧电压Ua增大，引起焊丝熔化速度vm减慢，使得vm,vf弧长缩短，自动恢复到原来的长度。弧长的调整不是靠外界所加的强制作用，而完全是依靠弧长变化所引起的焊接参数变化，使焊丝的熔化速度产生相应的变化来达到恢复弧长的目的，故称为电弧自身调节作用。4、熔化极氩弧焊（MIG/MAG/GMAW）的特点及应用：优点：a.MIG焊的保护气体是没有氧化性的惰性气体，电弧空间无氧化性，能避免氧化，焊接过程中不产生熔渣，在焊丝中不需要加入脱氧剂，可以使用与母材同等成分的焊丝进行焊接。b.与CO2气体保护电弧焊相比较，熔化极氩弧焊电弧稳定，熔滴过渡稳定，焊接飞溅少，焊缝成形美观。c.与TIG焊相比较，熔化极氩弧焊由于采用焊丝作为电极，焊丝和电弧的电流密度大，焊丝熔化速度快，熔敷效率高，母材溶深大，焊接变形小，焊接生产率高。d.MIG焊采用焊丝为正的