焊接方法与设备电弧焊

焊接方法与设备电弧焊2023/7/15第1页，课件共27页，创作于2023年2月常用焊接方法真空钎焊感应钎焊炉中钎焊电阻钎焊盐浴钎焊火焰钎焊烙铁钎焊爆炸焊超声波焊电阻焊扩散焊摩擦焊高能焊堆焊与喷涂电渣焊电弧焊气焊熔焊压焊钎焊2023/7/15第2页，课件共27页，创作于2023年2月二、各种焊接方法分类机概述1、焊接的概念：通过适当的物理化学过程（加热或者加压，或者两者同时进行，用或不用填充材料）使两个分离的固态物体产生原子（分子）间结合力而连接成一体的连接方法。2、焊接方法分类与特点1）熔焊

将两个被焊件局部加热并熔化，以克服固间阻碍结合的障碍，然后冷却结晶成为一体的焊接方法。熔焊分为：电弧焊、电渣焊、气焊、电子束焊、激光焊等。最常见的电弧焊又可以进一步分为：手工电弧焊（焊条电弧焊）、气体保护焊、埋弧焊、等离子焊等。2023/7/15第3页，课件共27页，创作于2023年2月2）压焊压焊焊接件通过加压（加热或者不加热）措施件接触表面的氧化膜破裂并被塑性流动的金属挤向界面外部，是洁净金属紧密接触，达到原子间的结合，最后形成牢固的焊接接头。是被焊界面金属产生塑性变形，形成界面金属原子间的结合。

压焊分：电阻焊、高频焊、扩散连接、摩擦焊、超声波焊、爆炸焊、变形焊3）钎焊根据钎料熔点的不同，将钎焊分为软钎焊和硬钎焊。（1）软钎焊：软钎焊的钎料熔点低于450°C，接头强度较低(小于70MPa)。

（2）硬钎焊：硬钎焊的钎料熔点高于450°C，接头强度较高(大于200MPa)。

钎焊接头的承载能力与接头连接面大小有关。因此，钎焊一般采用搭接接头和套件镶接，以弥补钎焊强度的不足。

2023/7/15第4页，课件共27页，创作于2023年2月一、焊接的概念：通过适当的物理化学过程（加热或者加压，或者两者同时进行，用或不用填充材料）使两个分离的固态物体产生原子（分子）间结合力而连接成一体的连接方法。

二、电弧的概念：电弧是在一定条件下电荷通过电极间气体空间的一种导电过程，或者说是一种气体放电现象。

三电弧中带电粒子的产生：电弧是由两个电极和它们之间的气体空间组成。电弧中的带电粒子主要依靠两电极之间的气体电离和电极发射电子两个物理过程所产生的，同时也伴随着解离、激励、扩散、复合、负离子的产生等过程。

第一单元电弧焊的基础知识2023/7/15第5页，课件共27页，创作于2023年2月

四电离与激励

（一）电离：在一定条件下中性气体分子或原子分离为正离子和电子的现象称为电离。

电离的种类：1.热电离：高温下气体粒子受热的作用相互碰撞而产生的电离称为热电离。2.电场电离：带电粒子从电场中获得能量，通过碰撞而产生的电离过程称为电场作用下的电离。3.光电离：中性粒子接受光辐射的作用而产生的电离现象称为光电离。

（二）电子发射：金属表面接受一定的外加能量，自由电子冲破金属表面的约束而飞到电弧空间的现象。

1、热发射金属表面承受热作用而产生的电子发射现象。

热阴极：W、C电极的最高温度不能超过沸点；冷阴极：FeCuAlMg等。

2、电场发射：当金属表面空间存在一定强度的正电场时，金属内的自由电子受此电场静电库伦力的作用，当此力达到一定程度时，电子可飞出金属表面，这种现象称电场发射。

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3、光发射：当金属表面接受光辐射时，也可使金属表面自由电子能量增加，冲破金属表面的约束飞到金属外面来，这种现象称为光发射。

4、粒子碰撞发射：高速运动的粒子（电子或离子）碰撞金属表面时，将能量传给金属表面的自由电子，使其能量增加而跑出金属表面，这种现象称为粒子碰撞发射。

在一定条件下，粒子碰撞发射是电弧阴极区提供导电所需电子的主要途径。

（三）.负离子形成

在一定条件下，有些中性原子或分子能吸附一个电子而形成负离子，形成过程中放出热量。表征形成负离子的能力，用电子亲和能表示。亲和能大，电弧气氛中形成的负离子就多，电弧的导电能力就差。

负离子形成一般发生在电弧的外围温度低的区域，中性原子或分子捕获运动动能较低的电子2023/7/15第7页，课件共27页，创作于2023年2月五、焊接电弧的构成及其导电特性电弧的组成区域：阴极区10-4～10-6cm；弧柱区10-2～10-3cm阳极区10-2～10-3cm

六、阴极区的导电机构

1.热发射型导电机构；2.电场发射型导电机构；3.等离子型导电机构

七、1.阴极斑点：阴极通过微小的斑点发射电子，这些斑点上的电流密度很高，称为阴极斑点。形成阴极斑点的条件决定了焊接过程中一些现象的产生，即阴极表面上热发射性能强的物质有吸引电弧的作用；阴极斑点有自动跳向温度高、热收射强的物质上的性能。如果金属表面有低逸出功的氧化膜存在时，阴极斑点有自动寻找氧化膜的倾向。

2.阳极斑点：由于阳极斑点的形成条件之一是金属的蒸发，因此金属表面覆盖氧化膜时，同阴极斑点的情况相反，阳极斑点则有避开氧化膜而去自动寻找纯金属表面的倾向。2023/7/15第8页，课件共27页，创作于2023年2月

八、电弧力

1.电磁力：当电流在一个导体中流过时，整个电流可看成是由许多平行的电流线组成，这些电流线间将产生相互吸引力，使导体断面有收缩的倾向，这种收缩现象谓之电磁收缩效应，而作用的力称为电磁收缩力或电磁力。

2.等离子流力：在电弧中由于电弧推力引起高温气流的运动所形成的力称为等离子流力。等离子流力除影响焊缝形状外，它还有促进熔滴过渡、搅拌熔池、增加电弧的挺度等作用。

3.斑点力：斑点力在一定条件下将阻碍焊条熔化金属的过渡。

4.爆破力：熔滴短路过渡时由电磁收缩力及液柱小桥气化爆断引起，促进短路过渡，但会造成飞溅。5.细熔滴冲击力：富Ar气体射流过渡焊接时，熔化金属形成连续细滴沿焊丝轴向高速射向熔池，产生很大的冲击力，此力加上电磁力、等离子流力，极易造成指状熔深。2023/7/15第9页，课件共27页，创作于2023年2月九、电弧自身磁场的作用

（一）是产生磁收缩力，促进熔滴过渡，保证一定的熔深，使电弧具有刚直性；影响因素：电流大小；气体介质；压缩程度；电极形状

（二）是在一定条件下，会带来磁偏吹现象，使电弧不稳定，影响焊接过程及焊缝成形。

种类；导线接线位置引起的磁偏吹（直流）；电弧附近的铁磁物质引起的磁偏吹；剩磁引起的磁偏吹；交流电弧的磁偏吹

解决办法：以交代直；短弧焊；工件消磁、避免周围铁磁物质；对于长和大的工件可采用两边连接地线的方法；选用厚皮焊条。

2023/7/15第10页，课件共27页，创作于2023年2月十一、焊丝的熔化速度、熔化系数及影响因素

（一）熔化速度：单位时间熔化焊丝的重量或长度（m/h；g/h）。

（二）熔化系数：单位时间内通过单位电流时焊丝熔化的重量或长度（m/A·h;g/A·h）。

影响因素焊接电流与电压电流极性保护气体介质电阻热

十二、熔滴过渡

概念：焊丝（条）端头的金属在电弧热作用下被加热熔化形成熔滴，并在各种力的作用下脱离焊丝（条）进入熔池，称之为熔滴过渡。

十三、熔滴上的作用力

（一）表面张力：表面张力一方面使熔滴形成缩颈，另一方面是熔滴的主要维持力。

1与材料成分有关2熔滴上有表面活化物质时，可以大大降低表面张力系数3与气体介质有关4与熔滴温度有关

（二）重力：作用：平焊（推力）；立、仰焊（阻力）

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十四、熔滴过渡主要形式及特点

（一）滴状过渡

1形态：电弧弧根面积少，斑点力大。2形成原因推力：重力，等离子流力3阻力：表面张力，斑点力4形成条件：小电流，大弧压

（二）喷射过渡：1形成条件：Ar或富Ar2主要形式射滴亚射流射流

1.射滴过渡：过渡力推力：电磁力、重力、等离子流力阻力：表面张力3）应用焊接方法:铝MIG，钢脉冲MIG

2.射流过渡特点：熔滴体积小、过渡频率快，等离子流力大，粒子冲击力大，伴有“咝咝”声。

（三）短路过渡：采用较小电流和低电压焊接时，熔滴在未脱离焊丝端头前就与熔池直接接触，电弧瞬时熄灭短路，熔滴在短路电流产生的电磁收缩力及液体金属的表面张力作用下过渡到熔池中。

短路过渡形式的电弧稳定，飞溅较小，成形良好，是目前薄板件和全位置焊接生产中常用的焊接方式。

（四）渣壁过渡：形成条件：涂料焊条手弧焊，埋弧焊2023/7/15第12页，课件共27页，创作于2023年2月

十五、熔敷效率和熔敷系数

1过渡到焊缝中的金属重量与使用焊丝重量之比成为熔敷效率，用ηm表示。

2熔敷系数是指单位时间、单位焊接电流内所熔敷到焊缝上的焊丝金属重量，用ay表示。

十六、飞溅：电弧焊过程中，把飞到熔池外而损失掉的那部分焊丝熔化金属称之为飞溅。

十七、焊缝和熔池的形状及尺寸

（一）焊缝形状：焊缝形状是指焊缝横截面的形状，一般以熔深B、熔宽H和余高a来表示十八、焊接条件对焊缝成形影响：1电流主要确定熔深；2.电弧电压主要确定熔宽；3.焊接速度重要参数

（二）其他因素的影响：1.电流种类、极性熔化极焊直流反接时的H、B大，Pk大。TIG焊正接时H，B大，PA大

2.焊丝直径和伸出长度：ф---电弧收缩F--H；B一般情况下，ф同时需提高Uf

2023/7/15第13页，课件共27页，创作于2023年2月第二单元电弧焊的基础知识第一节焊条电弧焊与电弧切割的工作原理、适用范围及安全特点一、焊条电弧焊与电弧切割的基本原理

(一)焊条电弧焊的基本原理焊条电弧焊是工业生产中应用最广泛的焊接方法，它的原理是利用电弧放电(俗称电弧燃烧)所产生的热量将焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝，从而获得牢固接头的焊接过程，如图3—1所示

图3—1焊条电弧焊示意图1—焊条芯；2—焊药：3—液态熔渣；4—凝固的熔渣；5—保护气体；6—熔滴；7—熔池；8—焊缝；9—工件；10—电弧；11—焊钳2023/7/15第14页，课件共27页，创作于2023年2月二、焊条电弧焊与电弧切割的适用范围

(一)焊条电弧焊的适用范围焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接工作的，可以进行平焊、立焊、横焊和仰焊等多位置焊接。另外由于焊条电弧焊设备轻便，搬运灵活，所以说，焊条电弧焊可以在任何有电源的地方进行焊接作业。适用于各种金属材料、各种厚度、各种结构形状的焊接。

(二)电弧切割的适用范围

(1)用电弧切割对焊缝进行清根，比过去生产中常使用的风铲生产效率可提高数倍，尤其是在仰焊和立焊位置进行焊缝清根时，其优越性更为突出。

(2)改善了工人的劳动条件：过去在使用风铲进行开坡口和清根时，噪声和振动大，长年使用风铲工作的工人，多患有耳聋性职业病，而且劳动强度也很高。

(3)可以用电弧切割来加工焊缝坡口，特别适用于开U型坡口。

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(4)使用方便，操作灵活：对处于窄小空间位置的焊缝，只要轻巧的刨枪能伸进去的地方，就可以进行切割作业。

(5)可以用电弧切割清除不合格焊缝中的缺陷，然后进行修复。也可以用电弧切割清理铸件的毛边、飞刺、浇铸冒口及铸件中的缺陷。

(6)可以用电弧切割的方法加工多种不能用气割加工的金属，如铸铁、不锈钢、铜、铝等。

(7)设备、工具简单，操作使用安全。只要有一台直流电焊机，有压缩空气，有专用的电弧切割极及碳棒，就可以工作了。不需要像氧一乙炔焰切割那样使用易燃、易爆气体，因此操作使用安全。2023/7/15第16页，课件共27页，创作于2023年2月第二节焊条电弧焊设备及工具1、焊钳

焊钳是用以夹持焊条进行焊接的工具。主要作用是使焊工能夹住和控制焊条，同时也起着从焊接电缆向焊条传导焊接电流的作用。焊钳应具有良好的导电性、不易发热、重量轻、夹持焊条牢固及装换焊条方便等特性。焊钳的构造如图1-1所示，主要是由上下钳口、弯臂、弹簧、直柄、胶木手柄及固定销等组成。

焊钳分各种规格，以适应各种规格的焊条直径。每种规格焊钳，是以所要夹持的最大直径焊条需用的电流设计的。常用的市售焊钳有300A和500A两种。

图1-1焊钳的构造

1-钳口2-固定销3-弯臂罩壳4-弯臂5-自柄6-弹簧7-胶木于柄8-焊接电缆固定处2023/7/15第17页，课件共27页，创作于2023年2月2、面罩及护目玻璃

罩及护日玻璃是为防止焊接时的飞溅物、强烈弧光及其他辐射对焊工面部及颈部灼伤的一种遮蔽工具，有手持式和头盔式两种。护目玻璃安装在面罩正面，用来减弱弧光强度，吸收由电弧发射的红外线、紫外线和大多数可见光线。焊接时，焊工通过护目玻璃观察熔池情况，正确掌握和控制焊接过程，避免眼睛受弧光灼伤。

护目玻璃有各种色泽，目前以墨绿色的为多,为改善防护效果，受光面可以镀铬。护目玻璃的颜色有深浅之分，应根据焊接电流大小、焊工年龄和视力情况来确定，护目玻璃色号、规格选用见表护目玻璃外侧应加一块同尺寸的一般玻璃,以防止金属飞溅的污染。表1-5焊工护目玻璃镜片选用表

护目玻璃色号

颜色深浅

适用焊接电流／A

尺寸／mm

7～8

较浅

≤100

2×50～107

9～10

中等

100～350

2×50×107

11～12

较深

≥350

2×50×1072023/7/15第18页，课件共27页，创作于2023年2月

6)焊条保温筒是焊工焊接操作现场必备的辅具，携带方便。将已烘干的焊条放在保温筒内供现场使用，起到防粘泥土、防潮、防雨淋等作用，能够避免焊接过程中焊条药皮的含水率上升。

7)防护服为了防止焊接时触电及被弧光和金属飞溅物灼伤，焊工焊接时，必须戴皮革手套、工作帽，穿好白帆布工作服、脚盖、绝缘鞋等。焊工在敲渣时，应戴有平光眼镜。2023/7/15第19页，课件共27页，创作于2023年2月2023/7/15第20页，课件共27页，创作于2023年2月一、基本操作1、准备工作接通电源之前，首先要检查焊机接线路接地是否良好。然后，根据焊接规范把电焊机调至所需的焊接电流。细焊条选小电流，粗焊条选大电流。同时还要考虑焊件厚度，接头形式，焊接位置和焊接环境温度，通过试焊和观察焊条熔化情况及焊缝成形情况最后确定第三节焊条电弧焊工艺2、引弧手工电弧焊时引燃电弧的过程称为引弧。常用的引弧法有划擦引弧法和直击引弧法。2023/7/15第21页，课件共27页，创作于2023年2月

划擦法引弧的要领：先将焊条末端对准焊件，然后将手腕扭转一下，就像划火柴似的将焊条在焊件表面轻轻划擦一下，引燃电弧，在迅速将焊条提起2～4mm，使电弧引燃，并保持电弧长度，使之稳定燃烧。划擦法引弧操作简单，易于初学者掌握，但容易损坏焊件表面，造成焊件表面有电弧划伤痕迹，在正式焊接时尽量少采用。直击法引弧的操作要领：将焊条末端对准焊件，然后将手腕下弯，使焊条轻微碰一下焊件迅速提起2～4mm，使电弧引燃。引燃后，手腕放平，时电弧长度保持在与所用焊条直径相适应范围内，时弧稳定燃烧。直击法引弧不会划伤焊件表面，不受焊件大小和形状限制，是正式焊接生产中采用的主要引弧方法。采用直击法引弧时不可使焊条敲击过猛，以防涂层造成保护不良。在操作中，当焊条与焊件粘住时，可将焊条左右摆动几下，即可使焊条脱离。如仍不奏效，应立即将焊钳脱离焊条，待焊条冷却后在用手扳下。2023/7/15第22页，课件共27页，创作于2023年2月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。(1)直线形运条法---采用这种运条方法焊接时，焊条不做横向摆动，沿焊接方向做直线移动。常用于I形坡口的对接平焊，多层焊的第一层焊或多层多道焊。(2)直线往复运条法---采用这种运条方法焊接时，焊条末端沿焊缝的纵向做来回摆动。它的特点是焊接速度快，焊缝窄，散热快。适用于薄板和接头间隙较大的多层焊的第一层焊。(3)锯齿形运条法---采用这种运条方法焊接时，焊条未端做锯齿形连续摆动及向前移动，并在两边稍停片刻，摆动的目的是为了控制熔化金属的流动和得到必要的焊缝宽度，以获得较好的焊缝成形。这种运条方法在生产中应用较广，多用于厚钢板的焊接，平焊、仰焊、立焊的对接接头和立焊的角接接头。2023/7/15第23页，课件共27页，创作于2023年2月(4)月牙形运条法---采用这种运条方法焊接时，焊条的末端沿着焊接方向做月牙形的左右摆动。摆动的速度要根据焊缝的位置、接头形式、焊缝宽度和焊接电流值来决