课件-焊接基础-手工电弧焊工艺1.ppt

第一章手工电弧焊,第三节熔滴过渡和飞溅,第三节熔滴过渡与飞溅,一.熔滴过渡,在电弧热作用下，焊丝与焊条端头的熔化金属形成熔滴，受到各种力的作用向母材过渡，称为熔滴过渡。,图1-1手工电弧焊的焊接过程,二.熔滴上的作用力,熔滴作用力,表面张力,重力,电磁收缩力,斑点压力,等离子流力,第三节熔滴过渡与飞溅,图2-1熔滴受力示意图,等离子流力,（一）.表面张力,焊丝和熔滴间的表面张力为：,表面张力是在焊条端头上保持熔滴的作用力。,表面张力系数,与材料成分、温度、气体介质等因素有关。,表面活化物质可大大降低表面张力系数。在液体钢种最大的表面活化物质是氧和硫。,第三节熔滴过渡与飞溅,（一）.表面张力,影响因素：,与材料成分、温度、气体介质等因素有关。,表面活化物质可大大降低表面张力系数。在液体钢种最大的表面活化物质是氧和硫。增加熔滴温度，会降低金属的表面张力系数，从而减小熔滴尺寸。,第三节熔滴过渡与飞溅,（二）.重力,其大小为：,当焊丝直径较大而焊接电流较小时，在平焊位置情况下，使熔滴脱离焊丝的力主要是重力。,表面张力系数,第三节熔滴过渡与飞溅,表面张力系数,表面张力系数,（二）.重力,如果熔滴的重力大于表面张力时，熔滴就要脱离焊丝。,第三节熔滴过渡与飞溅,越大，则过渡的熔滴越细。,立焊和仰焊时，重力将阻碍熔滴过渡。,（三）.电磁力,电流通过熔滴时，导体的截面是变化的（指焊丝-熔滴-电极斑点-弧柱之间），变化则产生电磁力的轴向分力。方向：从小截面指向大截面,第三节熔滴过渡与飞溅,电磁力,电磁力对熔滴过渡的影响，按不同部位加以分析：,1.在焊丝与熔滴连接的颈缩处：,此时的电磁力是小断面指向大断面，它是促进熔滴过渡的。,焊丝直径。,熔滴直径,（三）.电磁力,第三节熔滴过渡与飞溅,电磁力,2.在熔滴与弧柱间形成斑点：,弧根面积的直径。,熔滴直径,斑点的面积大小决定于电流线在熔滴中的流动形式。若斑点面积小于熔滴直径，此时形成的电磁力为,（三）.电磁力,第三节熔滴过渡与飞溅,电磁力对熔滴过渡的影响决定于电弧形态：,若弧根面积笼罩整个熔滴，此处的电磁力促进熔滴过渡。若弧根面积小于熔滴直径，此处的电磁力形成斑点压力的一部分，会阻碍熔滴过渡,若时，形成的合力向上，构成斑点压力的一部分，阻碍熔滴过渡。若时，形成的合力向下会促进熔滴过渡。,第二节焊接电弧,这一节将从电弧的物理本质导电机理入手，分析电弧产热和产力机构,（四）.等离子流力,第三节熔滴过渡与飞溅,自由电弧的外形通常是圆锥形,不等断面电弧内部的电磁力不一样,上边的压力大,下边的压力小。形成压力差，使电弧产生轴向推力，造成从焊丝端部向工件的气体流动，形成等离子流。电流较大时，高速等离子流将对熔滴产生很大的推力，使之沿焊丝轴线方向运动。,（五）.斑点压力,电极上形成斑点时，由于斑点是导电的主要通道，也是产热集中的地方，此处承受电子（反接）或正离子（正接）的撞击力。电流密度高，将使金属强烈蒸发，金属蒸发时对金属产生很大的反作用力，对电极造成压力。当斑点面积较小时，斑点压力常常是阻碍熔滴过渡的力；当斑点面积很大，笼罩整个熔滴的时候，斑点压力常常促进熔滴过渡。,（六）.爆破力,第三节熔滴过渡与飞溅,当熔滴内部有易挥发金属或由于冶金反应而生成气体时，都会使熔滴内部在电弧高温作用下气体积聚和膨胀而造成较大的内力，从而使熔滴爆炸而过渡。当短路过渡焊接时，在电磁力和表面张力作用下形成缩颈，流过较大电流，使小桥爆破形成熔滴过渡。,小结,在长弧时，表面张力总是阻碍熔滴从焊丝端部脱离，但当熔滴与熔池金属短路并形成液体金属过桥时，由于熔池界面很大，这时表面张力有助于把液体金属拉进熔池，促进熔滴过渡。熔滴短路使电流线呈发散形，也促进液态小桥金属向熔池过渡。,第三节熔滴过渡与飞溅,一.熔滴过渡主要形式及其特点,熔滴过渡形式大体分为三种类型:自由过渡、接触过渡和渣壁过渡。,图1-1手工电弧焊的焊接过程,(一).熔滴上的分类,自由过渡指熔滴经电弧空间自由飞行，焊丝端头和熔池之间不发生接触。,接触过渡是焊丝端部的熔滴与熔池表面通过接触过渡。熔化极气体保护焊时，焊丝短路并重复引燃电弧，这种接触过度称为短路过度。TIG焊时，焊丝作为填充金属，它与工件间不引燃电弧，称为搭桥过渡。,渣壁过渡与渣保护有关，常发生在埋弧焊，熔滴是从熔渣的空腔壁上流下的。,熔滴过渡分类,自由过渡熔滴通过电弧空间的过渡滴状过渡，根据熔滴尺寸和熔滴形态，区分为大滴过渡、排斥过渡和细颗粒过渡；喷射过渡，因熔滴尺寸和过渡形态又区分为射滴过渡、射流过渡和旋转射流过渡；CO2电弧焊和焊条电弧焊中经常看到的爆破过渡。接触过渡熔滴通过与熔池表面接触后出现的过渡渣壁过渡埋弧焊情况是部分熔滴沿着熔渣壳过渡，焊条电弧焊是部分熔滴沿药皮套筒壁过渡。,熔滴过渡分类,第三节熔滴过渡与飞溅,一.熔滴过渡主要形式及其特点,电流较小和电弧电压较高时,弧长较长，使熔滴不易与熔池短路。因电流较小，弧根面积的直径小于熔滴直径，熔滴与焊丝之间的电磁力不易使熔滴形成缩颈，斑点压力又阻碍熔滴过渡。随着焊丝的溶化，熔滴长大，最后重力克服表面张力的作用，造成大滴状熔滴过渡。,图1-1手工电弧焊的焊接过程,(二).滴状过渡,CO2气体保护焊时，CO2气体高温分解吸热对电弧有冷却作用，使E提高，电弧收缩，弧根面积减小，增加了斑点压力而阻碍熔滴过渡，形成大滴排斥过渡。,溶化极气体保护焊正接时，由于斑点压力较大，MIG焊接时，焊丝也有明显的大滴过渡现象。,CO2气体保护焊时，随着电流的增加，斑点面积也增加，电磁力增加，熔滴过渡频率增加。熔滴细化，熔滴尺寸小于焊丝直径，称为细颗粒过渡。,第三节熔滴过渡与飞溅,第三节熔滴过渡与飞溅,一.熔滴过渡主要形式及其特点,用Ar或者富Ar气体保护焊时，会出现喷射过度形式。分为：射滴、亚射流、射流、旋转射流等过渡形式。,(三).喷射过渡,1.射滴过渡,过渡时，熔滴直径接近于焊丝直径，脱离焊丝沿轴向过渡，加速度大于重力加速度。射滴过渡时，电弧呈钟罩形。由于弧根面积大并包围熔滴，使流过熔滴的电流线发散，则产生的电磁收缩力形成较强的推力。阻碍熔滴过度的力为表面张力。从大滴状过渡转变为射滴过渡的电流值称为射滴过渡临界值。,图2-16,第三节熔滴过渡与飞溅,一.熔滴过渡主要形式及其特点,(三).喷射过渡,1.射滴过渡,第三节熔滴过渡与飞溅,一.熔滴过渡主要形式及其特点,用Ar或者富Ar气体保护焊时，会出现喷射过度形式。分为：射滴、亚射流、射流、旋转射流等过渡形式。,(三).喷射过渡,2.射流过渡,钢焊丝MIG焊小电流时,电弧与熔滴状态如图。电弧为圆柱形，电磁收缩力较小，熔滴在重力作用下呈大滴状过渡。随着电流的增加，电弧阳极斑点笼罩的面积逐渐扩大，可达熔滴的根部，熔滴与焊丝间形成缩颈。全部电流在缩颈流过，该处电流密度很高，细颈被过热，其表面将产生大量的金属蒸汽，细颈表面具备产生阳极斑点的有利条件。,公式,弧根可以跳到B点，因为导电通路L1所消耗的能量与导电通路L2-a-细颈-b所消耗的能量相等或更小，阳极斑点在颈缩上部出现。,第三节熔滴过渡与飞溅,一.熔滴过渡主要形式及其特点,电弧在富氩气体中燃烧时，电弧电场强度E较低，使电弧根容易扩展，形成的缩颈被拉长变细，电阻较大时，满足上式。,2.射流过渡,一旦缩颈表面上温度达到金属沸点，电弧的阳极斑点将瞬时从溶滴的根部扩展到颈缩的根部，这一现象称为跳弧现象。,图C,第三节熔滴过渡与飞溅,一.熔滴过渡主要形式及其特点,当第一个较大熔滴脱落之后，电弧呈圆锥状，容易形成较强的等离子流，使焊丝端部的液态金属呈“铅笔尖”状。焊丝端部液体金属直径很细，熔滴的表面张力很小，再加上等离子气流的作用，细小的熔滴从焊丝尖端一个接一个向熔池过渡，过渡速度很快，脱离焊丝端部的熔滴加速度可以达到重力加速度的几十倍，称为射流过渡。,2.射流过渡,发生跳弧现象的最小电流称为射流过渡临界过渡。,第三节熔滴过渡与飞溅,一.熔滴过渡主要形式及其特点,2.射流过渡,干伸长较大，焊接电流高，射流速度高，对焊丝端头产生反作用力，使熔滴偏斜旋转。,第三节熔滴过渡与飞溅,一.熔滴过渡主要形式及其特点,2.射流过渡,第三节熔滴过渡与飞溅,一.熔滴过渡主要形式及其特点,在较小电流电压时，熔滴未长成大滴就与熔池接触短路，在表面张力及电磁收缩力的作用下，熔滴向母材过渡，称为短路过渡。,(四).短路过渡,特点：,1.电弧稳定；2.飞溅较小；3.熔滴过渡频率高，焊缝成型较好；,广泛应用于薄板和全位置焊接过程。,应用：,第三节熔滴过渡与飞溅,一.熔滴过渡主要形式及其特点,细丝（0.8-1.6mm）气体保护焊时，常用短路过渡形式。该过渡过程电弧燃烧是不连续的，焊丝受到电弧的加热作用后形成熔滴并张大，而后与熔池短路熄弧，在表面张力和电磁收缩力作用下形成缩颈小桥并破断，再引燃电弧，完成短路过渡过程。,(四).短路过渡,具体过程：,1）电弧燃烧析出热量熔化焊丝，并在焊丝端部形成熔滴，随着焊丝的熔化和熔滴长大，电弧向未熔化的焊丝传递热量减少，使焊丝熔化速度下降，而焊丝以一定速度送进，使熔滴接近熔池并造成短路。2）此时电弧熄灭，电压急骤下降，短路电流逐渐增大，形成短路液柱，随着短路电流增加，液柱部分的电磁收缩作用，使熔滴与焊丝之间形成缩颈（短路小桥），3）当短路电流增加到一定数值，小桥迅速断开，电弧电压很快恢复到空载电压，电弧又重新引燃。,第三节熔滴过渡与飞溅,一.熔滴过渡主要形式及其特点,(四).短路过渡,第三节熔滴过渡与飞溅,一.熔滴过渡主要形式及其特点,(四).短路过渡,第三节熔滴过渡与飞溅,二.熔敷系数和飞溅,(一).熔敷效率和熔敷系数,电弧焊接过程中，焊丝金属并没有全部过渡到焊缝中去，其中一部分以飞溅、蒸发、氧化等形式损失掉。,溶敷效率过渡到焊缝中的金属重量与使用焊丝重量之比。熔敷系数指单位时间内、单位焊接电流内所熔敷到焊缝上的焊丝金属重量。损失系数熔化系数与熔敷系数的差值除以熔化系数。,第三节熔滴过渡与飞溅,二.熔敷系数和飞溅,(二).飞溅,飞到熔池之外的金属称为飞溅。,粗丝CO2气体保护焊大规范焊接时，飞溅更为严重，飞溅率可达到20%以上。,飞溅类型：短路过度时飞溅、自由飞落过渡时间所发生的飞溅,第三节熔滴过渡与飞溅,(二).飞溅,1.短路过度飞溅的特点：,焊接过程中，当熔化金属与熔池接触形成短路后有引燃电弧，总会产生飞溅。当熔滴把焊丝与熔池连接起来，形成液化小桥。随着短路电流的增加，使缩颈小桥金属迅速的加热，最后导致小桥金属发生汽化爆炸，同时引燃电弧，也引起金属的飞溅。缩颈位置出现的位置：焊丝与熔滴之间、熔滴与熔池之间。前者小桥的爆破力将推动熔滴向熔池过渡，飞溅小；后者缩颈在熔滴与熔池之间爆炸，爆破力会阻止熔滴过度，形成大量飞溅。,减少飞溅的主要途径：1.改善电源的动特性，以限制短路峰值电流。2.在焊接回路中串入较大的不饱和电感，以减小短路电流上升速度，使溶滴与熔池之间不能瞬时形成缩颈。,第三节熔滴过渡与飞溅,(二).飞溅,2.颗粒过渡飞溅飞溅的特点：,当用CO2、CO2+O2、N2、Ar+CO2、Ar+H2等活性气体进行保护焊接时，熔滴在斑点压力的作用下而上挠，易形成为大滴状飞溅，在较大电流焊接时。如果再增加电流，将成为细颗粒过渡，这时飞溅减少。由于溶化金属内部大量生成CO等气体，积聚到一定体积，压力增加而从液体金属中析出，造成小滴飞溅。,第四节手工电弧焊工艺,一.手工电弧焊工艺特点,按电极材料分:熔化极手工电弧焊和非熔化极手工电弧焊,特点:,2.1.1.接头形式,2.1焊接接头形式和焊缝形式,用焊接方法连接的接头称为焊接接头。焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区。,一般接头形式有对接接头、T-形接头、角接接头、搭接接头4种。,2.1焊接接头形式和焊缝形式,板厚大于6mm的钢板，为了保证焊透，焊前必须开破口。加工坡口的方法：坡口角度作用：钝边作用：根部间隙：,（2）开坡口的对接接头,2.1焊接接头形式和焊缝形式,（1）V形坡口：钢板7-40mm时采用（2）X型坡口钢板厚度12-60mm（3）U形坡口钢板厚度20-60mm,2.1焊接接头形式和焊缝形式,V形坡口：分为V形坡口、钝边V形坡口、单边V形坡口、钝边单边V形坡口。,特点：加工容易，但焊后容易产生角变形。,（2）X形坡口：,X形坡口主要用于大厚度以及变形小的焊接结构中。,与V坡口比，在相同厚度下，能减少焊着金属量约1/2，焊后变形和内应力也小些。,（3）U形坡口：,焊着金属量最小，焊件产生的变形也小，焊逢金属中母材金属占的比例也小。坡口加工困难，用于较重要的结构。,U形坡口：U形坡口、单边U形坡口、双面U形坡口。,2.1焊接接头形式和焊缝形式,削薄长：,2.T形接头：,2.1焊接接头形式和焊缝形式,3.角接接头：,2.1焊接接头形式和焊缝形式,4.搭接接头：,2.1焊接接头形式和焊缝形式,2.1焊接接头形式和焊缝形式,2.1焊接接头形式和焊缝形式,2.1.2.焊缝形式,2.2焊缝的符号,焊接结构设计图中要用图形或文字把焊接接头的焊接加工要求加以说明.,焊缝符号包括基本符号、辅助符号、补充符号和焊缝尺寸。,2.2焊缝符号,2.2.1.基本符号,2.2.2.辅助符号,2.2.3.焊缝尺寸符号,2.2.3.焊缝尺寸符号,2.2.4.符号在图样上的位置,焊接符号必须通过指引线来表示焊缝。,指引线由带箭头的箭头线和两条基准线（一条实、一条虚线）两部分组成。,焊缝标注原则焊缝横截面上的尺寸标注在基本符号的左侧焊缝长度方向的尺寸标注在基本符号的右侧坡口角度、坡口面角度、根部间隙等尺寸标注在基本符号的上侧相同焊缝数量符号标注在尾部当需要标注的尺寸数据较多又不容易分辨时，可在数据前面增加相应的尺寸符号,焊缝尺寸符号标注示例,基准符号可以标在基准线的实线侧,也可标在虚线侧.,在实线侧的基准符号,其坡口形式开在箭头的指引侧,标在虚线上的基准符号其坡口形式在箭头的另一侧.,双面不对称焊缝应根据不同情况决定是否可剩略虚线(此点与GB324-88略有不同),对接焊缝,T形接头角焊缝,接头形式,坡口形式,标注方式,备注:对于开坡口焊透后又叠加的三角形部分,其目的是将焊缝园滑过度减少应力集中,如对K的尺寸把握不准,可不标其尺寸,只画三角形示意.,(S可省略),接头形式,坡口形式,标注方式,角接接头,不同板厚对接,设计人员认为结构受力大焊缝必须焊透时按此标注.,前的尺寸,可表示多个,含意,在不易区分是哪,个尺寸时,应标注相应,字母如H,p.如不标注相应字母习惯上理解为钝边p,不同板厚对接焊,三,焊缝标注及技术要求中的注意事项,1,开坡口要求焊透的焊缝背面如有焊接空间,对接焊缝一定要封底,角焊缝内侧宜增加一个三角形焊缝.在各种标准中,并没有要求一定要封底,我们为什么一定要求封底呢?这是因为我们所选用的V形或半V形45度坡口如果要求焊透,并且背面不封底(必须采用单面焊双面成形技术),这对电焊工的技能要求非常高,就是在压力容器行业或其它行业的电焊工也不是人人都具备这种技能,如果焊不透,焊缝背面会形成各种缺欠,看上去非常不雅观.同时焊缝强度也大打折扣.2,平板对接双面60度坡口及单边45度坡口接头的适应范围,推荐使用板厚6-16推荐使用板厚8-20随着板厚的增加,坡口横截面积越来越大,需要许多焊丝焊条才能将坡口填满,焊接变形也随之增大,对于较厚的平板对接,应寻求其它形式的坡口.-这两种形式的坡口,建议大家尤先选用单边45度半V形坡口.,3,焊缝是否开坡口,开多大坡口,应由强度计算决定(或参照别人成功的经验).并不是板厚就必须开坡口,或开大坡口.总之,设计者选择的焊缝大小,坡口大小,要有比较可靠的根据,当有人问你焊缝强度是否可靠时,你能够给予肯定的回答.4,在技术要求中常见的错误(1),未注焊缝视具体情况焊接.-这种说法是错误的,因为每个人对具体情况的理解都不相同,如果焊接的结果和设计者的意思相差甚远,怎么办?(2),焊接坡口按GB985-88或GB986-88规定执行-这种说法也不对.这种说法的误区是:误以为GB985或GB986对各种结构的所有焊接接头必须采用那种形式的坡口都作了详细规定.,我们在标注焊缝时常见的错误,下面的焊缝只表示焊缝某种形式(或者说是焊缝的某种模型,我们知道从模型是看不出实物的尺寸的,下面的两个所谓焊缝就没有说明焊缝的具体尺寸.一个完整的焊缝标示不仅要有焊缝模型(其标准术语叫作焊缝基本符号),还应该有焊缝尺寸符号.,1,错把焊缝基本符号当作焊缝符号使用,举出上面两个例子,是想提醒大家:焊缝基本符号必须有焊缝尺寸符号相配合才行,但对于上面的对接焊缝大家已用习惯,生产中并没有产生误解,大家仍可沿用.,第一,第一种情况是对使用哪一种焊缝基本符号模糊不清.第二种情况比较特殊,也是比较难掌握的一点,那就是两个工件的厚度相同,标注相同的焊接符号,为什么一个对,一个不对呢?这是因为宽度尺寸相对大的工件无坡口对接焊缝可以采用双面自动焊能够焊透,而宽度尺寸很小的工件,虽然也能用双面自动焊,但这么小的工件如用自动焊则非常麻烦,而用手工焊则很难焊透,如把它标为双面坡口焊缝用手工焊则比较方便.-选用的焊缝基本符号必须与焊缝方法相适应.,2,焊缝基本符号的选用含糊不清,-12*800*12000,-12*150*500,错误,正确,正确,错误,3,指引线指示不清,一个焊缝可以说成是件1的焊缝又能说成是件2的焊缝.,在小车架焊缝标示中,这种情况尤其多,四.焊接工艺参数,第节手工电弧焊工艺,焊接工艺参数：焊接时为保证焊接质量而选定的诸物理量的总称。,手工电弧焊的主要工艺参数包括：焊条选择，焊接电流，电弧电压，焊接速度，焊接层数,第三章焊条,焊条是指涂有药皮的、供焊条电弧焊用的熔化电极。它由药皮与焊芯两部分组成。,焊条作用：,在焊接回路中可以传导电流，作为引燃电弧的一个电极；还起着填充金属的作用，在热源作用下熔化并与熔化的母材共同形成焊缝。,3.1焊条的组成及作用,焊芯直径：2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、3.2mm、4mm、5mm、5.8mm、6mm、10mm。长度在200mm-650mm之间。,图1电焊条结构,3.1.1焊芯,碳钢焊条用焊丝H08A或H08E做焊芯，不锈钢焊条用不锈钢焊丝做焊芯。S、P杂质不得超过0.03%。,焊芯的作用：1.作为电极，传导焊接电流，产生电弧。2.作为填充金属，与熔化的母材金属共同组成焊缝金属，占整个焊缝金属的50%-70%。3.添加合金元素。,3.1焊条的组成及作用,3.1.2药皮,压涂在焊芯表面上的涂料层称为药皮。,药皮的作用：1.保护作用：2.冶金作用：3.渗合金作用：4.改善焊接工艺性能：,3.1焊条的组成及作用,3.1.2药皮,药皮的成分：1.稳弧剂：碱金属化合物，碳酸钾、碳酸钠、金红石（TiO2）等2.造气剂：大理石、白云石、淀粉等3.造渣剂：大理石、金