焊接综合知识

1、焊接知识培训教材一：直流弧焊电源的发展一般电弧具有两个特性，那就是它能放出强烈的光和大量的热，电弧发出的光和热被广泛的应用于工业上，到目前为止，电弧焊在焊接方法中其所以仍占据着主要地位，一个重要的原因就是因为电弧能有效而简单的把电能转换成熔化焊接过程所需要的热能和机械能。直流弧焊电源的发展史如下：电动机驱动弧焊发电机六十年代八十年代动态响应（焊接电流、电压瞬间变化的响应速度）时间100ms噪音大、耗能大铁耗、铜耗大调节性能差电弧挺度好（禁止使用）硅弧焊整流器（磁放大器，磁饱合电抗器）动态响应时间：200ms体积大，重量大机械式（抽头、动铁、动圈）外特性调节差磁饱合电抗器 动特性不好晶闸管/晶体

2、管整流弧焊电源动态响应时间：1020ms体积较大、重量较大、频响不佳外特性调节好动特性较好最新一代优异的频响特性理想的静特性和调节特性体积小、重量轻、工作噪声低节能、节材逆变弧焊电源动态响应时间：0.110ms1：焊接电弧的认识不谈设备，只丛焊接电弧的构造上来说可以划分为工艺方法一般手工电弧焊钨极氩弧焊熔化极氩弧焊CO2气体保护焊埋弧自动焊温度比较阳极温度阴极温度阴极温度阳极温度三个区域，阴极区、阳极区、弧柱区。而且各个区域所放出的能量及温度的分布也有所不同。焊接电弧紧靠负电极的区域称为阴极区。阴极区的温度一般达24003500°k，放出的热量战36%。电弧紧靠正电极的区域称为阳极区

3、，在阴极材料相同的情况下，阳极区的温度一般达26004200°k，放出的热量战43%左右，电弧的阴极区与阳极区之间的部分称为弧柱。弧柱中心的温度可达60008000°k。放出的热量占21%左右（手工电弧焊）。下面是各种焊接工艺方法的阳极与阴极温度的比较：看了以上的介绍。我们就知道手工电弧焊为什么要进行正接和反接了，因为阳极的温度比阴极的高，在焊接低氢型焊条时为了让焊条熔化的好，另外为了减少飞溅和气孔，使电弧稳定燃烧，所以我们采用反接的方法，当然正接不是不行，但如果操作不当一般正接容易出气孔，所以用低氢型焊条焊接时一般都采用直流反接。对于交流电源的极性一般是周期性地改变的（5

4、0周/秒），所以两个电极区的温度基本一致（近似与它们的平均值）。在电弧焊时，我们一般所讲的熔池，就是母材依靠阴极或阳极斑点析出的热量熔化以后，通过母材熔化所产生的高温液体金属在连接部位构成一个液体金属的熔池，熔池的形成条件不仅对焊缝的形状有直接的影响，而且与焊缝的组织状态，机械性能及焊接质量都有密切的关系。而在焊接中，焊接电流、焊接电压，和焊接速度是决定焊缝成型的主要能量参数。焊件的厚度和散热条件也对焊缝成形产生一定的影响。当熔深（0.7mm0.8mm）时，板厚及其散热情况的影响可以略去不计。当厚度较大时，熔深可因熔池底部散热条件突变而发生明显变化。生产中常把焊接电流、焊接电压，和焊接速度三个

5、参数定为自动电弧焊的规范参数。除此之外，电极直径和焊丝干伸长、电极（焊丝）倾角、工件倾角、坡口形状和焊件板厚、电极种类和极性、保护条件、母材和焊丝成分及微量元素等都对焊缝成形有一定影响。      其他条件不变时，增加焊接电流，焊缝熔深和增高都增加，而熔宽则几乎保持不变（或略有增加）。这是因为：    （1） 焊接电流增加时，电弧的热功率和电弧力都增加了，因此熔池体积和弧坑深度都不得随电流而增加了，实验证明，在焊丝直径，保护条件，熔滴过渡形式确定后，正常的电弧焊条件下，熔深总是几乎跟焊接电流成正比的。   

6、; （2） 熔化极电弧焊中焊接电流增加时，焊丝熔化量也增加，因此焊缝增高也随之增加。钨极氩弧焊时，则无此影响。    （3） 电流增加时，一方面是电弧截面略有增加，成为导致熔宽增加的因素；另一方面是电弧电压不变时，弧长略有缩短，电弧挺度增加和潜入熔池，使电弧斑点扫动范围缩小，成为导致熔宽减小的因素。因此，实际熔宽几乎保持不变。     在其他条件不变时，电弧电压增大，焊缝熔宽显著增加而熔深和增高将略有减小。如图所示。这是因为电弧电压增加就意味着电弧长度的增加，使电弧斑点飘动范围扩大而导致熔宽增加。从能量角度来看，电弧电压增加所带来的电

7、弧功率提高主要用于熔宽增加和弧柱的热量散失，电弧对熔池作用力因熔宽增加而分散了，故熔深和增高略有减小。     由此可见，电弧焊接时，电流是决定熔深的主要因素，而电压则是影响熔宽的主要因素。必须要注意的是，为了保证电弧过程的稳定性，这两个参数都有一定的范围，并且是相互制约的。电流的范围将由焊丝或钨棒直径确定，而一定的电流要有足够的弧长，即要有一定的电弧电压，才能稳定电弧和有稳定的熔滴过渡过程。电压过高会造成气孔，这是不允许的。电流一定时，电压允许范围一般是不大的。另一方面，由于测量上的困难，通常所指电弧电压包括焊丝伸出长度电阻压降。即使是电弧工作在电弧静

8、特性的平直部分，电流增加时，电弧电压也是要取大一些的。因此，实际电弧电压总是随焊接电流而确定的。     焊速对熔深和熔宽均有明显影响，焊速较小时（例如单丝埋弧焊焊速小于）熔深随焊速增加略有增加，熔宽减小。但焊速达到一定数值以后，熔深和熔宽都随焊速增大而明显减小 ，焊速的这种影响也可以从电弧的热和力作用两方面来加以解释。     焊速较小时，电弧力的作用方向几乎是垂直向下的，随着焊速增大，弧柱后倾有利熔池液体金属在电弧力作用下向尾部流动，使熔池底部暴露，因而有利于熔深的增加。    &

9、#160;焊速增加时，从焊缝的热输入和热传导角度来看，焊缝的熔深和熔宽都要减小。     以上两方面因素综合的结果，低焊速时前者起主导作用，熔深随焊速增加而略有增加。当焊速超过一定值时，后者起主导作用，熔深就随焊速增加而减小。熔宽及增高则总是随焊速增加而减小的。     从焊接生产率角度来考虑，焊速是愈快愈好，因此焊速减慢熔深降低的这一段区间是没有实际意义的。当焊件熔深要求确定时，为提高焊速，就得进一步提高焊接电流和电弧电压，即意味着电弧功率提高，因此，焊接电流和焊速的选取就要考虑综合经济效果。此外，下面还会看到，

10、简单的提高功率来提高焊速是有限制的。     其他条件不变时，减小电极（焊丝）直径不仅使电弧截面减小，电流和功率密度提高，而且减小了电弧斑点飘动范围，因此熔深增加而熔宽减小。     焊丝伸长对焊缝成形，特别是焊缝增高有很大影响。焊丝干伸长增加时，电阻热增加使焊丝熔化加快，增高增加，熔合比减小，而熔深略有下降，焊丝直径愈小或材料电阻率愈大时，这种影响愈明显。对于结构钢焊丝来讲，直径为5mm以上的粗焊丝，焊丝的干伸长在60mm-150mm范围内变动时，实际上可忽略其影响。但焊丝直径小于3mm时，焊丝干伸长波动范围超过

11、±（510）mm时，就可能对焊缝成形产生明显影响。不锈钢焊丝的电阻率很大，这种影响就更大。因此，对细焊丝，特别是不锈钢熔化极电弧焊时，必须注意控制焊丝干伸长度和稳定。     焊丝前倾时，电弧力对熔池液体金属后排作用减弱，熔池底部液体金属层增厚，阻碍了电弧对熔池底部母材的加热，故熔深减小。同时，电弧对熔池前部未熔化母材预热作用加强，因此熔宽增加，增高减小，前倾角度愈小，这一影响愈明显。     焊丝后倾时，情况与上述相反。     工件倾斜 对焊缝成形可因焊接方向不

12、同而有明显不同。当进行上坡焊时，熔池液体金属在重力和电弧力作用下流向熔池尾部，电弧能深入的加热熔池底部的金属，因而使熔深和增高都增加。同时，熔池前部加热作用减弱，电弧斑点飘动范围减小，熔宽减小。上坡角度愈大，影响也愈明显。上坡角度时，焊缝就会因增高过大，两侧出现咬边而明显恶化，因此在自动电弧焊中，实际上总是尽量避免采用上坡焊方法的。     下坡焊时情况与上述相反，即熔深和增高略有减少，而熔宽将略有增加。因此倾角的下坡焊可使焊缝表面成形得到改善，如果倾角过大，会导致未焊透和焊缝流溢等缺陷 。    在其他条件相同时，坡口形状

13、不同也会影响焊缝成形。增加坡深度和宽度时，熔深略有增加，熔宽略有减少，增高和焊缝熔合比显著减小，因此，开坡口通常是控制增高和高速焊缝的熔合比最好的方法。 2：电流的种类及极性    电流种类（直流或交流）和极性不同时，熔池处于电弧的阳极或阴极，或交变着极性，熔池温度及熔池形状有明显差别。     钨极氩弧焊时，直流正极性的熔深最大，直流反极性时熔深最小。交流介于两者之间。     熔化极电弧焊，直流反极性时熔深、熔宽均要比直流正极性大。如果采用交流电（例如埋弧焊）焊接时，则介

14、于两者之间。在焊接中，采用直流电焊机时，有正接和反接两种方法。而使用交流电弧焊设备时，电极的极性频繁交变，不存在极性问题，1）正接焊件接电源正极，焊条接负极。一般焊接作业均采用正接法。2）反接焊件接电源负极，焊条接正极。一般焊接薄板时，为了防止烧穿，采用反接法进行焊接作业。3：焊接电弧的偏吹、磁偏吹如何克服焊接过程中，因气流的干扰、焊条偏心的影响和磁场的作用，使电弧中心偏离焊条轴线的现象称为焊接电弧的偏吹。偏吹不仅使电弧燃烧不稳定，飞溅加大，熔滴下落时失去保护，还会严重影响焊缝的成形。直流电弧焊时，因受到焊接回路所产生的电磁力的作用而产生的电弧偏吹称为磁偏吹。因为用直流电施焊时，除了在电弧周围

15、产生自身磁场外，还有通过焊件的电流也会在空间产生磁场。如果导线位置在焊件左侧，则在电弧左侧的空间为两个磁场相迭加，而在电弧右侧为单一磁场，电弧两侧的磁场分布失去均衡，因此磁力线密度大的左侧将对电弧产生推力，使电弧偏离轴线向右侧倾斜，产生磁偏吹见图25a。反之，将导线接在焊件右侧，则电弧将向左侧偏吹，见图25c。同理，如果导线在电弧中心线下面将不会产生磁偏吹，见图25b。如果在电弧附近有铁磁性物质存在，如焊接T形接头的角焊缝时，则电弧也将偏向铁磁性物质引起偏吹。    目前，克服电弧的磁偏吹还没有较完善的办法，通常是适当降低焊接电流值（因为磁偏吹的力量几乎与焊接电流

16、的平方值成正比）、随时变换地线位置，使其更靠近焊条轴线和操作时将焊条朝偏吹的方向倾斜一个角度。采用交流电源施焊时，焊接电弧的磁偏吹现象很弱，通常可不予考虑。4：运条方法的介绍我们一般都知道手工焊的运条方法很多。一般大致可分为这几种：直线形：电弧不作摆动。电弧比较稳，熔深大，焊缝较窄，适用于不开坡口的对接焊缝。 直线往返形：适应于薄板焊接和接头间隙较大的焊缝。锯齿形（正锯齿形和斜锯齿形）：正锯齿形主要控制焊缝熔化金属和得到必要的焊缝宽度。斜锯齿形适应于平。仰位置的T型接头焊缝和对接接头的横焊缝，移动时两侧停留时间应是上长下短，以利于控制焊缝熔化金属，有助于焊缝成形。 月牙形（反月牙形）：摆动速度

17、应根据焊缝的位置，接头形式，焊缝宽度和电流大小来决定。同时还要注意两边的适当位置作片刻停留，使焊缝边缘有足够的熔深，防止产生咬边。它与锯齿形基本相同，只不过用它焊出来的焊缝余高有些高。反月牙形一般在对接仰焊中应用较多。这种焊接在仰焊中余高较小。 三角形(斜三角形)：正三角形只适用于开坡口的对接接头和T型接头的立焊，特点是能焊出较厚的焊缝断面，焊缝不易产生夹渣等缺陷，斜三角形适用于焊接T型接头的仰焊缝和有坡口的横焊缝，优点是借助这种摆动来控制熔化金属，促使焊缝成形良好。 圆圈形（斜圆圈形）：使用于焊接较厚的焊件的平焊缝，斜圆圈形使用于平，仰位置的T型接头焊缝和对接接头的横焊缝，特点是有利于控制熔

18、化金属不受重力的影响而产生下堂淌的现象，有助于焊缝成形。 八字形：它适用于宽度较大的对接平焊缝及对接立焊缝的表面层焊缝。用此方法焊接立焊的表面时手法应灵活，速度要快，这样能获得焊波较细的美观的焊缝。5：焊接前工艺的设计焊接时，为保证焊接质量，必须选择合理的工艺参数，所选定的焊接工艺参数总称为焊接工艺规范。例如，手工电弧焊的焊接工艺规范包括：焊接电流、焊条直径、焊接速度、电弧长度（电压）和多层焊焊接层数等，其中电弧长度和焊接速度一般由操作者在操作中视实际情况自行掌握，其他参数均在焊接前确定。（1）焊条直径    焊条直径根据焊件的厚度和焊接位置来选择。一般，厚焊件用

19、粗焊条，薄焊件用细焊条。立焊、横焊和仰焊的焊条应比平焊细。平焊对接时焊条直径的选择如表3所示：表3焊条直径的选择（mm）工件厚度234781213焊条直径1.62.02.53.23.24.04.05.04.05.8（2）焊接电流和焊接速度    焊接电流是影响焊接接头质量和生产率的主要因素。电流过大，金属熔化快，熔深大、金属飞溅大，同时易产生烧穿、咬边等缺陷；电流过小，易产生未焊透、夹渣等缺陷，而且生产率低。确定焊接电流时，应考虑到焊条直径、焊件厚度、接头型式、焊接位置等因素，其中主要的是焊条直径。一般，细焊条选小电流，粗焊条选大电流。焊接低碳钢时，焊接电流和焊条

20、直径的关系可由下列经验公式确定：I=（3060）d  ，式中：I为焊接电流（A），d为焊条直径（mm）。    焊接速度是指焊条沿焊缝长度方向单位时间移动的距离，它对焊接质量影响很大。焊速过快，易产生焊缝的熔深浅、熔宽小及未焊透等缺陷；焊速过慢，焊缝熔深、熔宽增加，特别是薄件易烧穿。确定焊接电流和焊接速度的一般原则是：在保证焊接质量的前提下，尽量采用较大的焊接电流值，在保证焊透且焊缝成形良好的前提下尽可能快速施焊，以提高生产率。（3）焊缝的空间位置    按焊缝在空间所处的位置，可分为平焊、仰焊、立焊和横焊四种。其

21、中平焊操作方便，易于保证焊接质量，生产率高，应尽可能地应用。其他位置施焊，金属液因重力作用容易下流，施焊困难，应尽量避免。若确需采用这些位置时，应采取一定的焊接措施。（4）焊接接头形式    根据施焊金属件的空间位置，常见的焊接接头型式有：对接接头、搭接接头、角接接头和丁字接头等。其中对接接头受力均匀，是应用最多的接头型式。搭接接头受力时将产生附加弯矩，而且消耗金属量大，但不需开坡口，装配尺寸要求不高。（5）.焊件坡口    根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工出一定几何形状的沟槽称为坡口。手弧焊时，当被焊工件较薄（板厚6mm）时

22、，可采用I型坡口，当焊件厚度大于6mm时，为了保证焊缝区焊透，按板厚的不同，需要在接头处开出一定形状的坡口，对接接头常见的坡口形状如图4-27所示。对于I形坡口、V形坡口、U形坡口，均可根据焊件厚度进行单面焊或双面焊，而X形坡口必须双面焊。二：Co2气体保护焊电源的调节及使用总体来说，Co2气体保护焊设备主要有电源、送丝机、Co2气瓶、焊枪几部分组成。接线方式一般都为直流反接，即送丝机焊枪一方接正极，连接工件的电缆线接负极。其中电源的调节针对时代焊机，从前面板上来说，主要有收弧电流、收弧电压、推力、检气开关、丝径选择、2步4步，以及后面板上的空冷水冷选择开关的调节。前面板的显示如图：其中收弧电

23、流和收弧电压只有在焊机调在4步功能上焊接时才起作用，主要作用是在大电流焊接时收弧避免产生大的弧坑和缩孔，为防止这些焊接缺陷而设计的。2步4步主要是焊枪开关的操作方式，2步为搂枪开关焊接，松枪开关停止焊接，4步为搂枪再松枪开关焊接，再搂枪开关不松转入所调的收弧电流电压焊接，需要停止焊接时再松枪开关就停止焊接了。对于推力旋钮，它应根据所焊电流的大小进行适当调节，一般推力越大，飞溅就越大，电弧的挺度也越大，穿透力强，根据不同板厚、不同焊接位置、不同规范、不同焊丝以及不同的工艺要求，选择不同的电弧力。为保证焊机出现不安全因素时及时提醒操作者，在前面板上设计了下述报警指示：过热：在高温（40以上）环境中

24、，大电流持续使用，功率器件的散热器的温度>80±5时，热保护电路工作，报警指示灯亮，电源自动封锁输出，不能再进行焊接，此时风机 不停；温度降到热保护恢复温度以下时，报警指示灯熄灭，电源自动恢复正常，焊接可以继 续进行，不需要人为干预。过流：主电路出现过流现象时，过流指示灯亮，电源自动封锁输出，不能再进行焊接，此时需要关机停留3-4秒后再开机，电源恢复正常输出。 欠压和过压：网压低于280VAC时，报警指示灯亮，控制电路自动保护，切断主电路电源输出；当网压高于280VAC时，报警指示灯熄灭，电源自动恢复正常，焊接可以继 续进行，不需要人为干预。当网压高于456VAC时，报警指示灯

25、亮，控制电路自动保护，切断主电路电源输出；当网压低于456VAC时，报警指示灯熄灭，电源自动恢复正常，焊接可以继 续进行，不需要人为干预。焊机后面板的显示如下图：水冷空冷开关，根据所用的焊枪来选择，一般在不需要水冷焊接时要打在空冷上，如果打在水冷上，开机后焊机会自动报警，不可用，当选用水冷焊枪，外接时代TCS1005/1105水箱时，将该开关置于水冷位置。如果水箱给出无水信号，PC60-350电源自动停止输出，保护焊枪不被烧损。当选用空冷时，请将该开关置于空冷位置，否则电源会显示报警和停止输出所以在焊接前一定要选择好。1：送丝机 送丝机的构造其实很简单，它的组成部分包括，焊枪、送丝马达、送丝轮

26、、电磁气阀以及电流电压调节面板，一般在焊接过程中的实际焊接电流都是在送丝机上进行调节的，其整个电源的组成部分如下：以时代的A160系列焊机为例，它所标配的送丝机为FP60-100E/N是以印刷电机为驱动单元的单电机四轮驱动送丝机。送丝电机的控制电路安装在与之相匹配的弧焊电源内部，二者之间由多芯控制电缆和焊接电缆（50mm2）相连 。送丝机轻巧、稳定、可靠。送丝机构架采用焊接结构，强度高，体积小，结构简单，移动方便，且具备下述 技术特点：A. 可选用欧式接口和松下式接口（FP60-100E为欧式接口，FP60-100N为松下式接口）；B. 面板设计有焊接电压、送丝速度调节旋钮及点动快速送丝按钮；

27、C. 焊丝盘支撑轴采用铸铝件，坚固可靠；D. 允许焊接电流范围为50 500A；E. 电机的额定工作电压为24VDC。 送丝转速范围：2m/min25m/min 适用焊丝盘: 轴径50 外径300 宽度105 焊接电缆：基本配置长度5m (1×50mm2) 重量：9kg（不含电缆） 外形尺寸：长×宽×高 460mm×200mm×280mm 适用焊接电源PC60-350/400/500及与它具有相同接口的其它弧焊电源 根据焊丝直径选择相应规格的丝轮圈和压丝槽，在压丝槽同侧印有相应的规格 0.8、1.0、1.2、1.6等字样。注意：出口嘴的中轴线与

28、丝轮圈预定V型压丝槽的中心线位置偏差不大于 0.1mm，出口嘴周围无粉尘、铁屑等多余物。 焊丝种类钢丝铝丝气保药芯焊丝推荐丝轮圈V型U型U型 2：焊枪时代气保焊机采用的焊枪，因适用的电流、焊枪形状、冷却方式的不同而分为多种类型。焊枪由枪体、导电嘴、绝缘套、分流器、连接杆、喷嘴及送丝管等部件组成。各品牌的气保焊枪，均有许用电流和暂载率的要求。当超过焊枪许用电流长时间使用时，则容易造成焊枪损坏。其中导电嘴、分流器及喷嘴为易损件，导电嘴经常清理导电嘴上的飞溅物，当孔径磨损时应当更换。喷嘴经常清理喷嘴内的飞溅物，若烧损应当更换。分流器经常清理出气孔上的飞溅物，保证气流通畅。要经常注意易损件的更换及保养

29、。焊丝直径和送丝管内径匹配：一般根据外部颜色去选择导丝管的直，0.81.01.5mm 兰色、1.01.42.5mm 红色、1.42.03.2mm 黄色 。 焊枪选配导丝管时，必须与所使用的焊丝直径相匹配，内径过大和过小，都会影响送丝的稳定性。焊接钢焊丝使用钢制导丝管，焊接铝、铜焊丝使用特弗龙导丝管。3：CO2气体流量计及气体CO2气体流量计一般多为AC36V加热、减压、流量调节作用。当给加热器供电的变压器损坏时，应检查加热器的直流电阻是否偏小。在长时间不用焊机时，应关机以防止加热器老化烧损。保护气根据化学、物理特性分为氧化性气体、还原性气体、惰性气体等，在实际焊接操作中通常使用CO2或CO2和

30、Ar及氧气的混合气作为保护气体。CO2 气瓶要防止烈日暴晒或靠近热源，以免发生爆炸。在焊接过程中气体的大小要根据现场周围的环境来调节气体流量的大小，风速1.5m/s 无影响，风速2m/s 气孔明显增加。 防风措施：A 适当加大气体流量。B 增加挡风板或挡风小屋 。气体流量：推荐公式 L=（1012）d L/min。过大：产生紊流，造成空气侵入，产生气孔。过小：气保护不好。一般最大不超过25 L/min。焊接时可随焊接电流的加大而适当提高气体流量。混合气体：一般混合气体是在氩气中加入一定量的其它气体制成，主要用来焊接重要的低合金钢强度钢、不锈钢等。下面是根据不同的焊接材料所选的气体的匹配关系：序号混合气比例适用材料1100%CO2钢280%Ar，20%CO2390%Ar，5%CO2，5%O2492%Ar，8%CO2598%Ar，2%CO2不锈钢696%Ar，3%CO2，1%He769%Ar，30%He，1%O2864%Ar，32%He，3%CO2，1%H998%Ar，2%CO210100%Ar铝及铝合金4：CO2气体保护焊的操作CO2的操作方法一般分为左右焊法，它的区别在于左焊法（右左）：电弧力对熔池金属向后排出的作用