焊接方法第一章复习

1、 本章考察重点: 焊接方法分类 电子发射形式 最小电压原理最小电压原理 电弧稳定性电弧稳定性 电弧静特性曲线电弧静特性曲线 电弧挺直性电弧挺直性 焊接缺陷电弧焊方法焊条电弧焊(SMAW)气体保护非熔化极电弧焊 钨极氩弧焊(TIG或GTAW) 等离子弧焊(PAW)气体保护熔化极电弧焊 熔化极氩弧焊(MIG) CO2电弧焊(或CO2焊) 混合气体保护熔化极电弧焊(MAG) 熔化极等离子弧焊接埋弧焊(SAW)自保护电弧焊(如药芯焊丝焊接)螺柱焊 l电离电离和和阴极电子发射阴极电子发射是电弧产生和维持是电弧产生和维持不可缺少的必要条件不可缺少的必要条件l阴极发射出的电子，在电场的加速下碰阴极发射出的电

2、子，在电场的加速下碰撞电弧空间的中性粒子使之电离，从而撞电弧空间的中性粒子使之电离，从而是阴极电子发射充当了维持电弧导电的是阴极电子发射充当了维持电弧导电的原电子之源。原电子之源。焊接电弧机理焊接电弧机理- -电弧中的带电粒子电弧中的带电粒子l电子发射的类型电子发射的类型热发射热发射场致发射场致发射光发射光发射粒子碰撞发射粒子碰撞发射l实际焊接过程中常常是几种发射形式共实际焊接过程中常常是几种发射形式共存存焊接电弧机理焊接电弧机理- -阴极电子发射阴极电子发射焊接电弧机理焊接电弧机理- -阴极电子发射阴极电子发射l热电子发射热电子发射( (Thermionic Emission) )阴极表面受

3、热，当温度升高时（约阴极表面受热，当温度升高时（约3 310103 3K K），金属内部的），金属内部的自由电子动能加大，克服吸引力逸出到金属表面而产生的自由电子动能加大，克服吸引力逸出到金属表面而产生的电子发射现象。电子发射现象。热发射强弱受到热发射强弱受到阴极材料沸点阴极材料沸点的影响，沸点高的钨或碳做的影响，沸点高的钨或碳做阴极时，电极可以被加热到比较高的温度，通过热发射可阴极时，电极可以被加热到比较高的温度，通过热发射可以提供足够多的电子以提供足够多的电子。焊接电弧机理焊接电弧机理场致发射场致发射(Field Emission)- -阴极电子发射阴极电子发射l定义：阴极表面空间存在一定

4、强度的定义：阴极表面空间存在一定强度的正电场正电场时，阴极内部时，阴极内部的电子将受到电场力的作用，当力达到一定程度电子就会的电子将受到电场力的作用，当力达到一定程度电子就会逸出阴极表面，这种电子发射现象逸出阴极表面，这种电子发射现象l冷阴极冷阴极主要是这种发射电子的机理主要是这种发射电子的机理l阴极的热电子借助于外部电场的作用变得容易发射，而阴极的热电子借助于外部电场的作用变得容易发射，而场致发射则不同于热电子发射，只要外部电场足够强，场致发射则不同于热电子发射，只要外部电场足够强，即使金属温度是即使金属温度是0 0，电子也可以向外逸出。，电子也可以向外逸出。冷阴极与热阴极热阴极：热阴极：当

5、使用沸点高的材料W或C作电极时，阴极区的带电粒子主要靠热发射提供，这种阴极称为热阴极。冷阴极：冷阴极：钢、铜、铝、镁等材料作阴极时，由于它们沸点很低，电极加热温度受沸点的限制不可能很高，热发射不能提供足够的带电粒子，此时电场发射起主要作用，这种电极称为冷阴极。金属金属WWFeFeAlAlCu纯金属纯金属4.544.544.484.484.254.254.36氧化物氧化物3.923.923.93.93.85常用金属的逸出功常用金属的逸出功可见有氧化物时逸出功比较低，所以电子可见有氧化物时逸出功比较低，所以电子容易从氧化膜逸出，形成容易从氧化膜逸出，形成阴极斑点阴极斑点。焊接电弧物理基础焊接电弧物

6、理基础- -阴极清理作用阴极清理作用阴极清理作用（氧化膜破碎作用）阴极清理作用（氧化膜破碎作用） 惰性气氛中的电弧，母材为阴极，阴极斑点在母材惰性气氛中的电弧，母材为阴极，阴极斑点在母材上上“扫动扫动”，除去金属表面的氧化膜，露出洁净金，除去金属表面的氧化膜，露出洁净金属，称作属，称作-。仅限于仅限于阴极阴极+ +不含氧化性气氛不含氧化性气氛的高纯度的高纯度惰性气体惰性气体有色金属的有色金属的MIGMIG焊，母材为阴极焊，母材为阴极电离的形式热电离：热电离：气体粒子受热运动剧烈,发生碰撞形成的电离。场致电离：场致电离：两极区带电粒子在电场作用下运动加剧, 与中性粒子碰撞产生的电离。光电离：光电

7、离：中性粒子受光辐射作用产生的电离(次要途径)。（一）（一）弧柱区的导电特性弧柱区的导电特性 (电中性电中性) 弧柱区既是维持电弧持续放电所必需的电子和阳弧柱区既是维持电弧持续放电所必需的电子和阳离子之源，也是把电能有效转变为热能的发热体离子之源，也是把电能有效转变为热能的发热体最小电压原理最小电压原理: : 在给定电流和电弧周围的条件（气体介质、温度、在给定电流和电弧周围的条件（气体介质、温度、压力）一定时，电弧稳定燃烧时，其压力）一定时，电弧稳定燃烧时，其导电区的半导电区的半径，径，应使应使电弧电场强度具有最小的数值电弧电场强度具有最小的数值。即电弧。即电弧具有保持最小能量消耗的特性。具有

8、保持最小能量消耗的特性。l弧柱区弧柱区E的大小代表电弧导电的难易程度的大小代表电弧导电的难易程度，电导率，电导率与弧柱电离度及温度有关与弧柱电离度及温度有关l= =（E E的大小与电弧气体介质有关；的大小与电弧气体介质有关；E E的大小将随弧的大小将随弧柱热损失情况而自行调整柱热损失情况而自行调整）l当电弧被周围介质冷却，要求产热增加，依据最小当电弧被周围介质冷却，要求产热增加，依据最小电压原理，电弧自动收缩，减少散热，但断面不能电压原理，电弧自动收缩，减少散热，但断面不能收缩太小，否则电流密度大使收缩太小，否则电流密度大使E E增加过多，结果是，增加过多，结果是，电弧自动调整收缩程度，以最小

9、的电弧自动调整收缩程度，以最小的E E值增加达到能值增加达到能量增加与散热量增大的平衡。量增加与散热量增大的平衡。 焊接电弧特性焊接电弧特性- -焊接电弧的静特性焊接电弧的静特性l电弧的静特性：电弧燃烧时，两极间稳电弧的静特性：电弧燃烧时，两极间稳态的电压和电流关系曲线称为电弧静特态的电压和电流关系曲线称为电弧静特性曲线。性曲线。l电弧静特性曲线是在电弧静特性曲线是在某一电弧长度某一电弧长度数值数值下，在稳定的保护气流量和电极条件下，下，在稳定的保护气流量和电极条件下，改变电弧电流数值，在电弧达到稳定燃改变电弧电流数值，在电弧达到稳定燃烧状态下，所对应的电弧电压曲线烧状态下，所对应的电弧电压曲

10、线焊接电弧特性焊接电弧特性- -焊接电弧的静特性焊接电弧的静特性l静特性曲线形状静特性曲线形状负阻特性负阻特性平特性平特性上升特性上升特性、焊接电弧的稳定性焊接电弧的稳定性 电弧稳定性的概念：电弧稳定性的概念：电弧抵抗外界干扰，力求保持焊接电弧抵抗外界干扰，力求保持焊接电流沿电极轴向流动的性能。电流沿电极轴向流动的性能。 电磁力是产生电弧刚直性的主要原因。电磁力是产生电弧刚直性的主要原因。 影响电弧稳定性的因素：电源、药皮（芯）、焊接电流、影响电弧稳定性的因素：电源、药皮（芯）、焊接电流、 磁偏吹、外界因素等磁偏吹、外界因素等 区别爆炸过渡旋转射流过渡射流过渡射滴过渡喷射过渡细滴过渡粗滴过渡颗

11、粒过渡自由过渡) 1 (套筒过渡渣壁过渡渣壁过渡搭桥过渡短路过渡接触过渡)3()2(熔滴过渡分类母材熔化与焊缝成形 成形系数=B/H小，表示焊缝深而窄，可提高热效率和减小热影响区。但过小，易使低熔点杂质聚集在焊缝中心产生裂纹、气孔和夹渣等缺陷。埋弧焊一般要求大于1.25；而堆焊时，可达10。焊缝熔合比单道焊在焊缝横截面上母材熔化部分占焊缝总面积之比。与工件坡口形式、焊接工艺有关。母材熔化与焊缝成形1）焊接电流增大时，电弧力和热输入增大，焊缝的熔深增大。熔深与焊接电流近于成正比关系 2）熔化极焊接中，通常通过改变送丝速度改变电流，故焊接电流增大时，余高增加3）电流增加，电弧直径增加，熔宽增大，但

12、电弧潜入工件的深度增加，电弧斑点移动范围受到限制，因而熔宽增加小于熔深增加母材熔化与焊缝成形 电弧电压增大：电弧功率加大，工件热输入有所增大。由于电弧电压的增加是以增加电弧长度实现的，使得电弧热源半径增大，工件热输入能量密度减小，因此熔深略有减小而熔宽增大。由于焊接电流不变，焊丝送进速度和焊丝熔化量没有改变，使得焊缝余高减小。母材熔化与焊缝成形n焊速提高，焊接线能量(q/v)减少，熔宽、熔深和余高都减小。n单位焊缝长度上的焊丝金属熔敷量与焊速v成反比，而熔宽则近似于与v1/2成反比。n为提高生产率，提高焊速时应提高焊接电流和电弧电压。n但大功率下高速焊接，有可能形成裂纹、咬边等焊接缺陷，故焊速

13、的提高一般需加以限制母材熔化与焊缝成形电流种类与极性TIG焊钢钛时直流正接所形成的熔深最大，反接最小，交流介于二者之间。焊铝、镁时，要利用阴极清理作用，以交流为好。熔化极气体保护焊和埋弧焊采用直流反接时，工件（阴极）产生热量较多，熔深、焊缝宽度都比直流正接大。但正接时焊丝熔化快。GMA焊考虑到熔滴过渡的重要性，一般采用直流反接。交流焊接时，焊缝厚度、宽度介于直流正接和直流反接之间。母材熔化与焊缝成形焊丝直径和伸出长度熔化极电弧焊，电流不变，焊丝越细，电弧热越集中，熔深增加，熔宽减小。焊丝伸出长度加大，焊丝电阻热增加，焊丝熔化速度增加，使余高增大而熔深有所减小。（对钢焊丝影响较大，铝焊丝影响不大

14、）母材熔化与焊缝成形工件倾角下坡焊，熔池在电弧下方较厚，电弧对熔池底部金属加热作用减弱，焊缝厚度减小、余高和焊缝宽度增大。上坡焊，熔池金属流向熔池尾部，电弧对熔池底部金属的加热作用增强，焊缝有效厚度和余高均增加，焊缝宽度减小。未焊透单面焊接时，接头根部未完全焊透的现象未熔合单层焊、多层焊或双面焊时，焊道与母材之间、焊道与焊道之间未能完全结合的部分称作 母材熔化与焊缝成形母材熔化与焊缝成形未焊透、未熔合有相同的产生原因：主要是焊接电流小、焊速过快坡口尺寸不合适电弧中心线偏离焊缝、电弧产生偏吹细丝短路过渡CO2焊接，由于工件热输入量少，容易产生这种缺陷。薄板焊接中，如果夹具使焊件背面的散热程度大，也会出现未焊透，或背面一部分焊透、一部分未焊透的成形不均现象。焊穿焊接时熔化金属自焊缝背面流出并脱离焊道形成穿孔的现象原因：焊接电流过大、焊速过小都可能出现这种缺陷。 厚板焊接时，熔池过大，固态金属对熔化金属的表面张力不足以承受熔池重力和电弧力的作用，从而形成熔池脱落。