车身焊接技术课件：焊条电弧焊

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焊条电弧焊

项目描述学习内容建议课时学习目标12345相关知识6项目实施知识拓展7在汽车制造过程中，焊条电弧焊主要用于厚板零部件的焊接，如支架、备胎架、车架等,如图1-1所示。焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。它使用的设备简单，操作方便灵活，适合在各种条件下焊接，特别适合于形状复杂结构的焊接，目前是最常用的焊接方法之一，在车身制造过程中主要用于车身修复和补焊。项目描述1图1-1焊接电弧；焊丝的熔化与熔滴过渡；母材熔化与焊缝成型；焊条电弧焊的原理及特点；焊条电弧焊设备及工具；焊条电弧焊工艺；焊条电弧焊的基本操作方法。学习内容210〜12学时。建议课时3(1)熟悉焊接电弧的物理基础、焊接电弧的导电特性、焊接电弧的工艺特性、焊丝的加热和熔化特性、熔滴上的作用力、熔滴过渡的主要形式及特点有关知识；(2)掌握焊缝成形过程、焊缝形状与焊缝质量的关系、焊接工艺参数对焊缝成形的影响、焊缝成形缺陷的产生及防止有关知识，能够分析焊接过程中常见工艺缺陷的产生原因，提出解决问题的方法；(3)掌握焊条电弧焊的基本原理、特点及应用范围，熟悉焊条电弧焊设备及工具，能够正确安装调试、操作使用和维护焊条电弧焊设备；(4)熟知影响焊条电弧焊焊接工艺参数的因素，能够根据实际生产条件和具体的焊接结构及其技术要求正确选择焊条电弧焊工艺参数和工艺措施；(5)掌握焊条电弧焊的操作要点，能够用焊条电弧焊进行各种位置焊缝的焊接操作。学习目标41.焊接电弧电弧是所有电弧焊的能量载体。1)焊接电弧的物理基础电弧是在一定条件下电荷通过两电极间气体空间的一种导电现象，或者说是一种气体放电现象，如图1-2所示。焊接时，主要利用热能、机械能达到熔化并连接金属的目的。相关知识5(1)电弧放电的条件。一是产生带电粒子；二是两电极间有电场。电弧放电的特点是电流密度大、阴极压降低、温度高、发光度强等。(2)电弧中带电粒子的产生。电弧中的带电粒子主要由两电极之间的气体电离和阴极发射电子两个物理过程所产生，同时伴随着解离、激励、扩散、复合、负离子的产生等过程。图1-2电弧及各区域的电场强度分布示意图2)焊接电弧的导电特性焊接电弧的导电特性是指参与形成电流的带电粒子在电弧中产生、运动和消失的过程。在焊接电弧的弧柱区、阴极区和阳极区，它们的导电特性是各不相同的。(1)电弧的组成区域及电场强度分布。按电场强度的分布特点不同将电弧分为三个区域：靠近阳极附近的区域为阳极区，其电压Ua称为阳极电压降；靠近阴极附近的区域为阴极区，其电压Uk称为阴极电压降；中间部分为弧柱区，其电压Uc称为弧柱电压降。(2)弧柱区的导电特性。在外加电场作用下，正离子向阴极运动，电子向阳极运动，从而形成电子流和正离子流。通过弧柱的总电流是由电子流和正离子流两部分组成（负离子因占的比例很小可忽略）。由于电子的质量比正离子小得多，所以电子的运动速度比正离子大得多，因此弧柱中的总电流主要是由电子流（约占99.9％）。相关知识5(3)阴极区的导电特性。阴极区的作用是向弧柱区提供所需的电子流；接受由弧柱送来的正离子流，以满足电弧导电需要。由于阴极材料种类、电流大小、气体介质等因素不同，阴极区的导电特性也会不同。(4)阳极区的导电特性。阳极区的作用是接受由弧柱来的电子流，同时向弧柱提供所需的正离子流。但阳极不能直接发射正离子，正离子是由阳极区粒子电离来提供的。阳极区提供正离子有两种形式：阳极区的场致电离和热电离。相关知识5图1-2阳极区电场形成示意图图1-3阴极区电场形成示意图(5)阴极斑点与阴极破碎作用。当阴极材料熔点、沸点较低且导热性很强时，即使阴极温度达到材料的沸点也不足以通过热发射产生足够数量的电子，阴极将进一步自动缩小其导电面积，电压降增大，直至阴极前面形成正电场并足以产生较强的场致发射，补充热发射的不足，向弧柱提供足够的电子流。此时阴极将形成面积更小、电流密度更大、发光烁亮的斑点来导通电流，这种导电斑点称阴极斑点。由于金属氧化物的逸出功比纯金属低，因而在氧化物处容易发射电子，氧化物发射电子的同时自身被破坏而漏出纯金属表面。而另外有氧化物处就成为集中发射电子的区域形成新的阴极斑点。发射电子后氧化物又被破坏，如此重复，如果阴极表面有低逸出功的氧化膜存在时，阴极斑点有自动寻找并清除氧化膜的倾向，这种现象称为“阴极清理”作用或“阴极破碎”作用。如：焊接铝、镁及其合金时就是利用这种作用去除氧化膜。相关知识53)焊接电弧的工艺特性电弧焊过程主要利用焊接电弧的热能和机械能。焊接电弧与热能和机械能有关的工艺特性主要包括：电弧的热能特性、电弧的力学特性、电弧的稳定性等。(1)电弧的热能特性。①电弧热的形成机构。电弧是一个把热能转换成热能的柔性导体，由于电弧三个组成区域的导电特性不同，因而产热特性也不相同。a.弧柱区的产热机构。在弧柱中，带电粒子在频繁而激烈地碰撞过程中沿电场方向运动，碰撞过程中带电粒子温度升高，把电能转换成热能。b.阴极区的产热机构。阴极区的产热量主要用于对阴极的加热和阴极区的散热损失，焊接过程中这部分热量直接用于加热焊丝或工件。c.阳极区的产热机构。阳极产生的热量主要用于阳极的加热、焊接过程中这部分热量直接用于加热焊丝或工件。相关知识5

相关知识5弧焊方法焊条电弧焊埋弧焊co2气体保护焊熔化极氩弧焊鹤极氩弧焊0.65~0.850.80~0.900.75~0.900.70~0.800.65~0.70表1-1各种弧焊方法的热效率系数③电弧的温度分布。电弧的温度是电弧能量状态的表现形式，由于电弧三个区域的产热机构不同，因而各部分的温度分布也不同。在轴向上，弧柱的温度较高，而阴极区和阳极区的温度较低，如图1-5所示。相关知识5图1-5电弧的温度、电流密度和能量密度的轴向分布示意图图1-5电弧径向温度分布示意图(2)电弧的力学特性。在焊接过程中，电弧产生的机械作用力对焊缝的熔深、熔池搅拌、熔滴过渡、焊缝成形等都有直接影响。如果对电弧力控制不当，将会使熔滴不能过渡到熔池而形成飞溅，甚至产生焊瘤、咬肉、烧穿等缺陷。焊接电弧中的作用力统称为电弧力，主要包括电磁力、等离子流力、斑点压力等。①焊接电弧力及其作用。a.电磁收缩力。在两根相距不远的平行导线中，通过同方向电流时，导线间产生相互吸引的力；若电流方向相反，则相互间产生排斥力。相关知识5图1-7圆锥状电弧及其电磁力示意图b.等离子流力。等离子流具有很高的运动速度，对熔池形成附加的压力，这种力即称为等离子流力，等离子流力又称为电弧的电磁动压力。c.斑点力。当电极上形成斑点时，由于斑点处受到带电粒子的撞击和金属蒸发的反作用力而对斑点产生压力，这种力称为斑点力或斑点压力。相关知识5图1-8电弧中等离子流形成示意图图1-9斑点力阻碍熔滴过渡示意图②影响电弧中作用力的因素。a.电流和电弧电压。电流增大时，电磁收缩力和等离子流都增加，故电弧力也增大（图1-10）。而电弧电压升高亦即电弧长度增加时，使电弧力降低（图1-11）。b.焊丝直径。焊丝直径越细，电流密度越大，造成电弧锥形越明显，则电磁力越大和等离子流力越大，使电弧力增大，如图1-12所示。相关知识5图1-10电弧力和焊接电流的关系图1-11电弧力和电弧电压的关系图1-12电弧力和焊丝直径的关系c.气体介质。气体种类不同，其热物理性能不同，从而影响到电弧的收缩程度。导热性强的气体、多原子气体或者质量较小的气体，都使电弧收缩程度大，导致电弧力增加。气体流量或电弧空间气体压力增加，也会引起电弧收缩，并使电弧力增加，同时也将引起斑点区的收缩，使斑点力进一步增加，阻止熔滴过渡，使熔滴颗粒增大，过渡困难。相关知识5(3)焊接电弧的稳定性。焊接电弧的稳定性是指电弧保持稳定燃烧（不断弧、不偏吹、不飘移、不熄弧）的程度。电弧焊过程中，当焊接电流和电弧电压一定时，电弧长时间稳定燃烧的性能称为电弧的稳定性。电弧不稳定的原因除与操作人员技术熟练程度有关外，主要与下列因素有关：①焊接电源。焊接电流种类和极性都会影响电弧的稳定性。②焊条药皮。焊条药皮中含有一定量低电离能的物质（如K、Na、Ca的氧化物），能增加电弧的稳定性。③焊接电流。焊接电流大，电弧燃烧的稳定性就好。④焊接电弧的磁偏吹。相关知识5焊接时引起磁力线分布不对称的原因有：ａ.导线接线位置；ｂ.电弧附近的铁磁物质的影响；ｃ.其他因素的影响。•电弧长度。•强风、气流。•焊接处的清洁程度。相关知识5图1-16导线接线位置引起的磁偏吹示意图2.焊丝（条）的熔化与熔滴过渡熔化极电弧焊的焊丝（条）具有两个作用：一是作为电极与工件之间产生电弧，另一是被加热熔化作为填充金属过渡到熔池中去。焊丝（条）的熔化及熔滴过渡，是熔化极电弧焊的重要物理现象，熔滴过渡方式及特点将直接影响焊接质量和生产效率。1)焊丝（条）的加热和熔化特性(1)焊丝（条）的加热。(2)焊丝的熔化速度、熔化系数及其影响因素。相关知识5图1-17焊丝伸出长度上的温度分布示意图焊接电流增大，电弧热与焊丝的电阻热增多，焊丝的熔化速度增快。图1-18所示为不锈钢的熔化速度与电流的关系。另外，焊丝直径越细，熔化速度与熔化系数都增大，如图1-19所示，焊丝伸出长度增加，熔化速度也增加。相关知识5图1-19不同直径的铝焊丝与熔化速度的关系图1-18焊接电流和伸出长度对不锈钢焊丝熔化速度的影响2)熔滴上的作用力(1)表面张力。(2)重力。(3)电弧力。(4)熔滴爆破力。(5)电弧的气体吹力。3)熔滴过渡的主要形式及特点(1)自由过渡。①滴状过渡。

②喷射过渡。a.射滴过渡。b.射流过渡。c.亚射流过渡。相关知识5图1-22射滴过渡时熔滴上的作用力图1-20熔滴上的重力（Fg）

和表面张力（Fσ)示意图图1-21焊条形成的套筒示意图(2)接触过渡。

①短路过渡过程。

②短路过渡的工艺特点。(3)渣壁过渡。相关知识5图1-25熔滴过渡过程与电流电压波形图1-24搭桥过渡示意图3.母材熔化与焊缝成形1)焊缝形成过程在电弧热的作用下母材接缝处金属局部熔化，与熔化的焊丝金属相混和，在焊件上形成一个具有一定形状和尺寸的液态金属，称为熔池。在焊接过程中，随着焊接电弧的向前移动，熔池前部的金属被电弧高温熔化不断进入熔池中，熔池后部的液态金属远离熔池温度降低不断被冷却结晶，即形成焊缝，如图1-26所示。相关知识5图1-26熔池形状与焊缝成形示意图焊接热循环的特点决定了熔池的形状特征：(1)在电弧前方熔池的温度梯度较大，而在电弧后方熔池的温度梯度较小。(2)在工件表面的等温线（包括熔池形状)近似椭圆形，但熔池头部较宽，而尾部较尖。(3)在垂直焊接方向平面上的等温线（包括熔池）均为半圆形。相关知识5图1-27熔池的形状对焊缝结晶的影响2)焊缝形状与焊缝质量的关系(1)焊缝形状尺寸及其影响。(2)焊缝的熔合比。3)焊接工艺参数对焊缝成形的影响(1)焊接参数的影响。

①焊接电流。

②电弧电压。

③焊接速度。相关知识5图1-28对接和角接接头的焊缝形状及尺寸图1-29焊接参数对焊缝厚度、焊缝宽度和余高的影响(2)工艺因数的影响。①电流种类和极性。

②焊丝直径和伸出长度。

③电极（焊丝)倾角。

④工件倾斜。(3)结构因数的影响。①坡口和间隙。②工件厚度和工件散热条件。相关知识5图1-30电极倾角对焊缝成形的影响图1-31焊件倾斜对焊缝成形的影响4)焊缝成形缺陷的产生及防止(1)焊缝外形尺寸不符合要求。①危害：焊缝成形不美观；余高过高，易在焊缝与母材连接处形成应力集中，余高过低，则焊缝承载面积减小，使结合强度降低。②产生原因：焊缝坡口角度不当;装配间隙不均匀；焊接参数选择不合适；操作人员技术不熟练等。③防止措施：正确选择坡口角度、装配间隙及焊接参数、熟练掌握操作技术，严格按设计要求施焊。相关知识5图1-32焊缝外形尺寸不符合要求(2)咬边。①危害：使接头承载面积减小，强度降低；造成咬边处应力集中，接头承载后易引起裂纹。②产生原因：焊接电流过大；焊接速度太快；电弧电压过高；焊条角度不当；焊接角焊缝时一次焊接的焊角尺寸过大。③防止措施：正确选择焊接工艺参数，熟练焊接操作技术。相关知识5图1-33咬边(3)未熔合。①危害：产生应力集中，使接头力学性能下降。②产生原因：焊接电流过小，焊接速度过高，坡口尺寸不合适及焊丝偏离焊缝中心线，磁偏吹的影响，焊件及层间清理不良，杂质阻碍母材边缘与根部之间以及焊道之间的熔合。③防止措施：应根据产生原因采取相应措施。相关知识5图1-34未熔合(4)未焊透。①危害：产生应力集中，使接头力学性能下降。②产生原因：焊接电流过小，焊接速度过高，坡口尺寸不合适及焊丝偏离焊缝中心线，磁偏吹的影响。③防止措施：应根据产生原因采取相应措施。相关知识5图1-35未焊透(5)焊瘤①危害：焊瘤会影响焊缝的外观成形，造成焊接材料的浪费，焊瘤部位往往伴随着夹渣和未焊透。②产生原因：主要是由于填充金属过多引起。当坡口尺寸过小、焊接速度过慢、电弧电压过低、焊丝偏离焊缝中心线及焊丝伸出长度过长都会产生焊瘤。平焊时产生焊瘤的可能性最小，而立焊、横焊、仰焊都易产生焊瘤。③防止措施：尽量使焊缝处于水平位置，并正确选择焊接工艺参数。相关知识5图1-36焊瘤(6)烧穿及塌陷。①产生原因：焊接电流过大、焊接速度过低、坡口间隙过大；气体保护焊时，气体流量过大。②防止措施：应根据产生原因采取相应措施。相关知识5图1-37烧穿及塌陷4.焊条电弧焊的原理及特点1)焊条电弧焊的基本原理焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。它利用焊条与工件之间燃烧的电弧热熔化焊条端部和工件的局部形成熔池，熔化的焊条金属不断地过渡到熔池中与之混合，随着电弧向前移动，熔池尾部的液态金属逐步冷却结晶而形成焊缝。2)焊条电弧焊的特点(1)焊条电弧焊与其他熔焊方法相比具有以下特点：①焊条电弧焊设备简单，操作灵活方便，适应性强，可达性好。②可焊金属材料广。③对接头装配要求较低。④生产率低，劳动条件差。⑤焊缝质量对人的依赖性强。相关知识5(2)适用范围。①可焊工件厚度范围。②可焊金属范围。

③最合适的产品结构和生产性质。相关知识55.焊条电弧焊设备及工具焊条电弧焊的焊接设备主要有弧焊电源、焊钳和焊接电缆。此外，还有面罩、敲渣锤、钢丝刷和焊条保温筒等，后者统称辅助设备或工具。1)对焊条电弧焊设备的要求(1)具有适当的空载电压。①保证引弧容易及电弧燃烧稳定。②要有良好的经济性。③保证人身安全。(2)具有陡降的外特性。(3)具有良好的调节特性。(4)具有良好的动特性。相关知识5图1-38外特性形状对电流稳定性的影响图1-39焊条电弧焊电源理想的外特性2)常用焊条电弧焊设备及工具(1)焊条电弧焊弧焊电源。①弧焊变压器。②直流弧焊发电机。③硅弧焊整流器。④晶闸管式弧焊整流器。⑤弧焊逆变器。相关知识5图1-40硅弧焊整流器的组成图1-41晶闸管式弧焊整流器系统组成框图图1-42弧焊逆变器系统原理框图(2)焊钳。(3)电缆。(4)面罩与护目镜片。(5)焊条保温筒。(6)焊缝检测器。(7)敲渣锤及钢丝刷。相关知识51.焊条电弧焊准备工作1)劳动保护(1)穿戴好工作服、焊接防护手套、焊接防护鞋。(2)正确选择好焊接防护面罩及护目镜。(3)检查焊接场地周围是否存在易造成火灾、爆炸、触电等事故的不安全隐患。2)设备的检查(1)检查焊机的绕组绝缘与接地情况是否安全可靠，电网电压与焊机铭牌是否相符。(2)检查焊机噪声及振动是否出现异常;检查焊接电缆与焊机、焊接电缆与焊钳接头连接是否牢固;检查焊钳夹持焊条是否牢固;检查焊接电缆是否破损。(3)检查焊接电流调节系统是否灵活。项目实施63)工件的准备(1)焊接接头的基本形式。(2)坡口的基本形式。(3)焊缝。项目实施6图1-43焊接接头的基本形式图1-44对接接头坡口的基本形式图1-45角接和Ｔ形接头的坡口(4)工件组对和定位焊。①所用的焊条及对焊工的要求，应与焊正式焊缝完全一样。②定位焊缝易产生未焊透缺陷，故焊接电流应比正式焊接时大10%~5%。③当发现定位焊缝有缺陷时，应将其除掉并重新焊接。④若工艺规定焊前需预热、焊后需缓冷，则焊定位焊缝前也要预热，焊后也要缓冷。⑤定位焊缝必须熔合良好，焊道不能太高，起头和收尾处应圆滑过渡，不能太陡，并防止定位焊缝两端焊不透的现象。⑥不能在焊缝交叉处和方向急剧变化处定位焊，应离开上述位置50mm左右焊接。⑦为防止开裂，应尽量避免强行组装后进行定位焊。4)焊条的准备应根据产品设计和焊接工艺要求，选用适当牌号和规格的焊条。焊条偏心度不能超标、焊芯不要锈蚀、药皮不应有裂纹及脱落现象。项目实施62.焊接工艺参数及选择1)电源种类和极性2)焊条直径3)焊接电流4)电弧长度（电弧电压）5)焊接层数6)焊接速度项目实施63.焊条电弧焊的基本操作技术1)引弧2)运条(1)前进动作。(2)横摆动作。(3)焊条的向下送进动作。项目实施6图1-46运条的基本动作项目实施6表1-5常用的运条方式及其适用范运条方法运条示意图适用范围直线形运条法(1)3~5mm厚度，1形坡口对接平焊；(2)多层焊的第一层焊道；(3)多层多道焊。直线往返形运条法(1)薄板焊；(2)对接平焊（间隙较大）。锯齿形运条法(1)对接接头（