焊接方法与设备PPT学习课件

1、焊接方法与设备焊接方法与设备 绪论 基本内容基本内容 掌握焊接基本概念、理解焊接本质、特点及分类 一、基本概念：基本概念： 焊接是通过适当的物理化学方法，使两个分离的固体通过原子间的结合力结合起来 的一种连接方法。 1)固体结合 金属金属 金属非金属 非金属非金属 2)依靠原子间的结合力 - 焊接本质 通过原子间的结合力将两个固体连接起来，对于金属来说，必须产生金 属键，也就是说，被连接表面要接近到原子晶格间距。 3)要通过一定的物理、化学过程 加热：电弧焊、钎焊 加压：冷压焊 加热+加压：电阻焊、扩散焊 放大 d要求达到：10nm 10m 因此： 采取必要的措施。 d 氧化物 三、焊接的分类

2、 焊接 熔化焊： 钎焊： 压力焊： 利用摩擦、扩散和加压等物理作用，克服两个连接表面 的不平度，除去氧化膜及其它污染物，使两个连接表面 上的原子相互接近到晶格距离，从而在固态条件下实现 连接的方法。 利用一定的热源，使构件的被连接部位局部熔化成液 体，然后再冷却结晶成一体的方法称为熔焊。 采用熔点比母材低的材料作钎料，将焊件和钎料加热至 高于钎料熔点、但低于母材熔点的温度，利用毛细作用 使液态钎料充满接头间隙，熔化钎料润湿母材表面，冷 却后结晶形成冶金结合。 加热 压力焊 钎料钎料 加压 熔化焊钎焊 熔化焊： 电弧焊 气焊 铝热焊 电渣焊 电子束焊 激光焊 电阻点焊 电阻缝焊 根据热源来分类

3、电弧焊： 熔化极电 弧焊 CO2焊 埋弧焊 熔化极气体保护焊(GMAW) 钨极氩弧焊 （GTAW） 等离子弧焊 非熔化极电弧 焊 螺柱焊 手工电弧焊 电弧焊 电电 源源 电极电极 工件工件 二、焊接的特点： 1）焊接可将各个零部件直接连接起来，无需其他附加件，接头强度一般也能 达到与母材相同，因此，焊接产品的重量轻、成本低。 2）焊接接头是通过原子间的结合力实现的连接，均匀性及整体性好、刚度大 ，在外力作用下不像机械连接那样产生较大的变形。 3）焊接结构具有良好的气密性、水密性，这是其他连接方法无法比拟的。 4）可连接不同类型的金属材料、不同形状及尺寸的材料，可使金属结构中材 料的分布更合理。

4、 5）可将结构复杂的大型构件分解为许多小型零部件分别加工，然后再将这些 零部件焊接起来，这样就简化了金属结构的加工工艺、缩短了加工周期。 6）焊接是一种“柔性”加工工艺，既适用于大批量生产，又适用于小批量 生产。 第一章焊接电弧 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

5、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。 1-11-1电弧物理基础电弧物理基础 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。 A + e + - 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：

6、 电离：气体中性原子或分子（ A ）分离为一价正离子 （ 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ev 或J 电子伏：一个电子被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+e n次电离：A（n-1）+An+e A+Ae 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

7、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。0.1% 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

8、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）主要影响因素： 材料， 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）

9、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：对阴极的冷却作用较小。 3）光发射：光幅射作用下产生的发射。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 中性离子与电子结合的过程，是一个放热过程，所放出的热被成为电子亲和能。 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。

10、4）不利于电弧稳定。 （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+Wi A+A2A+Wi A-Ae+ A-+ A Ae 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 - + 10-5 10-6cm 10-2 10-4cm （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。

11、 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Ie I =IA+Ie 其中：IA+ = 0.1%I Ie = 99.9%I 3、特点： 1）电中性； 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=0.999I 2)接收弧柱区来的正离子流IA+=0.001I 2、热发射型 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

12、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）AI、Fe、Cu作阴极 2) 带电离子产生方式 （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

13、极区 （2）fe0.001 I （3）阴极区断面收缩 （4）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）气压较小， UkL1 纯Ar Ar+20%H2 Ua Ia 电离电压 Ar15.7eV H 13.5eV H215.5eV 弧长影响 物理性能：热分解、导热系数 1-21-2焊接电弧的产热及温度分布焊接电弧的产热及温度分布 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，

14、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。 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： -IUw 2）电子进入弧柱前被电场（Ek）加速得到一部分能量： +IaUk 3）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

15、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 UA 2）电子带来的逸出功：+IUw 3）电子带来的相当于弧柱温度那部分能量+IUw 2、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QE 2热效率系数：=QE/Pa 3 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

16、积上的热功率，单位为w/cm2 2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 （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 T 2、气体介质：导热系数，热解离 T 3、电极材料 4、拘束度 2、径向

17、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 T 2、气体介质：导热系数，热解离 T 3、电极材料 4、拘束度：越大，电弧温度越高 _ + - 弧柱的温度分布 T T r L 1-31-3 电弧力及其影响因素电弧力及其影响因素 一）、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 )( 22 4 2 rR R I kPr 电弧压力 电弧推力 2 2 I k F 式中：I-电流，R-电弧半径，K-系数 流态导体中电磁收缩力的影响 柱形导体中的电磁收缩力 流体中压力各个方向相同，因此作用于焊

18、条及工作上的轴向力为： 2 2 I k F 2）锥形电弧 压力 ) 2/cos 2/cos log( )1( 2 22 2 COSL I p 锥形电弧中沿轴向存在压力差，导至一轴向推力： )log( 2 a b R R KIF 推 式中：I-电流， Rb-锥形弧柱下底面半径，Ra-锥形弧柱上底面半径 A L F推 焊丝 锥形电弧 母材 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

19、阴：T高，力大 阳：T低力小 3）电磁收缩力 阴：大 阳：小 等离子流力 等离子流力的分布 FP F F斑 Fmg 斑点力 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；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 1-31-3 交流电弧的特点交流电弧的特点 一）、交流电弧 电流为50H正弧波的

20、电弧被称为交流电弧。 方波交流电弧。 1、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 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 二）、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

21、 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。 1-5刚直性及磁偏吹刚直性及磁偏吹 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，力求保持电流沿轴向流动的能力 。 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 + + + + + + + + + + - - - - - - - -

22、- - F F 自身磁场对刚直性的影响刚直性 二）、磁偏吹 1、 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）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50Hz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 - - - - +

23、 第二章第二章 焊丝的加热及熔滴过渡焊丝的加热及熔滴过渡 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。 2-12-1焊丝的加热及熔化焊丝的加热及熔化 一）、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：P

24、APk MIG焊：PkPA Pk受多种因素影响，而PA则不。 LHLs电源 送丝轮 导电嘴 la （二）干伸长度上的电阻热 干伸长度：焊丝伸出导电嘴之外的长度Ls PR=I2 RS =Ls/S 影响因素： 1）钢焊丝的PR大，因此干身长度的电阻热之影 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 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

25、丝量（长 度， 重量） 单位：g/A.S Cm/A.S m= 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，对于钢焊丝，m 随着I的增大而增大。 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，这种能力被成为固有自调节作用。 Ua Ia a 铝

26、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越长，电阻热的影响越大。 铝焊丝，电阻热很小，影响不大。 2-22-2 熔滴过渡和飞溅熔滴过渡和飞溅 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、焊丝与熔滴间的表面张力F ，阻碍过渡，将熔滴保

27、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= gr 3 3 4 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

28、与斑点面积有关： 1）Sb较大时，促进过渡 2）Sb较小时，阻碍过渡 熔滴中的电磁收缩力熔滴斑点力 蒸发反力 及带电粒子撞击力 （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）dDds 2）大滴排斥 特点：（1）aD=g （2）非轴向，有飞溅 （3）dD ds 2、细颗粒过渡，出现在CO2焊中 特点：（1）aDg （2）非轴向 （3）DDg （2）dDds （3

29、）轴向性好 （4）一次一滴 2）射流 特点：（1）aDg （2）dD48 5、熔合比：母材金属在焊缝中的含量 HM M FF F 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）、影响焊缝形状尺寸的因素 （一）焊接电流Ia Ia增大，H增大，a增大，B基本不变 1、IaFa热源下移H q= IU H H=km I 2、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 减小。 通常，Ia选定后，Ua也基本上定下来了。总是根据

30、板厚选Ia，再由Ia选定Ua。 r （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： PAPK BDCSPBACBDCRP HDCSPHACHDCRP PAPKBDCSPBACBDCRP HDCSPHACHDCRP （五）电极形状、尺寸、伸出长度 MIG焊： ds减小 qm H、a B MIG、CO2、SAW等： TIG焊： dw w qm H B

31、变化不大 Ls减小qm H、a （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B 2、密度：则H 3、板厚：当H0.6时，无影响 （十）焊剂、药皮及气体 焊剂：稳弧性差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 3-3焊缝缺陷 主要有：气孔、裂纹、夹渣、未焊透、未熔合、烧穿

32、、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Ua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

33、 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 3-3 焊缝成型 良好焊缝成型的标准：良好焊缝成型的标准： 1、无缺陷、无缺陷 2、表面过度圆滑、表面过度圆滑 基础：首先要保持住熔池基础：首先要保持住熔池 一、平面内直缝的焊接一、平面内直缝的焊接 1、平焊：最容易成型、平焊：最容易成型 薄板用单面单道焊薄板用单面单道焊 厚板：单面多道焊、双面多道焊厚板：单面多道焊、双面多道焊 最困难的是第一道焊缝：自由成型、强制成型最困难的是第一道焊缝：自由

34、成型、强制成型 2、其他位置的焊接、其他位置的焊接 问题：熔池易于流淌问题：熔池易于流淌 解决方法：强制成型、小电流（脉冲解决方法：强制成型、小电流（脉冲+摆动）摆动） 二、曲面焊缝的焊接二、曲面焊缝的焊接 环焊缝、螺旋焊缝环焊缝、螺旋焊缝 e1、焊头固定：、焊头固定： 防止熔池金属的流淌：防止熔池金属的流淌： 逆着焊接方向偏移一定位置。逆着焊接方向偏移一定位置。 2、全位置焊接、全位置焊接 1）分段）分段 2）减小线能量，采用脉冲）减小线能量，采用脉冲TIG焊焊 第四章第四章 焊条电弧焊焊条电弧焊 一、基本要求 1、了解焊条电弧焊的原理及特点 2、掌握常用弧焊电源的类型及对弧焊设备的要求 3

35、、了解焊条电弧焊的辅助工具 4、掌握焊条电弧焊工艺的特点及工艺参数的选择 5、掌握焊条电弧焊的基本操作技术 二、重点 1、常用弧焊电源的类型及对弧焊设备的要求 2、焊条电弧焊工艺的特点及工艺参数的选择 3、焊条电弧焊的基本操作技术 4-1焊条电弧焊的原理及特点焊条电弧焊的原理及特点 目的与要求：了解焊条电弧焊的原理和特点及其适用范围。 一、焊条电弧焊的基本原理 焊条电弧焊通常用英文简称SMAW（Shielded Metal Arc Welding）表示。 焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。 焊条电弧焊的过程如图所示： 气渣联合保护的熔化焊。 二、焊条电弧焊的特点 1焊条电弧焊具有

36、以下优点： （1）操作灵活，适应性强。 设备简单，不受焊缝空间位置、接头形式及操作场合的限制。 （2）对焊接接头的装配要求低。 （3）可焊材料广，常用于低碳钢、低合金结构钢的焊接。 2焊条电弧焊具有以下缺点： （1）生产率低，劳动强度大。 （2）焊缝质量依赖性强 4-2焊条电弧焊设备及工具焊条电弧焊设备及工具 目的与要求：掌握焊条电弧焊设备的种类、性能特点，了解常用工具的选与使用。 一、对焊条电弧焊设备的要求（难点） 1、对外特性形状的要求 陡降的外特性 2、对空载电压的要求 交流5570V 直流4585V 规则：在保证引弧容易和电弧稳定的条件下，采用尽可能低的空载电压。 交流弧焊电源：U0=

37、5570V 直流弧焊电源：U0=4585V 一般规定空载电压不得超过100V，特殊情况下，要超过100V，必须具有自动防触电装 置。 n电源空载电压的要求 n保证引弧容易：引弧时，需要焊条或焊丝与工件接触，因两者之间往往存在锈污等杂质， 需要高的空载电压击穿接触面，实现导通；电离在初始阶段需要高的电场。 n保证电弧稳定燃烧：U0(1.82.25)Uf n保证电弧的功率稳定性：2.5U0/Uf1.57 n经济性：材料多、质量大、效率低 n保证人身安全。 3、对电流调节特性的要求 n电流比较小，空载电压比较低，调节不理 想，主要是小电流时，空载电压低，不易 引弧和保证电弧稳定燃烧 空载电压不变，依

38、靠调节陡降程度来调节电 流，效果比较好。 n空载电压随着电流的增大而减小。 4、对动特性要求 （动态响应特性） 动特性：电弧负载发生变化时，焊接电源输出电压和电流的响应过程。可以用弧焊电源 与时间的关系表征，他表明焊接电源对负载的瞬态改变的适应能力。 n动特性好：引弧、重新引燃电弧容易、稳定、飞溅少 二、常用焊条电弧焊机简介（重点） 1、弧焊变压器（交流弧焊机）（BX系列） 动铁（芯）式 动圈（绕组）式 抽头式 2、直流弧焊发电机（AX系列） （已淘汰） 直流弧焊发电机 直流弧焊发电机是由一台电动机和一台弧焊发电机组成的机组。 特点：耗电量大，用材料多，噪音。国家规定停止生产该类焊机。 3、弧

39、焊整流器 （1）硅弧焊整流器（ZXG系列） 降压 获得下降外特性特性整流 改善控制动特性 （2）晶闸管式焊整流器（ZX5系列） 主要特点： 动特性好（电磁惯性小） 控制性好（小功率控制大功率） 节能（空载电压低，无机械损耗） 省材料 噪音小 设备复杂 4、弧焊逆变器（ZX7系列） 特点： 省料、质量轻、体积小：传统弧焊电源用工频传送电能，而逆变电机使用几千到几万Hz的频率传送 电能。制作变压器的用料与频率成反比，因而逆变电机的重量为普通电机的1/5到1/10，体积为原 来的1/3左右。 高效节能：变压器处于开关状态，变压器采用铁损小的材料。从而效率高，可达80-90%；主电路 有电容，从而功率

40、因数高。 四者的性能特点比较 补充：弧焊电源的选择与正确使用 改善工艺性能 工作频率高，需要的滤波电感小，电磁惯性小，动特性好 可以进一步逆变 三、焊条电弧焊所用工具 1、电焊钳（300A、 500A） 300A和500A两种 要求绝缘隔热 2、面罩/护目镜 3、焊条保温筒 4、焊缝尺 5、渣锤 6、钢丝刷 7、气铲、角磨机 一、焊接接头形式、坡口和焊缝 1、接头形式 对接接头：两焊件端面相对平行的街头。 T型接头：一焊件表面与另一焊件面构成 直角或近似直角的接头。 角接街头：两 钢板端面构成大于30度 小于135度夹角的接头。 搭接街头：两 钢板部分重叠构成的接头。 4-3 焊条电弧焊工艺焊

41、条电弧焊工艺 目的与要求：了解并掌握焊条电弧焊工艺的内容、工艺参数与措施的制定。目的与要求：了解并掌握焊条电弧焊工艺的内容、工艺参数与措施的制定。 2、坡口：焊透 调熔合比 3、焊缝的空间位置 其表示法参见GB/T324-1988 二、焊接工艺参数及选择（重点、难点） 焊接工艺参数的内容；、U、V 1、焊条直径：2.0、3.2、4.0mm 选择依据：板厚、位置、层数、接头形式 （原则：能大则大效率高） 三、焊条电弧焊的基本操作技术 1.引弧 (1)划擦法-先将焊条对准焊件，再将焊条像划火柴似的在焊件表面轻轻划擦，引燃电弧，然后迅速将焊条提起 2-4mm，并使之稳定燃烧， (2) 直击法-将焊条

42、末端对准焊件，然后手腕下弯，使焊条轻微碰一下焊件，再迅速将焊条提起24mm，引燃电 弧后手腕放平，使电弧保持稳定燃烧。这种引弧方法不会使焊件表面划伤，又不受焊件表面大小、形状的 限制, 所以是在生产中主要采用的引弧方法。但操作不易掌握，需提高熟练程度。 2运条 运条是焊接过程中最重要的环节，它直接影响焊缝的外表成形和内在质量。电弧引燃后，一般情况 下焊条有三个基本运动： 朝熔池方向逐渐送进 沿焊接方向逐渐移动 横向摆动 常用的运条方法 ： (1) 直线形运条法 (2) 直线往复运条法 (3) 锯齿形运条法 (4) 月牙形运条法 (5) 三角形运条法 (6) 圆圈形运条法 3焊缝收尾 焊缝收尾时

43、，为了不出现尾坑，焊条应停止向前移动，而采用划圈收尾法或反复断弧法等自下而上地慢慢 拉断电弧，以保证焊缝尾部成形良好。 (1) 划圈收尾法-焊条移至焊道的终点时，利用手腕的动作做圆圈运动，直到填满弧坑再拉断电弧。该方法适 用于厚板焊接，用于薄板焊接会有烧穿危险。 (2) 反复断弧法-焊条移至焊道终点时，在弧坑处反复熄弧、引弧数次，直到填满弧坑为止。该方法适用于薄 板及大电流焊接，但不适用于碱性焊条，否则会产生气孔。 (3)转移收尾法-焊条移到焊缝终点时，在弧坑处稍作停留，将电弧慢慢拉长，引导焊缝边缘的母材坡口内。 适用于碱性焊条，在焊条的更换，临时停弧时常用。 第五章 埋弧焊 一、基本要求 1

44、、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 3、自动焊的焊接焊接参数自动调节原理及方法 4、埋弧焊焊机的分类及基本原理 5、掌握埋弧焊工艺 基本原理 26 7 8 43 5 熔透深度 1 焊接方 向 5-1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）焊接参数稳 定； 3）劳动条件好 劳动强度低，无弧光辐射。 2、缺

45、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，HSLA，st-st，耐热钢，Cu等。 2、部门 造船、锅炉、压力容器、机车等 5-2 埋弧焊的冶金特埋弧焊的冶金特点点 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、陶质 2）按成分分类 MnO：无锰焊剂 MnO30% SiO

46、2：低硅焊剂 SiO230% CaF 2 ：低氟焊剂 CaF230% 焊剂牌号 焊剂XYZ X-表示MnO含量，1-无锰、2-低锰、3-中锰、4-高锰 Y-表示CaF 2 、 SiO2 含量，1、2、3表示低F（1-低Si、2-中 Si、4-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 （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

47、 低锰或五锰焊剂+ H08MnA或H10Mn2 HSLA 中锰中硅焊剂 低锰中硅焊剂 +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。 1）反应方向 熔池前部，焊丝端部熔滴，过渡中的熔滴这三个区域均向 右进行，反

48、应程度依次加强； 熔池尾部温度低，反应向左进行 总反应结果为还原，因为： a）尾部存在时间短。 b）温度低、速度快。 c）熔池中FeO很少。 2）影响因素 焊剂成分 焊剂中SiO2量增大，Si（过渡的Si量）增大， Mn降低 焊剂中MnO量增大，Mn（过渡的Mn量）增大。 （SiO2）+2Mn = Si+2（MnO） 焊丝中的Si、Mn含量 焊丝中Si含量增大，Si减小，Mn增大 焊丝中Mn含量增大，Mn减少，Si增大 焊剂碱度 碱度增大，自由态MnO含量增大，Mn 碱度增大，自由态SiO2含量减小，Si 焊接规范 a）Ia：Ia，熔渣量减少，Si Mn b）Ua：Ua，熔渣量增大，Si Mn

49、 2 2、碳的烧损 埋弧焊焊接区内为弱氧化性，C被氧化 C+O = CO C+FeO = Fe+CO 2C+（SiO2） = Si+2CO CO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+FeS P降低低温韧性 4、去除熔池中的H a) 工艺措施：去除油污、水分、铁锈。 b) 冶金措施 结合成HF 利用CaF2 CaF2 = CaF+F 2CaF2+2SiO2 = 2CaSiO3+SiF4 SiF4 = SiF+3F F+H=HF 结合成羟基OH 利用MnO、MgO、SiO2

50、等 MnO+H = Mn+OH MgO+H = Mg+OH SiO2+H = Si+OH CO2+H = CO+OH 埋弧焊冶金反应的一般特点：埋弧焊冶金反应的一般特点： 1、熔池存在时间长，冶金反映充分，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。 5-35-3埋弧焊设备及的自动调节系统 一、设备 (一）组成 电源、送丝机构、行走机构、焊剂输送及回收装置、程序控制系统。 1、电源 直流、交流电源。如果焊剂中含有较高的CaF2，则应采用直流电源。 空载电压为70-80V. 额定电流：500-2000A 外特性：送丝机构为等速送丝机构

51、时，选择平特性电源 送丝机构为均匀（弧压反馈）送丝机构时，选 择陡降 特性电源。 2、送丝机构：由送丝电动机、传动机构、送丝轮、校直轮等组成。有两类：等速送 丝机构和均匀（弧压反馈）送丝机构。 细丝：等速送丝机构 粗丝：均匀（弧压反馈）送丝机构。 3、行走机构 由驱动电动机、传动机构、其他机械装置组成。电动机需要恒速控制，以保证 焊接速度不变。 4、程序控制系统 控制各个部分按照预定顺序进入工作状态。 （二）分类 1、按照用途 通用：平板对接、角接等，一般有焊接小车 专用：特定的焊接结构。 2、按照送丝方式：等速送丝式和均匀（弧压反馈）送丝式。 3、按照电极形状：丝极、带极和板极 4、按行走机

52、构：小车式、龙门式、悬臂梁式等 5、按焊丝数量：单丝、双丝及多丝埋弧焊机。 二焊接参数自动调节 自动焊：引弧、焊接、熄弧均自动实现的焊接方法 自动焊的基本特征： 1）自动送丝、自动抽丝送丝电机拖动滚轮自动抽丝。 2）电弧自动行走小行电机拖动。 3）焊接参数自动调节 Ia、Ua、 W 一焊接速度的自动调节 利用电机拖动焊接小车、胎夹具或工件来进行焊接，焊接速度直接由拖动电机决 定，因此焊接速度的自动调节问题就是电机转速自动调节问题。 自动弧焊机一般采用直流拖动系统。引起电机转速波动的主要因素是电网电压波 动及拖动负载的波动。为了克服这两个干扰因素，维持转速恒定，通常采用转子调压式 控制方法。 采

53、用 电枢电压负反馈 电势负反馈 电枢电流正反馈 测速发电机负反馈等进行控制。 二焊接电流及电弧电压的自动调节 （一）影响Ia、Ua的因素 Ia、Ua由静态工作点决定，即由电弧静特性与电源外特性决定。 凡影响这两个特性曲线的因素，均影响Ia、Ua 1、电弧静特性影响因素 1）弧长波动： a）送丝速度波动 b）焊距工件间距变化 2）弧柱气氛变化，E变化 2、电源外特性的影响因素 1)网压波动 2)元件的性能变化 以上因素中弧长变化影响最大， 原因：1）la本身很短，10mm左右； 2）易发生波动； 3）E较大。 因此Ia、Ua恒值控制转化为弧长的恒值控制问题。 弧长的自动调节方式有两种：等速送丝调

54、节系统的自身调节及均 匀送丝系统的电弧。 I O U 弧长的自动调节方式有两种： 等速送丝调节系统的自身调节 均匀送丝系统的电弧电压反馈调节。 三、电弧自身调节（等速送丝系统） 焊丝以恒定的速度送进，弧长波动时，熔化速度发生变化，依靠熔化速 度的变化调节弧长，使其恢复到原来的长度。 电弧稳定燃烧时满足的条件： m （熔化速度）= f（送丝速度）， 弧长保持不变 导电嘴离开工件的距离不变 一）等速送丝系统的静特性一）等速送丝系统的静特性 m = kiI kuU ki熔化速度随电流的变化系数，影响因素：电流、焊丝电阻率、伸 出长度、焊丝直径 ku熔化速度随电压的变化系数；影响因素：弧长，电场强度。

55、 电弧稳定时： m = f 则有： U k k k I i u i f 等速送丝系统的静特性方程 等速送丝系统的静特性曲线，又叫等熔化曲线、C曲线。 熔化速度（送丝速度）与电流及电压之间的关系下图所示。在不同 的弧长范围，熔化速度与电流及电压的关系不同，其调节原理也由所不同。 m A U I B C I O U 影响因素：影响因素： 1、弧长：长弧时，垂直于电流轴 短弧时，ku较大，不能忽略不计。熔化速度随着弧长的缩短而增大。 2、送丝速度增大，曲线右移； 3、焊丝直径减小、干伸长度增大， ki增大，曲线左移动。 i f k I 二）弧长调节原理 弧长减小时电弧静特性曲线下移，电弧的工作点由稳

56、态的O0变为瞬态工作 点O1，焊接电流增大，焊丝熔化速度加快，从而使弧长逐渐增大，回到原来的数 值。显然，这种调节的灵敏度取决于单位弧长变化所引起的焊丝熔化速度变化量， 该变化量越大，灵敏度越大。 O0 O1 O0 O0 三）调节精度 1、弧长波动引起的误差 导电嘴离工件的距离H不变时：调节误差为0 导电嘴离工件的距离H变化时：有调节误差，误差取决于H的变化量及电源外 特性。 II U U C曲线曲线 新新C曲线曲线 电弧静特电弧静特 性性 电源外特电源外特 性性 ls ls 干伸长 A: 8 mm B: 35 mm B A 2、网压波动引起的误差 O0 O陡 陡 O缓 缓O0 O陡 陡 O缓

57、 缓 U II U 长弧时，网压波动主要引起电压误差，配缓降特性的电源引起的误差较小。 短弧时，网压波动主要引起电流误差，配陡降特性的电源引起的误差较小。 四）调节灵敏度四）调节灵敏度 即调节速度速度、调节时间。 弧长波动是通过熔化速度来调节的，因此调节速度取决于熔化速度 的变化量。 m a l t 1)长弧（AB段）时，熔化速度仅与电弧电流有关： m =kiI m =ki I。 ki,越大，灵敏度越高。ki随焊丝直径的增大而减小，焊丝直径较粗时，电弧 自身调节灵敏度很小，因此弧长自动调节仅适用于细丝，不适用于粗丝。 单位弧长发生波动时引起的I。采用平特性或缓降特性的电源时，同样的 弧长波动引

58、起的I较大，调节灵敏度较大，因此，弧长较大时，等速送丝系 统通常匹配平特性或缓降特性电源。 I O U I缓降 缓降 I陡降 陡降 弧柱的电场强度：E越大，单位弧长波动引起的I越大，灵敏度越高 。 2）弧长较短（BC段）时，熔化速度与电弧电流及电弧电压均有关： m =kiI kuU ku为熔化速度随电压变化的系数， 弧长波动引起的熔化速度变化量： m =ki I - ku U， 由于弧长较短时，ku非常大，因此，即使采用恒流特性的电源（I =0 ），弧长波动时仍能引起足够大的 m，具有足够大的灵敏度。而且，采用 恒流特性电源时具有很好的焊接工艺性能，因此短弧时，等速送丝系统通常恒 流特性电源

59、弧柱的电场强度：E越大，单位弧长波动引起的U越大，灵敏度越高 。 匹配恒流特性电源。在这种情况下，熔化速度的变化是由弧长波动本身引 起的，对电源的外特性无任何要求，因此这种调节作用称为固有自调节作用。它 是自调节作用的一种特殊形式。 值得指出的是：钢焊丝的等熔化曲线没有BC段，因此没有固有自调节作用 。只有以铝焊丝作电极的气体保护电弧才有自调节作用，铝焊丝MIG焊的亚射流 过渡正是采用了这种调节作用。埋弧焊电弧没有这种固有自调节作用。 五、电流电压的调节五、电流电压的调节 fmax 通过调节送丝速度来调节电流 调节外特性来调节电压。 I U fmin 四、弧压反馈调节 焊丝较粗时，电弧自调节灵

60、敏度很低，不能保证弧长稳定。此时应采用弧压反 馈调节系统。这种调节方式通过弧压反馈来控制送丝速度，利用送丝速度作为调 节量来调节弧长。 一）弧压反馈调节器 利用电弧电压反馈信号控制送丝速度。实现该功能的装置为弧压反馈调节器。 送丝速度 f与电弧电压的关系为： f = k（Ua-Ug） 其中k为弧压反馈器的灵敏度，Ua为电弧电压。Ug为给定电压。 Ud=k(Ua-Ud) 二）弧压反馈调节系统的静特性方程 f = m k(Ua - Ug) = kiIa kuUa a u i g a a I kk k U kk k U 弧压反馈送丝系统的静特性方程 g a U kk k b u i kk k tg