焊接方法與設(shè)備-課件.ppt
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1、焊接方法與設(shè)備,QQ:1012137909,緒論, 基本內(nèi)容 掌握焊接基本概念、理解焊接本質(zhì)、特點及分類 一、基本概念: 焊接是通過適當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)方法,使兩個分離的固體通過原子間的結(jié)合力結(jié)合起來的一種連接方法。 1) 固體結(jié)合 金屬金屬 金屬非金屬 非金屬非金屬,2) 依靠原子間的結(jié)合力 - 焊接本質(zhì) 通過原子間的結(jié)合力將兩個固體連接起來,對于金屬 來說,必須產(chǎn)生金屬鍵,也就是說,被連接表面要接 近到原子晶格間距。 3) 要通過一定的物理、化學(xué)過程 加熱:電弧焊、釬焊 加壓:冷壓焊 加熱+加壓:電阻焊、擴散焊,放大,d要求達到:10nm,10m,因此: 采取必要的措施。,d,氧化物,三、焊接的
2、分類,焊接,熔化焊:,釬焊:,壓力焊:,利用摩擦、擴散和加壓等物理作用,克服兩個連接表面的不平度,除去氧化膜及其它污染物,使兩個連接表面上的原子相互接近到晶格距離,從而在固態(tài)條件下實現(xiàn)連接的方法。,利用一定的熱源,使構(gòu)件的被連接部位局部熔化成液體,然后再冷卻結(jié)晶成一體的方法稱為熔焊。,采用熔點比母材低的材料作釬料,將焊件和釬料加熱至高于釬料熔點、但低于母材熔點的溫度,利用毛細作用使液態(tài)釬料充滿接頭間隙,熔化釬料潤濕母材表面,冷卻后結(jié)晶形成冶金結(jié)合。,加熱,壓力焊,釬料,加壓,熔化焊,釬焊,熔化焊:,電弧焊,氣焊,鋁熱焊,電渣焊,電子束焊,激光焊,電阻點焊,電阻縫焊,根據(jù)熱源來分類,電弧焊:,熔
3、化極電弧焊,CO2焊,埋弧焊,熔化極氣體保護焊(GMAW),鎢極氬弧焊 (GTAW),等離子弧焊,非熔化極電弧焊,螺柱焊,手工電弧焊,電弧焊,電源,電極,工件,二、 焊接的特點: 1)焊接可將各個零部件直接連接起來,無需其他附加件,接頭強度一般也能達到與母材相同,因此,焊接產(chǎn)品的重量輕、成本低。 2)焊接接頭是通過原子間的結(jié)合力實現(xiàn)的連接,均勻性及整體性好、剛度大,在外力作用下不像機械連接那樣產(chǎn)生較大的變形。 3)焊接結(jié)構(gòu)具有良好的氣密性、水密性,這是其他連接方法無法比擬的。 4)可連接不同類型的金屬材料、不同形狀及尺寸的材料,可使金屬結(jié)構(gòu)中材料的分布更合理。 5)可將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型構(gòu)件分解為
4、許多小型零部件分別加工,然后再將這些零部件焊接起來,這樣就簡化了金屬結(jié)構(gòu)的加工工藝、縮短了加工周期。,6)焊接是一種“柔性”加工工藝,既適用于大批量生產(chǎn),又適用于小批量生產(chǎn)。,第一章 焊接電弧,一 基本要求 熟練掌握本章的基本概念,理解并掌握最小電壓原理、電弧力。了解電弧各個區(qū)域的組成、導(dǎo)電機構(gòu)、產(chǎn)熱機構(gòu)、交流電弧的特點以及陰極斑點的特點及其對焊接質(zhì)量的影響。 二 基本概念 電弧、氣體放電、電離、電子發(fā)射、陰極斑點、陽極斑點、剛直性、磁偏吹、電離能、逸出功、電離電壓、逸出電壓 三 難點 1)最小電壓原理 2)電弧的導(dǎo)電機構(gòu) 四 重點 1)電弧、電離、氣體放電、剛直性、磁偏吹等一些基本概念。 2
5、)電弧力。 3)電弧的產(chǎn)熱機理。 4)陰極斑點的特點。 5)最小電壓原理。,1-1 電弧物理基礎(chǔ),一) 電弧的基本概念 1、電?。弘娀∈且环N氣體放電 現(xiàn)象,通過放電將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芘c機械能。 2、氣體放電:兩極間的氣體被擊穿而導(dǎo)電的過程。 非自持放電:放電本身不能產(chǎn)生導(dǎo)電所需的帶電粒 子(A+、e)。 自持放電:放電本身能產(chǎn)生導(dǎo)電所需的帶電粒子 (A+、e);有暗放電、 輝光放電、 電弧放電等三 種。,+,-,電弧,Ua,Ia,電弧放電,輝光放電,暗放電,暗放電,自持放電,非自持放電,U,I,導(dǎo)體導(dǎo)電,二) 帶電粒子的產(chǎn)生過程 產(chǎn)生方式: 電離: 氣體中性原子或分子( A )分離為一價正離子
6、( A+ )和電子( e )的過程。 電子發(fā)射: 金屬表面逸出電子的現(xiàn)象 (一)電離與激勵 1、電離:在一定條件下中性原子分離成A+及e的現(xiàn)象。 A A+ + e - Wi 電離能:原子或分子電離所需要的能量 單位為ev 或J 電子伏:一個電子被1V的電壓所加速得到的能量。 電離電壓:電離能/電子帶電量。 一次電離:AA+e 二次電離:A+A+e n次電離:A(n-1)+An+e,2、 激勵:氣體原子得到的一定的能量,雖然小于Wi,但可 使電子從低能級躍遷到高能級。這種現(xiàn)象叫激勵。 激勵能:所需的最小外加能量叫激勵能We。 激勵能電壓:激勵能We/e。 3、能量傳遞方式 1) 碰撞:粒子間通過
7、相互碰撞而交換能量 彈性碰撞:僅發(fā)生動能再分配 非彈性碰撞:交換的能量勢能,從而導(dǎo)致電離或激勵。,2) 光幅射:在光的輻射下,中性粒子直接吸收光量子 的能量。,A,A+,A-,e,A,A,e,h eUi,4、電離的分類: 1) 熱電離:氣體粒子受熱的作用而產(chǎn)生電離 實質(zhì):中性粒子通過與電子碰撞,接收電子能量而電離。 電離度:電離了的粒子數(shù)量與電離前離子數(shù)量之比。0.1% 熱解離:在熱量的作用下,多原子分子分解為原子。 解離能:分子熱解離所需要的能量 2) 電場作用下的電離:A+、e在電場作用下被加速、與A碰撞 使其電離的過程。 主要是e的作用:電子獲得的能量是A+ 的4倍。 3) 光電離:A直
8、接捕捉光量子并吸收其能量而電離。 波長越小越易促進光電離,電弧波長包括紅外線、紫外線 可見光、可使AI、K、Na原子光電離。但不能使Ar、He、Fe 等電離。,(二)電子發(fā)射 1、基本概念 1) 電子發(fā)射:電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象。 對電弧導(dǎo)電起作用的主要是陰極的發(fā)射。 2) 逸出功(Ww):電子發(fā)射所需的最小能量。 3) 逸出電壓:Ww/e 物理意義:Ww越小,引弧越容易,電弧穩(wěn)弧性越好。 4)主要影響因素: 材料, K、Na之Ww較低。 表面狀態(tài):有氧化物時,逸出功降低 加入雜質(zhì),例如,釷、鈰及鑭等可降低Ww。,-,2、分類 1)熱發(fā)射:在熱量的作用下產(chǎn)生的發(fā)射 產(chǎn)生條件:陰極溫度足夠高
9、特點:對陰極有冷卻作用,這一點對TIG焊具有重要意義??商岣遅極的載流能力。 2)電場發(fā)射:金屬表面的電子在電場力的作用下逸出的現(xiàn)象。 特點:對陰極的冷卻作用較小。 3)光發(fā)射:光幅射作用下產(chǎn)生的發(fā)射。實際電弧中產(chǎn)生光發(fā)射的可能性很小。 4)粒子碰撞發(fā)射:高速運動的A+碰撞到陰極上導(dǎo)致的發(fā)射。,庫侖力,(三)負離子的產(chǎn)生 中性離子與電子結(jié)合的過程,是一個放熱過程,所放出的熱被成為電子親和能。 A + e A- + W 注意: 1)親和能高的原子易形成A-,但高溫下不利于放熱反應(yīng)。 2)交流電弧過零時,易形成。 3)易在電弧周邊形成。 4)不利于電弧穩(wěn)定。 (四)擴散與復(fù)合 擴散:電弧中心處A+
10、、e較多,e易向周邊運動。當(dāng)周邊電子濃度達到一定值后,在e吸引下,A+也向周邊運動。從而在周邊復(fù)合 A+eA+Wi A+A2A+Wi,A-,A,e,+,A-,+,A,A,e,三) 電弧各區(qū)域的導(dǎo)電機構(gòu) (一)區(qū)域組成 由陰極區(qū)、陽極區(qū)、弧柱三部分組成。 1、陰極區(qū):長度極短、電壓較大、E(電場強度)極高 2、陽極區(qū):長度也極短、電壓較大、E極高 3、弧柱區(qū)長度基本上等于電弧長度,E較小,UA,UC,UK,陽極區(qū),陰極區(qū),弧柱,-,+,10-510-6cm,10-210-4cm,(二)弧柱區(qū)的導(dǎo)電機構(gòu) 所謂導(dǎo)電機構(gòu)就是指帶電粒子產(chǎn)生、運動方式。 1、帶電粒子的產(chǎn)生 1)電離:熱電離 光電離 電場
11、作用的電離 2)陰極區(qū)注入的電子 3)陽極區(qū)注入的正離子 2、帶電離子的運動 A+沖向陰極正離子流IA+ e沖向陽極電子流Ie I =IA+Ie 其中:IA+ = 0.1%I Ie = 99.9%I 3、特點: 1)電中性; 2)E小、Ua小,IA+,Ie,I,三)、陰極區(qū)的導(dǎo)電機構(gòu) 1、陰極區(qū)在導(dǎo)電過程中的作用 1)產(chǎn)生弧柱區(qū)導(dǎo)電所需要電子流 Ie=0.999I 2)接收弧柱區(qū)來的正離子流IA+=0.001I 2、熱發(fā)射型 1)產(chǎn)生條件:W、C陰極,且電流很大 2)帶電粒子的產(chǎn)生方式:熱發(fā)射 熱陰極:弧柱導(dǎo)電所需要的電子可完全由熱發(fā)生來產(chǎn)生的 陰極。 冷陰極:熱發(fā)射能力不足的陰極。 熱陰極材
12、料:熔點高的材料 冷陰極材料:熔點低的材料。 3)特點:無陰極區(qū)、無陰極壓降Vk,3、電場發(fā)射型導(dǎo)電機構(gòu) 1) 條件: (a)W、C陰極、且I較小 (b)AI、Fe、Cu作陰極 2) 帶電離子產(chǎn)生方式 (1)場發(fā)射 (2)場電離 (3)熱發(fā)射 (4)碰撞發(fā)射,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,Uk,陰極區(qū),弧柱區(qū),電場發(fā)射型導(dǎo)電機構(gòu),陰極,熱發(fā)射,場發(fā)射,碰撞發(fā)射,場電離,0.999I,c) 特點: (1)陰極附近存在正電荷區(qū)陰極區(qū) (2)fe0.001 I (3)陰極區(qū)斷面收
13、縮 (4)陰極表面上產(chǎn)生陰極斑點 3)等離子型導(dǎo)電機構(gòu) A、條件: 1) W、C陰極,且I較小:或AI、Fe、Cu陰極;且 2) 氣壓較小,UkUi B、帶電粒子產(chǎn)生方式:熱電離 C、特點:同上,(四)陽極區(qū)的導(dǎo)電機構(gòu) 1、陽極區(qū)在導(dǎo)電過程中的作用 1)接收弧柱區(qū)來的電子流 Ie=0.999I 2)產(chǎn)生弧柱區(qū)所需要的正離子流IA+=0.001I 2、熱電離 1)產(chǎn)生條件:I較大 2)帶電離子產(chǎn)生方式:熱電離 3)特點: a)陽極壓降小,甚至為0 b)不存在陽極斑點。 3、電場作用下的電離 1)產(chǎn)生條件:I較小 2)帶電粒子的產(chǎn)生方式:熱電離、場電離 3)特點:a)有陽極區(qū),發(fā)生收縮 b)Ua較
14、大 c)有陽極斑點,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,+,+,-,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,UA,陽極區(qū),弧柱區(qū),陽極壓降的形成,+,(五)陰極斑點與陽極斑點 1、陰極斑點:陰級上導(dǎo)通電流的一些灼亮的弧立點。 1) 產(chǎn)生條件: a、W、C陰極且I很小 b、AI、Fe、Cu作陰極 2) 某點充當(dāng)陰極斑點的條件 a、電弧通過該點時耗能最小 b、該點能發(fā)射電子 3)特點 a)電流密度大、溫度高 b)跳躍性及粘著性 c)存在斑點力:蒸發(fā)反力、A+的撞擊力 d)自動尋找氧化膜,該點對于鋁、鎂及其合金的焊接
15、是 非常重要的,見后面的陰極霧化作用。,-,-,-,焊接方向,-,+,A,A,B,焊接方向,粘著性,跳躍性,2、陽極斑點 1)產(chǎn)生條件:I很小 2)點充當(dāng)陽極斑點的條件 a)通過該點導(dǎo)通電流時,耗能最小 b)易蒸發(fā),產(chǎn)生金屬蒸氣 3)特點: a、電流密度大、溫度高 b、粘著性、跳躍性 c、避開氧化膜 d、斑點力,陽極斑點力小于陰極斑點力,四) 最小電壓原理 電流一定、周圍條件一定時,穩(wěn)定燃燒的電弧各導(dǎo)電區(qū)的半徑(溫度)應(yīng)使電弧電場強度最小,即電弧電壓最小。 該原理有兩個方面的含義: 1、電場強度是溫度或電弧斷面半徑的函數(shù) E = f(T) E=f(r) 2、電弧半徑穩(wěn)定值r*由E的最小值E*確
16、定,E,r,R*,E*,電弧穩(wěn)定燃燒時,Ua與Ia的關(guān)系稱為電弧靜 特性。 下降區(qū)(負阻特性區(qū)):電流密度不變 平特性區(qū):E不變 上升特性區(qū): 影響因素: 1、弧長 2、氣體介質(zhì) 導(dǎo)熱性 熱分解性能 3、氣體介質(zhì)的壓力,五、電弧的靜特性,Ua,Ia,小電流TIG,TIG SAW MMA,MIG MAG,Ia,Ua,Ia,L2,L1,L2 L1,純Ar,Ar+20%H2,Ua,Ia,電離電壓 Ar 15.7eV H 13.5eV H2 15.5eV,弧長影響,物理性能:熱分解、導(dǎo)熱系數(shù),1-2 焊接電弧的產(chǎn)熱及溫度分布,一)、焊接電弧的產(chǎn)熱機構(gòu) (一)弧柱的產(chǎn)熱機構(gòu) 電能熱能 1、 本質(zhì):A+、
17、e在電場作用下被加速、使其動能增大的過 程。其宏觀表現(xiàn)即為溫度上升產(chǎn)熱 由于運動速度,自由程度不同,A+、e得到的能量不同,TA+、Te、TA有可能不同。 電子動能:定向運動動能Ie 散亂運動動能 熱運動,表現(xiàn)為熱能。 2、產(chǎn)熱量 Pc=Ia Ua 主要用于散熱損失 對流、幅射、傳導(dǎo) 。,3 影響因素 不僅取決于電流。 凡是影響Ua的因素均影響弧柱的產(chǎn)熱。 (二)陰極區(qū)的產(chǎn)熱 1 本質(zhì):產(chǎn)生電子、接受正離子的過程中有能量變化,這些能量的平衡結(jié)果就是產(chǎn)熱,由三部分組成: 1)電子逸出陰極時消耗能量: -IUw 2)電子進入弧柱前被電場(Ek)加速得到一部分能量: +IaUk 3)電子進入弧柱時帶
18、走的能量:-IUT(溫度等效電壓) 2、產(chǎn)熱公式 Pk=I(Uk-Uw-UT) 3、作用: 用于加熱陰極,(三)陽極區(qū)的產(chǎn)熱機構(gòu) 1、 本質(zhì):接受電子、產(chǎn)生A+過程中伴隨的能量 轉(zhuǎn)換,由三部分組成: 1)e被UA加速所得到的能量:+e UA 2)電子帶來的逸出功:+IUw 3)電子帶來的相當(dāng)于弧柱溫度那部分能量+IUw 2、產(chǎn)熱公式 PA=I(UA+Uw+UT) 3、作用 用于加熱陽極,二)、焊接電弧的熱效率及能量密度 (一)電弧總產(chǎn)熱 Pa=PC+PA+PK = I(UC+UK+UA)=IaUa (二)有效功率、熱效率系數(shù) 1 有效功率:用于加熱工件和焊絲的功率QE 2 熱效率系數(shù):=QE/
19、Pa 3 影響的因素: 1)焊接方法:TIG焊低、MIG、SAW高 2)焊接規(guī)范: 3)外部條件 (三)能量密度 1 單位有效加熱面積上的熱功率,單位為w/cm2 2 功率密度越高 H/B越大,焊接變形及HAZ越小。 氣焊 電弧焊 激光 電子束 1-10 102-104 106-107 106-108,三)、電弧的溫度分布 (一)電弧的軸向溫度分布 影響溫度分布的因素: 1、功率密度 2、電極材料 3、高熔點氧化物 (二)弧柱溫度分布 1、軸向 1) 二電極尺寸相等時,軸向溫度分布均勻 2) 二電極尺寸不等,軸向溫度分布不均勻,靠 近尺寸較小的一端,溫度較高。,溫度,電流密度,功率密度,2、徑
20、向 中心軸附近溫度高,周邊低 (三)影響弧柱溫度的因素 1、電流,Ia T 2、氣體介質(zhì):導(dǎo)熱系數(shù),熱解離 T 3、電極材料 4、拘束度,2、徑向 中心軸附近溫度高,周邊低 (三)影響弧柱溫度的因素 1、電流,Ia T 2、氣體介質(zhì):導(dǎo)熱系數(shù),熱解離 T 3、電極材料 4、拘束度:越大,電弧溫度越高,_,-,弧柱的溫度分布,T,T,r,L,1-3 電弧力及其影響因素,一)、電弧力 1、電磁收縮力 通過電?。ㄈ鄣危┑碾娏骶€之間的相互吸引力,對電弧或熔滴起著壓縮作用,該力被稱為電磁收縮力。 1)圓柱形電弧,電弧壓力,電弧推力,式中:I-電流,R-電弧半徑,K-系數(shù),流態(tài)導(dǎo)體中電磁收縮力的影響,柱形
21、導(dǎo)體中的電磁收縮力,流體中壓力各個方向相同,因此作用于焊條及工作上的軸向力為:,2)錐形電弧,壓力,錐形電弧中沿軸向存在壓力差,導(dǎo)至一軸向推力:,式中:I-電流, Rb-錐形弧柱下底面半徑,Ra-錐形弧柱上底面半徑,2、等離子流力 F推引起的高溫氣體流(等離子流)所形成的力叫等離子流力 作用: 1)促進熔滴過渡 2)導(dǎo)致指狀熔深 分布:軸線處大,周邊小 3、斑點力 由以下三部分組成,陰極斑點力大于陽極斑點力 1)帶電粒子撞擊力 陰:A+撞擊 大 陽:e撞擊:小 2)蒸發(fā)反力 陰:T高,力大 陽:T低力小 3)電磁收縮力 陰:大 陽:小,4、爆破力 僅產(chǎn)生于短路過渡中,短路小橋汽化爆斷所產(chǎn)生的力
22、 5、細熔滴的沖擊力 僅產(chǎn)生于MIG焊射流過渡,熔滴以很大的加速度沖擊熔池,形成沖擊力 二)、影響因素 1、氣體介質(zhì) 導(dǎo)熱好,易解離的氣體,電弧力,特別是斑點力較大。 2、電弧電流及電壓 電流增大,電弧力增大;電壓增大,電弧力減小。 3、W極或焊絲直徑 直徑越小,力越大 4、極性 :TIG焊時,DCSP大;而MIG焊正好相反。,爆破力,1-3 交流電弧的特點,一)、交流電弧 電流為50H正弧波的電弧被稱為交流電弧。 方波交流電弧。 1、特點: 1)周期性地過0點 2)再引燃 再引燃電壓Ur:再引燃所需的電壓。小于引燃燒電壓。 2、交流電弧的燃燒過程 1)純阻性回路 電弧阻性元件,因此a、ia同
23、相位,有熄弧時間te,當(dāng)te較 大時,難以引燃 2)感性回路 利用電感的續(xù)流,蓄能作用,可將te降為0,交流 電源,te,U0,Ua,Ia,純阻性回路,t,電源電壓,電弧電壓,電弧電流,交流 電源,電感性回路,3、交流電弧穩(wěn)定燃燒的條件 在回路中串一合適的電感 二)、交流電弧的加熱及力的特點 1、加熱 Pa不斷變化,對工件的加熱效果用有效熱功率表示。 Wa= Ua Ia -波形修正系數(shù) Ua、 Ia- 電壓及電流有效值 2、電弧力的特點 介于DCSP與DCRP之間,不易導(dǎo)致指狀熔深. 3、保護 在相同的條件下,保護效果較差。,1-5 剛直性及磁偏吹,一)、剛直性 所謂剛直性是指電弧作為一柔軟的
24、導(dǎo)體抵抗外界干擾,力求保持電流沿軸向流動的能力。 電弧的剛直性是由電弧的電磁場決定的,即電磁收縮力決定的。各運動的帶電質(zhì)點均受到指向焊條中心的力,該力使質(zhì)點保持沿軸線流動。 影響剛直性的因素: 1)電流越大,剛直性越大; 2)拘束度越大,剛直性大 3)熱解離導(dǎo)熱性大 剛直性大,自身磁場對剛直性的影響 剛直性,二)、磁偏吹 1、 偏吹:電弧因周圍磁力線不對稱而偏向一側(cè)的現(xiàn)象. 偏向:磁力線疏的一側(cè) 2、引起磁偏吹的原因 1)導(dǎo)線接法不合適 2)鐵磁性物質(zhì) 3)交流電弧的磁偏吹較較小 原因: (1)渦流,渦流磁場低消原磁場 (2)電弧偏吹運動為機械運動,而交流電弧的不均恒磁場以50Hz的頻率變化。
25、,+,+,+,-,+,+,-,-,電流,+,F左,F右,磁偏吹,+,+,+,-,+,+,-,-,電流,+,F左,F右,接線位置引起的磁偏吹,+,+,+,+,-,-,+,-,+,+,+,+,-,+,+,-,-,電流,+,F左,F右,磁性物質(zhì)引起的磁偏吹,-,-,-,-,+,+,第二章 焊絲的加熱及熔滴過渡, 要求 1、 熟練掌握焊絲熔化速度、熔化系數(shù)、熔敷速度、熔敷效率、 熔敷系數(shù)、熔滴過渡及飛濺等基本概念。 2、 掌握熔滴上受到的各種力及其對過渡的影響; 3、 了解熔滴過渡的基本分類,各類熔滴過渡的基本特征; 4、 掌握各種焊接方法的熔滴過度特點。 5、 了解固有自調(diào)節(jié)作用。,2-1 焊絲的加
26、熱及熔化,一)、加熱熱源: (一)電弧熱極區(qū)產(chǎn)熱 焊絲接陰極時:Pk=I(Uk-Uw-UT)I(Uk-Uw) UT很小,大概只有1V左右。 焊絲接陽極時:PA=I(UA+Uw+UT)IUw UA很小,可忽略。 討論: TIG焊:PAPk MIG焊:PkPA Pk受多種因素影響,而PA則不。,LH,電源,送絲輪,導(dǎo)電嘴,la,(二)干伸長度上的電阻熱 干伸長度:焊絲伸出導(dǎo)電嘴之外的長度Ls PR=I2 RS =Ls/S 影響因素: 1)鋼焊絲的PR大,因此干身長度的電阻熱之 影響較大;鋁、銅PR小 2)Ls越大,dS越小,則PR越大 (三)總熱源 P = Pa + PR= I(Um+IRs) 式
27、中: 焊絲接陰極時,Um=(Uk-Uw) 焊絲接陽極時,Um=Uw,二)、影響熔化速度、熔化系數(shù)的因素 (一)基本概念 熔化速度m:單位時間內(nèi)焊絲的熔化量。 單位:g/s cm/s 熔化系數(shù)m:單位時間內(nèi),由單位電流所熔化的焊絲量(長 度,重量) 單位:g/A.S Cm/A.S m= m /I (二)影響因素 1、電流 電流越大,熔化速度越大。 m = K I(Um+IRs) m = m /I= K(Um+IRs),顯然: 1)電流 1) I增大, m增大 2) 對于Al焊絲,m幾乎與I增大,對于鋼焊絲,m 隨著I的增大而增大。 2、電壓 Ua(La)大時, m與Ua無關(guān) Ua(La)較小時,
28、Ua下降時m 增大(如I不變則m ) ,使電弧具有保持弧長穩(wěn)定的能力。 固有自調(diào)節(jié)作用:弧長較短時, m隨La下降而增大, 使得電弧具有抵抗外界干擾的保持穩(wěn)定不變的能力,這 種能力被成為固有自調(diào)節(jié)作用。,Ua,Ia,a,鋁,Ua,Ia,鋼,3、焊絲的極性 焊絲接負時, m較大 焊絲接正時, m較小 4、氣體介質(zhì) 焊絲接陽極時: m =K Rm=K I Uw與氣體介質(zhì)無關(guān) 焊絲接陰極時: m =K I(Uk-Uw)Uk與氣體介質(zhì)有關(guān), 因此氣體介質(zhì)影響熔化速度,例如在Ar中加CO2可使 m增大 5、電阻熱 鋼焊絲:ds越長,電阻熱的影響越大。 鋁焊絲,電阻熱很小,影響不大。,2-2 熔滴過渡和飛
29、濺,一)、基本概念 熔滴過渡:焊絲端部的熔化金屬以滴狀進入熔池的過程。 飛濺:熔化的焊絲金屬飛到熔池之外的現(xiàn)象。 二)、熔滴上的作用力 (一)表面張力 1、焊絲與熔滴間的表面張力F,阻礙過渡,將熔滴保持在焊絲上。,F=2Rs,式中:為表面張力系數(shù),Rs為焊絲半徑。,2、短路過渡時,熔滴與工件間的表面張力 促進過渡 F=2RP 影響的因素: 1)材料類型,例如,鐵的表面張力系數(shù)大于鋁 2)溫度,溫度上升,表面張力系數(shù)降低 3)表面活性物質(zhì),如鋼液中有S或O時,表面張力系數(shù)降低。 (二)重力 熔滴的重力 Fg=mg=,r熔滴半徑 ,密度,Fmg,F,F,F,表面張力,重力,作用: 1)平焊時促進過
30、渡; 2)立焊,仰焊時阻礙過渡。 (三)電磁收縮力 電流線通過熔滴時的電磁收縮力 1) 當(dāng)Sb(斑點面積)Ss時,電磁線在熔滴中發(fā)散,F推向下,促進過渡。 (四)斑點力 其作用亦與斑點面積有關(guān): 1)Sb較大時,促進過渡 2)Sb較小時,阻礙過渡,(五)爆破力 熔滴爆破時,爆破力指向四面八方,即促進過渡,又導(dǎo)致飛濺 (六)等離子流力 從焊絲指向工件,總是促進過渡,FP,爆破力,二)、熔滴過渡的主要形式及特點 (一)自由過渡 熔滴脫離焊絲,由電弧空間進入熔池。 1、滴狀過渡 1)大滴過渡 特點: (1)aD=g (2)軸向 (3)dDds 2)大滴排斥 特點: (1)aD=g (2)非軸向,有飛
31、濺 (3)dD ds 2、細顆粒過渡,出現(xiàn)在CO2焊中 特點: (1)aDg (2)非軸向 (3)DDds,3、噴射過渡 1)射滴 特點: (1)aDg (2)dDds (3)軸向性好 (4)一次一滴 2)射流 特點: (1)aDg (2)dDds (3)軸向 (4)連續(xù)束流,大滴,射滴,射流,3)爆炸過渡 因氣泡的爆破而過渡,通常伴隨著飛濺。 (二)渣壁過渡 1、沿熔渣壁過渡埋弧焊 DCSP:熔滴尺寸大,過渡頻率低 DCRP:尺寸小,f大。 I f 2、沿套筒過渡 產(chǎn)生于SMAW 條件: 1)厚藥皮 2)酸性藥皮,(三)接觸過渡 1、短路過渡 條件:CO2細絲焊,且Ua小,Ia小 特點:電弧
32、穩(wěn)定,稍有飛濺 2、搭橋過渡 條件:填絲TIG焊中,短路過渡過程及電流、電壓波形,三)、飛濺及熔敷系數(shù) (一)飛濺 1、飛濺的原因: a)爆破力 b)斑點力不對稱 c)氣體從熔滴或熔池中析出 2、影響飛濺的因素 a)焊接方法,CO2焊大,MIG小 b)規(guī)范,例如CO2焊 c)過渡形式,I,飛濺率,A,B,C,(二)熔敷效率,熔敷系數(shù) 1、基本概念 熔敷效率: 過渡到焊縫中的焊絲金屬重量與熔 化的焊絲重量之比。 熔敷系數(shù): 單位時間內(nèi)由單位電流熔敷到焊縫 中焊絲金屬重量m 損失系數(shù): 2、影響的因素: 1)焊接方法 SAW、MIG、MAG、CO2、MMA依次減小。 2)焊接參數(shù) 特別是, CO2
33、焊接,電流增大時,熔敷效率增大,第三章 母材熔化和焊縫成形,一、基本要求 1、熟練掌握標(biāo)征熔池及焊縫形狀尺寸的幾個參數(shù); 2、熟練掌握熱輸入、線能量、熔深、熔寬、成形系數(shù)、余高、熔合比等基本概念; 3、了解作用于熔池上的力 4、熟練掌握焊接參數(shù)對焊縫形狀尺寸的影響 5、了解各種焊縫缺陷形成的原因及預(yù)防措施。,二、重點 1、熱輸入、線能量、熔深、熔寬、成形系數(shù)、余高、熔合比等基本概念; 2、標(biāo)征熔池及焊縫形狀尺寸的參數(shù) 3、焊接參數(shù)對焊縫形狀尺寸的影響,3.1 電弧熱與熔池形狀尺寸的關(guān)系,一)、電弧的熱輸入 (一) 熱輸入:輸入至工件的熱功率或單位時間 內(nèi)輸入至工件的熱量。 q = 0.24 U
34、a Ia -電弧加熱工件的熱效率 (二) 電弧加熱工件的熱效率,電弧熱損失: 1)幅射,對流散熱 2)加熱W極,焊條頭的熱量 3)加熱焊劑,焊條頭 4)飛濺熱損失 影響的因素: 1)焊接方法:TIG、 CO2 、 MIGSAW的不同。 2)焊接規(guī)范 (三)、熔池的形狀及表征參數(shù) 1 熔池的基本概念 由母材上熔化的金屬(焊絲、工件)組成的、具有一 定幾何形狀的液態(tài)屬屬叫熔池。引弧后。經(jīng)過一過渡期后, 熔池穩(wěn)定,形狀不再發(fā)生變化。 熔池的形狀為一半橢球形。,H,l1,l2,x,y,z,熔池的形狀尺寸,2 熔池的表征參數(shù): 可用下列幾個參數(shù)表征: a)熔寬B b)熔深 c)前部長度L1 d)尾部長度
35、L2 在做出一些假設(shè)的基礎(chǔ)上,可推導(dǎo)出上述幾個尺寸與 焊速s,熱輸入q之間的關(guān)系。,式中: Tm材料的熔點 導(dǎo)熱系數(shù) a熱擴散率 c比熱 密度,B = 2H,B=2H,(四)、工件上的比熱流,1、基本概念 比熱流:通過單位面積輸入至工件的熱功率。,加熱斑點:熱源傳遞給工件的熱量是通過一定的面積進行的,該面積叫加熱斑點。加熱斑點內(nèi)的每一點處的比熱流是不相同的。 q(r)在加熱斑點內(nèi)呈正態(tài)分布,即:,式中: q(r) 離中心距離為r的某點的比熱流 qm中心處的比熱流 k電弧集中系數(shù),由,可推導(dǎo)出:,2、電弧參數(shù)對比熱流的影響 1)Ua:Ua增大,r k qm 2)Ia:Ia增大, r稍有增大,k下
36、降,q增大,qm增大 3)鎢極尖角及直徑 dw增大或w增大,qm減小 3、比熱流對熔池尺寸的影響 K 則H B K 則H B (焊速大時) B (焊速小時),定義:,式中,為加熱斑點的半徑,qm,0.005qm,3-2 作用于熔池上的力及力對熔池的影響,一、使熔池凹陷的作用力 1、電弧靜壓力及動壓力 Fp、Fc均指向熔池,使之洼凹陷,熱源下移,有利于增 大H。 MIG焊時的Fp易于導(dǎo)致指狀熔深。 2、細熔滴的沖擊力 使熔凹陷,增大H,易于導(dǎo)致指狀熔深 3、熔池金屬的重力 其大小正比于熔池體積, 其作用與空間位置有關(guān) 1、立、仰、橫焊時,重力使熔池不穩(wěn),易于使熔池下墜。 2、平焊時,穩(wěn)定,FP及
37、FC,電弧力,細熔滴的沖擊力,二、影響熔池對流的力 1、TIG焊時的等離子流力 等離子流挺度較小,碰到熔池后,沿著熔池向外走。因此: 表面:從中心向四周流 中心:從下至上 熔池淺而寬。 2、浮力 中心:從下至上 熔池淺而寬。 1、電磁力 熔池上形成斑點時,電流進入熔池后發(fā)散,形成向下的推力,導(dǎo)致渦流換熱。增大熔深,4、表面張力 在F的作用下,液金從小的地方向大原地方流。 驅(qū)動力:體系表面自由能的減少。 影響換熱及潤濕角,從而影響焊縫的形狀及表面輪廓。,1)如:,則表面液態(tài)金屬由中心向四周流,熔池淺而寬。,2)如:,表面液金從四周向中心流,使熔池深而窄。,熔池表面,熔池表面及內(nèi)部,表面:從中心向
38、四周流 中心:從下至上 熔池淺而寬。 2)含O、S、Bi 正好與前面相反,1)不含O、S等表面活性物質(zhì),討論:,3-3 焊縫形狀參數(shù)及工藝因素對它的影響,一)、焊縫形狀參數(shù)及其與焊縫質(zhì)量的關(guān)系 基本參數(shù)有:H、B、a 1、熔深H:Hweld=Hpool,直接影響承載能力 2、熔寬B:Bweld=Bpool 3、=B/H被稱為焊縫成形系數(shù) 意義: 1)影響氣孔敏感性 2)影響結(jié)晶方向 3)影響中心偏析 大時較有利,一般應(yīng)大于1.25,FH,Fm,Fm,FH,H,B,a,FH,Fm,H,B,FH,Fm,4、余高a: 1)防止因疑固收縮而造成的缺陷 2)增大承受靜載的能力 3)造成應(yīng)力集中 4)疲勞
39、壽命下降 一般規(guī)定:a=03mm或B/a48 5、熔合比:母材金屬在焊縫中的含量,調(diào)整熔合比可調(diào)整焊縫化學(xué)成分,改善性能。 一般通過開坡口來實現(xiàn)。,二)、影響焊縫形狀尺寸的因素 (一)焊接電流Ia Ia增大,H增大,a增大,B基本不變 1、 Ia Fa熱源下移H q= IU H H=km I 2、 Ia增大,電弧分布半徑 增大但潛入工件深度大,限 制r有效增大,B基本不變。減小。 3、 Ia,焊絲熔化量增加,B不變, a (二)電弧電壓 Ua q增加不多, 增大,qm減小,因此,B、增大,H、a 減小。 通常,Ia選定后,Ua也基本上定下來了??偸歉鶕?jù)板厚選Ia ,再由Ia選定Ua。,(三)焊
40、接速度 將q/w 定義為線能量,即單位長度的焊縫上 輸入的熱量。 w增大時,q/w減小,H、B、a等均減小 為了促進生產(chǎn)率,應(yīng)提高w ,但為了保證焊 透,應(yīng)同時提高Ia,即采用大電流高速焊,這 種方法易引起咬邊。通常采用雙弧焊或多弧 焊來提高焊接速度。,(四)電流的種類及極性 TIG:,(五)電極形狀、尺寸、伸出長度,MIG焊:,ds減小,qm,H、a B,MIG、CO2、SAW等:,TIG焊:,dw w, qm,H B變化不大,Ls減小,qm,H、a ,(六)坡口、間隙 用于增大H,調(diào)整熔合比,改善結(jié)晶條件。 坡口、間隙越大,a (七)電極傾角 前傾:電弧下液態(tài)金屬厚,電弧潛入深度小,所以
41、HBa 后傾:相反 (八)工件傾角 下坡焊:重力阻止液金后排,電弧潛入深度減小, HaB易于導(dǎo)致滿溢,未焊透等 上坡焊:相 反。A過大、咬邊等缺陷,(九)工件材料 1、比熱容C:C,Vm,則H及B 2、密度:則H 3、板厚: 當(dāng)H0.6時,無影響 (十)焊劑、藥皮及氣體 焊劑: 穩(wěn)弧性差EB H 大壓力大EH 顆粒度小壓力大EH 氣體:導(dǎo)熱性高、解離嚴重 弧柱收縮EH,3-3 焊縫缺陷,主要有: 氣孔、裂紋、夾渣、未焊透、未熔合、燒穿、咬邊、 焊瘤 一)、未焊透 熔焊時,接頭根部未完全焊透的現(xiàn)象。最易發(fā)生在短路過渡 CO2焊中。 原因: 1、Ia太小 2、w太大 3、坡口尺寸不合適 二)、未熔
42、合 熔焊時,焊道與焊道間或焊道與母材間未完全熔化結(jié)合的部 分叫未熔合。 原因: 1、高速大電流焊 2、上坡焊,三)、燒穿 熔焊時熔化金屬自焊縫背面流出,形成穿孔的現(xiàn)象叫燒穿。 原因: 1、Ia過大 2、焊接速度過小 3、坡口尺寸過大 四)、咬邊 沿焊趾的母材部位燒熔成凹陷或溝槽的現(xiàn)象叫咬邊。 原因: 1)大電流高速焊 2)角焊縫、焊腳過大或Ua過大 五)、焊瘤 熔焊時熔化金屬流淌到焊縫以外未熔合的母材上形成金屬瘤的現(xiàn)象叫焊瘤。,原因: 1、坡口尺寸小 2、Ua過小 3、干伸長度太大 六)、凹坑 焊縫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 焊縫表面塌陷
43、,背面凸起的現(xiàn)象。 原因: 1)Ia太大 2)焊接速度太小,3-3 焊縫成型,良好焊縫成型的標(biāo)準(zhǔn): 1、無缺陷 2、表面過度圓滑 基礎(chǔ):首先要保持住熔池 一、平面內(nèi)直縫的焊接 1、平焊:最容易成型 薄板用單面單道焊 厚板:單面多道焊、雙面多道焊 最困難的是第一道焊縫:自由成型、強制成型 2、其他位置的焊接 問題:熔池易于流淌 解決方法:強制成型、小電流(脈沖+擺動),二、曲面焊縫的焊接 環(huán)焊縫、螺旋焊縫,e,1、焊頭固定: 防止熔池金屬的流淌: 逆著焊接方向偏移一定位置。 2、全位置焊接 1)分段 2)減小線能量,采用脈沖TIG焊,第四章 焊條電弧焊,一、基本要求 1、了解焊條電弧焊的原理及特
44、點 2、掌握常用弧焊電源的類型及對弧焊設(shè)備的要求 3、了解焊條電弧焊的輔助工具 4、掌握焊條電弧焊工藝的特點及工藝參數(shù)的選擇 5、掌握焊條電弧焊的基本操作技術(shù) 二、重點 1、常用弧焊電源的類型及對弧焊設(shè)備的要求 2、焊條電弧焊工藝的特點及工藝參數(shù)的選擇 3、焊條電弧焊的基本操作技術(shù),4-1 焊條電弧焊的原理及特點,目的與要求:了解焊條電弧焊的原理和特點及其適用范圍。 一、焊條電弧焊的基本原理 焊條電弧焊通常用英文簡稱SMAW(Shielded Metal Arc Welding)表示。 焊條電弧焊是用手工操縱焊條進行焊接的電弧焊方法。 焊條電弧焊的過程如圖所示: 氣渣聯(lián)合保護的熔化焊。,二、焊
45、條電弧焊的特點 1焊條電弧焊具有以下優(yōu)點: (1)操作靈活,適應(yīng)性強。 設(shè)備簡單,不受焊縫空間位置、接頭形式及操作場合的限制。 (2)對焊接接頭的裝配要求低。 (3)可焊材料廣,常用于低碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接。 2焊條電弧焊具有以下缺點: (1)生產(chǎn)率低,勞動強度大。 (2)焊縫質(zhì)量依賴性強,4-2 焊條電弧焊設(shè)備及工具,目的與要求:掌握焊條電弧焊設(shè)備的種類、性能特點,了解常用工具的選與使用。 弧焊工藝要求焊接電源有如下特點: 保證引弧容易 保證電弧穩(wěn)定 保證焊接規(guī)范穩(wěn)定 具有足夠?qū)挼暮附右?guī)范調(diào)節(jié)范圍,一、對焊條電弧焊設(shè)備的要求(難點) 1、對外特性形狀的要求 陡降的外特性 電源:對負載提供
46、電能的裝置 弧焊電源是對焊接電弧提供電能的裝置 電源外特性:電源內(nèi)部參數(shù)一定的情況下,改變負載時,電源輸出的電壓的穩(wěn)定值Uy與輸出的電流的穩(wěn)定值Iy之間的關(guān)系曲線Uy=f(Iy)稱為電源的外特性 直流時,Uy和Iy為平均值,交流電源則為有效值。,陡降特性穩(wěn)定,但短路電流小,不利于引弧,提出外拖特性焊接電源。,2、對空載電壓的要求 交流5570V 直流4585V,規(guī)則:在保證引弧容易和電弧穩(wěn)定的條件下,采用盡可能低的空載電壓。 交流弧焊電源:U0=5570V 直流弧焊電源:U0=4585V 一般規(guī)定空載電壓不得超過100V,特殊情況下,要超過100V,必須具有自動防觸電裝置。,電源空載電壓的要求
47、 保證引弧容易:引弧時,需要焊條或焊絲與工件接觸,因兩者之間往往存在銹污等雜質(zhì),需要高的空載電壓擊穿接觸面,實現(xiàn)導(dǎo)通;電離在初始階段需要高的電場。 保證電弧穩(wěn)定燃燒:U0(1.82.25)Uf 保證電弧的功率穩(wěn)定性:2.5U0/Uf1.57 經(jīng)濟性:材料多、質(zhì)量大、效率低 保證人身安全。,3、對電流調(diào)節(jié)特性的要求,電流比較小,空載電壓比較低,調(diào)節(jié)不理想,主要是小電流時,空載電壓低,不易引弧和保證電弧穩(wěn)定燃燒,空載電壓不變,依靠調(diào)節(jié)陡降程度來調(diào)節(jié)電流,效果比較好。,空載電壓隨著電流的增大而減小。,4、對動特性要求 (動態(tài)響應(yīng)特性),動特性:電弧負載發(fā)生變化時,焊接電源輸出電壓和電流的響應(yīng)過程???/p>
48、以用弧焊電源與時間的關(guān)系表征,他表明焊接電源對負載的瞬態(tài)改變的適應(yīng)能力。,動特性好:引弧、重新引燃電弧容易、穩(wěn)定、飛濺少,二、常用焊條電弧焊機簡介(重點) 1、弧焊變壓器(交流弧焊機)(BX系列) 動鐵(芯)式 動圈(繞組)式 抽頭式,2、直流弧焊發(fā)電機(AX系列) (已淘汰),直流弧焊發(fā)電機 直流弧焊發(fā)電機是由一臺電動機和一臺弧焊發(fā)電機組成的機組。 特點:耗電量大,用材料多,噪音。國家規(guī)定停止生產(chǎn)該類焊機。,3、弧焊整流器 (1)硅弧焊整流器(ZXG系列),降壓,獲得下降外特性特性,整流,改善控制動特性,(2)晶閘管式焊整流器(ZX5系列),主要特點: 動特性好(電磁慣性小) 控制性好(小功
49、率控制大功率) 節(jié)能(空載電壓低,無機械損耗) 省材料 噪音小 設(shè)備復(fù)雜,4、弧焊逆變器(ZX7系列),特點: 省料、質(zhì)量輕、體積?。簜鹘y(tǒng)弧焊電源用工頻傳送電能,而逆變電機使用幾千到幾萬Hz的頻率傳送電能。制作變壓器的用料與頻率成反比,因而逆變電機的重量為普通電機的1/5到1/10,體積為原來的1/3左右。 高效節(jié)能:變壓器處于開關(guān)狀態(tài),變壓器采用鐵損小的材料。從而效率高,可達80-90%;主電路有電容,從而功率因數(shù)高。,四者的性能特點比較 補充:弧焊電源的選擇與正確使用,改善工藝性能 工作頻率高,需要的濾波電感小,電磁慣性小,動特性好 可以進一步逆變,三、焊條電弧焊所用工具 1、電焊鉗(30
50、0A、 500A) 300A和500A兩種 要求絕緣隔熱 2、面罩/護目鏡,3、焊條保溫筒 低氫型焊條使用,4、焊縫尺,5、渣錘 6、鋼絲刷 7、氣鏟、角磨機,一、焊接接頭形式、坡口和焊縫 1、接頭形式 對接接頭:兩焊件端面相對平行的街頭。 T型接頭:一焊件表面與另一焊件面構(gòu)成 直角或近似直角的接頭。 角接街頭:兩 鋼板端面構(gòu)成大于30度 小于135度夾角的接頭。 搭接街頭:兩 鋼板部分重疊構(gòu)成的接頭。,4-3 焊條電弧焊工藝,目的與要求:了解并掌握焊條電弧焊工藝的內(nèi)容、工藝參數(shù)與措施的制定。,2、坡口:焊透 調(diào)熔合比,3、焊縫的空間位置 其表示法參見GB/T324-1988,二、焊接工藝參數(shù)
51、及選擇(重點、難點) 焊接工藝參數(shù)的內(nèi)容;、U、V 1、焊條直徑:2.0、3.2、4.0mm 選擇依據(jù):板厚、位置、層數(shù)、接頭形式 (原則:能大則大效率高),三、焊條電弧焊的基本操作技術(shù) 引弧 (1)劃擦法-先將焊條對準(zhǔn)焊件,再將焊條像劃火柴似的在焊件表面輕輕劃擦,引燃電弧,然后迅速將焊條提起2-4mm,并使之穩(wěn)定燃燒, (2) 直擊法-將焊條末端對準(zhǔn)焊件,然后手腕下彎,使焊條輕微碰一下焊件,再迅速將焊條提起24mm,引燃電弧后手腕放平,使電弧保持穩(wěn)定燃燒。這種引弧方法不會使焊件表面劃傷,又不受焊件表面大小、形狀的限制, 所以是在生產(chǎn)中主要采用的引弧方法。但操作不易掌握,需提高熟練程度。,2運
52、條 運條是焊接過程中最重要的環(huán)節(jié),它直接影響焊縫的外表成形和內(nèi)在質(zhì)量。電弧引燃后,一般情況下焊條有三個基本運動: 朝熔池方向逐漸送進 沿焊接方向逐漸移動 橫向擺動 常用的運條方法 : (1) 直線形運條法 (2) 直線往復(fù)運條法 (3) 鋸齒形運條法 (4) 月牙形運條法 (5) 三角形運條法 (6) 圓圈形運條法,3焊縫收尾 焊縫收尾時,為了不出現(xiàn)尾坑,焊條應(yīng)停止向前移動,而采用劃圈收尾法或反復(fù)斷弧法等自下而上地慢慢拉斷電弧,以保證焊縫尾部成形良好。 (1) 劃圈收尾法-焊條移至焊道的終點時,利用手腕的動作做圓圈運動,直到填滿弧坑再拉斷電弧。該方法適用于厚板焊接,用于薄板焊接會有燒穿危險。
53、(2) 反復(fù)斷弧法-焊條移至焊道終點時,在弧坑處反復(fù)熄弧、引弧數(shù)次,直到填滿弧坑為止。該方法適用于薄板及大電流焊接,但不適用于堿性焊條,否則會產(chǎn)生氣孔。 (3)轉(zhuǎn)移收尾法-焊條移到焊縫終點時,在弧坑處稍作停留,將電弧慢慢拉長,引導(dǎo)焊縫邊緣的母材坡口內(nèi)。適用于堿性焊條,在焊條的更換,臨時?;r常用。,第五章 埋弧焊,一、基本要求 1、了解埋弧焊特點及應(yīng)用 2、熟練掌握埋弧焊的治金特點 3、掌握自動焊的焊接焊接參數(shù)自動調(diào)節(jié)原理及方法 4、了解埋弧焊焊機的分類及基本原理 5、熟練掌握埋弧焊工藝 三、重點 1、埋弧焊的治金特點 3、自動焊的焊接焊接參數(shù)自動調(diào)節(jié)原理及方法 4、埋弧焊焊機的分類及基本原理
54、 5、掌握埋弧焊工藝,基本原理,5-1 埋弧焊的特點及應(yīng)用,一)、埋弧焊的特點 焊劑下燃燒,依靠熔渣保護,效果好。 1、優(yōu)點 1) 生產(chǎn)率高,因為:a)電流密度大,b)大 2) 焊縫質(zhì)量好,因為:a)熔渣的保護效果好,b)焊接 參數(shù)穩(wěn)定; 3) 勞動條件好 勞動強度低,無弧光輻射。 2、缺點 a) 僅用于平焊 b) 不能焊Al、Ti等活潑金屬 c) 只能焊長焊縫 d) 只適于厚板 E大、電流小時電弧不穩(wěn),二)、應(yīng)用 1、 適用的材料 低碳鋼,HSLA,st-st,耐熱鋼,Cu等。 2、 部門 造船、鍋爐、壓力容器、機車等,5-2 埋弧焊的冶金特點,一)、焊劑、焊絲及其配合 (一)焊劑 1、作用
55、: 1)保護 2)穩(wěn)弧 3)冶金、脫氧及合金化 2、要求: 1)良好的冶金性能 2)良好的工藝性能 a)穩(wěn)定燃燒 b)易脫渣 c)成形好 3、焊劑的分類及常用焊劑 1)按制造方法分類: a)熔煉焊劑 b)非熔煉:燒結(jié)、陶質(zhì),2)按成分分類 MnO:無錳焊劑 MnO30% SiO2: 低硅焊劑 SiO230%,CaF2 : 低氟焊劑 CaF230% 焊劑牌號 焊劑XYZ X-表示MnO含量,1-無錳、2-低錳、3-中錳、4-高錳 Y- 表示CaF2 、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
56、高 F(7-低Si、8-中Si) 焊劑431高錳高硅低氟焊劑,(二)焊絲 一般用焊接用鋼絲,與焊條鋼芯相同d=1.66mm 對于低碳鋼:H08Mn H08MnA (三)焊劑和焊絲的選用 合適匹配,才能保證焊縫化學(xué)成分,保證性能。 低碳鋼: 高錳高硅焊劑 + H08Mn或H08MnA 低錳或五錳焊劑+ H08MnA或H10Mn2,HSLA,+與母材等強度的焊絲,耐熱鋼 不銹鋼,中硅焊劑 或低硅焊劑,+與母材成分相當(dāng)?shù)暮附z,二)、埋弧焊的冶金反應(yīng) 冶金反應(yīng)指熔渣與液金及氣體之間的反應(yīng)。以低碳鋼為例討論冶金反應(yīng)。選用H08MnA及焊劑431。 1、Si、Mn還原反應(yīng) (SiO2)+2Fe = 2(F
57、eO)+Si+G (MnO)+ Fe =(FeO)+Mn+G G0,即反應(yīng)為吸熱反應(yīng) FeO大部分進入渣 Si、Mn進入熔池,合金化 Si鎮(zhèn)靜熔池、 Mn 抵消S的不利作用。,1)反應(yīng)方向 熔池前部,焊絲端部熔滴,過渡中的熔滴這三個區(qū)域均向右進行,反應(yīng)程度依次加強; 熔池尾部溫度低,反應(yīng)向左進行 總反應(yīng)結(jié)果為還原,因為: a)尾部存在時間短。 b)溫度低、速度快。 c)熔池中FeO很少。,2)影響因素 焊劑成分 焊劑中SiO2量增大,Si(過渡的Si量)增 大,Mn降低 焊劑中MnO量增大,Mn(過渡的Mn量) 增大。 (SiO2)+2Mn = Si+2(MnO) 焊絲中的Si、Mn含量 焊絲
58、中Si含量增大,Si減小,Mn增大 焊絲中Mn含量增大,Mn減少,Si增大,焊劑堿度 堿度增大,自由態(tài)MnO含量增大,Mn 堿度增大,自由態(tài)SiO2含量減小,Si 焊接規(guī)范 a)Ia:Ia,熔渣量減少,Si Mn b)Ua:Ua,熔渣量增大,Si Mn 2,2、碳的燒損 埋弧焊焊接區(qū)內(nèi)為弱氧化性,C被氧化 C+O = CO C+FeO = Fe+CO 2C+(SiO2) = Si+2CO CO逸出時對熔池有攪拌作用,有利于H折出 影響因素: 焊絲母材中的含碳量 Si抑制燒損,鎮(zhèn)靜熔池,3、雜質(zhì)S、P的限制 嚴格限制焊劑中S、P含量。 S熱裂紋,由共晶Fe+FeS P降低低溫韌性 4、去除熔池中
59、的H a) 工藝措施:去除油污、水分、鐵銹。 b) 冶金措施 結(jié)合成HF 利用CaF2 CaF2 = CaF+F 2CaF2+2SiO2 = 2CaSiO3+SiF4 SiF4 = SiF+3F F+H=HF,結(jié)合成羥基OH 利用MnO、MgO、SiO2等 MnO+H = Mn+OH MgO+H = Mg+OH SiO2+H = Si+OH CO2+H = CO+OH,埋弧焊冶金反應(yīng)的一般特點: 1、熔池存在時間長,冶金反映充分,氣孔、夾渣少。 2、空氣不易侵入焊接區(qū)域,焊縫中的含氮量低,只有0.002%左右。 3、焊縫化學(xué)成分穩(wěn)定。,5-3 埋弧焊設(shè)備及的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng),一、設(shè)備 (一)組成
60、電源、送絲機構(gòu)、行走機構(gòu)、焊劑輸送及回收裝置、程序控制系統(tǒng)。 1、電源 直流、交流電源。如果焊劑中含有較高的CaF2,則應(yīng)采用直流電源。 空載電壓為70-80V. 額定電流:500-2000A 外特性:送絲機構(gòu)為等速送絲機構(gòu)時,選擇平特性電源 送絲機構(gòu)為均勻(弧壓反饋)送絲機構(gòu)時,選 擇陡降特性電源。 2、送絲機構(gòu):由送絲電動機、傳動機構(gòu)、送絲輪、校直輪等組成。有兩類:等速送絲機構(gòu)和均勻(弧壓反饋)送絲機構(gòu)。,細絲:等速送絲機構(gòu) 粗絲:均勻(弧壓反饋)送絲機構(gòu)。 3、行走機構(gòu) 由驅(qū)動電動機、傳動機構(gòu)、其他機械裝置組成。電動機需要恒速控制,以保證焊接速度不變。 4、程序控制系統(tǒng) 控制各個部分按照
61、預(yù)定順序進入工作狀態(tài)。 (二)分類 1、按照用途 通用:平板對接、角接等,一般有焊接小車 專用:特定的焊接結(jié)構(gòu)。 2、按照送絲方式:等速送絲式和均勻(弧壓反饋)送絲式。 3、按照電極形狀:絲極、帶極和板極 4、按行走機構(gòu):小車式、龍門式、懸臂梁式等 5、按焊絲數(shù)量:單絲、雙絲及多絲埋弧焊機。,二 焊接參數(shù)自動調(diào)節(jié) 自動焊:引弧、焊接、熄弧均自動實現(xiàn)的焊接方法 自動焊的基本特征: 1)自動送絲、自動抽絲送絲電機拖動滾輪自動抽絲。 2)電弧自動行走小行電機拖動。 3)焊接參數(shù)自動調(diào)節(jié) Ia、Ua、W 一 焊接速度的自動調(diào)節(jié) 利用電機拖動焊接小車、胎夾具或工件來進行焊接,焊接速度直接由拖動電機決定,
62、因此焊接速度的自動調(diào)節(jié)問題就是電機轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)問題。 自動弧焊機一般采用直流拖動系統(tǒng)。引起電機轉(zhuǎn)速波動的主要因素是電網(wǎng)電壓波動及拖動負載的波動。為了克服這兩個干擾因素,維持轉(zhuǎn)速恒定,通常采用轉(zhuǎn)子調(diào)壓式控制方法。,采用 電樞電壓負反饋 電勢負反饋 電樞電流正反饋 測速發(fā)電機負反饋等進行控制。 二 焊接電流及電弧電壓的自動調(diào)節(jié) (一)影響Ia、Ua的因素 Ia、Ua由靜態(tài)工作點決定,即由電弧靜特性與 電源外特性決定。凡影響這兩個特性曲線的因素,均 影響Ia、Ua 1、電弧靜特性影響因素 1)弧長波動: a)送絲速度波動 b)焊距工件間距變化 2)弧柱氣氛變化,E變化,2、電源外特性的影響因素 1)
63、 網(wǎng)壓波動 2) 元件的性能變化 以上因素中弧長變化影響最大, 原因:1)la本身很短,10mm左右; 2)易發(fā)生波動; 3)E較大。 因此Ia、Ua恒值控制轉(zhuǎn)化為弧長的恒值控制問題。 弧長的自動調(diào)節(jié)方式有兩種:等速送絲調(diào)節(jié)系統(tǒng)的自身調(diào)節(jié)及均勻送絲系統(tǒng)的電弧。,I,O,U,弧長的自動調(diào)節(jié)方式有兩種: 等速送絲調(diào)節(jié)系統(tǒng)的自身調(diào)節(jié) 均勻送絲系統(tǒng)的電弧電壓反饋調(diào)節(jié)。 三、電弧自身調(diào)節(jié)(等速送絲系統(tǒng)) 焊絲以恒定的速度送進,弧長波動時,熔化速度發(fā)生變化,依靠熔化速度的變化調(diào)節(jié)弧長,使其恢復(fù)到原來的長度。 電弧穩(wěn)定燃燒時滿足的條件: m (熔化速度)= f(送絲速度), 弧長保持不變 導(dǎo)電嘴離開工件的距離不變,一)等速送絲系統(tǒng)的靜特性 m = kiI kuU ki熔化速度隨電流的變化系數(shù),影響因素:電流、 焊絲電阻率、伸出長度、焊絲
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