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(diǎn)及分類 一、基本概念： 焊接是通過(guò)適當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)方法，使兩個(gè)分離的固體通過(guò)原子間的結(jié)合力結(jié)合起來(lái)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(guò)原子間的結(jié)合力將兩個(gè)固體連接起來(lái)，對(duì)于金屬 來(lái)說(shuō)，必須產(chǎn)生金屬鍵，也就是說(shuō)，被連接表面要接 近到原子晶格間距。 3) 要通過(guò)一定的物理、化學(xué)過(guò)程 加熱：電弧焊、釬焊 加壓：冷壓焊 加熱+加壓：電阻焊、擴(kuò)散焊,放大,d要求達(dá)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(kuò)散和加壓等物理作用，克服兩個(gè)連接表面的不平度，除去氧化膜及其它污染物，使兩個(gè)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(shí)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(diǎn)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(diǎn)、但低于母材熔點(diǎn)的溫度，利用毛細(xì)作用使液態(tài)釬料充滿接頭間隙，熔化釬料潤(rùn)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(diǎn)焊,電阻縫焊,根據(jù)熱源來(lái)分類,電弧焊：,熔

3、化極電弧焊,CO2焊,埋弧焊,熔化極氣體保護(hù)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(diǎn)： 1）焊接可將各個(gè)零部件直接連接起來(lái)，無(wú)需其他附加件，接頭強(qiáng)度一般也能達(dá)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(guò)原子間的結(jié)合力實(shí)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(jī)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(wú)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(lái)，這樣就簡(jiǎn)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(gè)區(qū)域的組成、導(dǎo)電機(jī)構(gòu)、產(chǎn)熱機(jī)構(gòu)、交流電弧的特點(diǎn)以及陰極斑點(diǎn)的特點(diǎn)及其對(duì)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(diǎn)、陽(yáng)極斑點(diǎn)、剛直性、磁偏吹、電離能、逸出功、電離電壓、逸出電壓 三 難點(diǎn) 1）最小電壓原理 2）電弧的導(dǎo)電機(jī)構(gòu) 四 重點(diǎn) 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(jī)理。 4）陰極斑點(diǎn)的特點(diǎn)。 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、電弧：電弧是一種氣體放電 現(xiàn)象，通過(guò)放電將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芘c機(jī)械能。 2、氣體放電：兩極間的氣體被擊穿而導(dǎo)電的過(guò)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(guò)程 產(chǎn)生方式： 電離： 氣體中性原子或分子（ A ）分離為一價(jià)正離子

6、（ A+ ）和電子（ e ）的過(guò)程。 電子發(fā)射： 金屬表面逸出電子的現(xiàn)象 （一）電離與激勵(lì) 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(gè)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(lì)：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(jí)躍遷到高能級(jí)。這種現(xiàn)象叫激勵(lì)。 激勵(lì)能：所需的最小外加能量叫激勵(lì)能We。 激勵(lì)能電壓：激勵(lì)能We/e。 3、能量傳遞方式 1） 碰撞：粒子間通過(guò)

7、相互碰撞而交換能量 彈性碰撞：僅發(fā)生動(dòng)能再分配 非彈性碰撞：交換的能量勢(shì)能，從而導(dǎo)致電離或激勵(lì)。,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(shí)質(zhì)：中性粒子通過(guò)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(chǎng)作用下的電離：A+、e在電場(chǎng)作用下被加速、與A碰撞 使其電離的過(guò)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(zhǎng)越小越易促進(jìn)光電離，電弧波長(zhǎng)包括紅外線、紫外線 可見(jiàn)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(duì)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(shí)，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(diǎn)：對(duì)陰極有冷卻作用，這一點(diǎn)對(duì)TIG焊具有重要意義?？商岣遅極的載流能力。 2）電場(chǎng)發(fā)射：金屬表面的電子在電場(chǎng)力的作用下逸出的現(xiàn)象。 特點(diǎn)：對(duì)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(shí)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(yùn)動(dòng)的A+碰撞到陰極上導(dǎo)致的發(fā)射。,庫(kù)侖力,（三）負(fù)離子的產(chǎn)生 中性離子與電子結(jié)合的過(guò)程，是一個(gè)放熱過(guò)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(guò)零時(shí)，易形成。 3）易在電弧周邊形成。 4）不利于電弧穩(wěn)定。 （四）擴(kuò)散與復(fù)合 擴(kuò)散：電弧中心處A+

10、、e較多，e易向周邊運(yùn)動(dòng)。當(dāng)周邊電子濃度達(dá)到一定值后，在e吸引下，A+也向周邊運(yùn)動(dòng)。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(jī)構(gòu) （一）區(qū)域組成 由陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)、弧柱三部分組成。 1、陰極區(qū)：長(zhǎng)度極短、電壓較大、E（電場(chǎng)強(qiáng)度）極高 2、陽(yáng)極區(qū)：長(zhǎng)度也極短、電壓較大、E極高 3、弧柱區(qū)長(zhǎng)度基本上等于電弧長(zhǎng)度，E較小,UA,UC,UK,陽(yáng)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(jī)構(gòu) 所謂導(dǎo)電機(jī)構(gòu)就是指帶電粒子產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)方式。 1、帶電粒子的產(chǎn)生 1）電離：熱電離 光電離 電場(chǎng)

11、作用的電離 2）陰極區(qū)注入的電子 3）陽(yáng)極區(qū)注入的正離子 2、帶電離子的運(yùn)動(dòng) A+沖向陰極正離子流IA+ e沖向陽(yáng)極電子流Ie I =IA+Ie 其中：IA+ = 0.1%I Ie = 99.9%I 3、特點(diǎn)： 1）電中性； 2）E小、Ua小,IA+,Ie,I,三）、陰極區(qū)的導(dǎo)電機(jī)構(gòu) 1、陰極區(qū)在導(dǎo)電過(guò)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(lái)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(lái)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(diǎn)高的材料 冷陰極材料：熔點(diǎn)低的材料。 3）特點(diǎn)：無(wú)陰極區(qū)、無(wú)陰極壓降Vk,3、電場(chǎng)發(fā)射型導(dǎo)電機(jī)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(chǎng)發(fā)射 （2）場(chǎng)電離 （3）熱發(fā)射 （4）碰撞發(fā)射,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,Uk,陰極區(qū),弧柱區(qū),電場(chǎng)發(fā)射型導(dǎo)電機(jī)構(gòu),陰極,熱發(fā)射,場(chǎng)發(fā)射,碰撞發(fā)射,場(chǎng)電離,0.999I,c) 特點(diǎn)： （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(diǎn) 3）等離子型導(dǎo)電機(jī)構(gòu) A、條件： 1） W、C陰極，且I較?。夯駻I、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(diǎn)：同上,（四）陽(yáng)極區(qū)的導(dǎo)電機(jī)構(gòu) 1、陽(yáng)極區(qū)在導(dǎo)電過(guò)程中的作用 1)接收弧柱區(qū)來(lái)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(diǎn)： a)陽(yáng)極壓降小，甚至為0 b)不存在陽(yáng)極斑點(diǎn)。 3、電場(chǎng)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(chǎng)電離 3）特點(diǎn)：a）有陽(yáng)極區(qū)，發(fā)生收縮 b)Ua較

14、大 c)有陽(yáng)極斑點(diǎn),-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,+,+,-,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,UA,陽(yáng)極區(qū),弧柱區(qū),陽(yáng)極壓降的形成,+,（五）陰極斑點(diǎn)與陽(yáng)極斑點(diǎn) 1、陰極斑點(diǎn)：陰級(jí)上導(dǎo)通電流的一些灼亮的弧立點(diǎn)。 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(diǎn)充當(dāng)陰極斑點(diǎn)的條件 a、電弧通過(guò)該點(diǎn)時(shí)耗能最小 b、該點(diǎn)能發(fā)射電子 3）特點(diǎn) a）電流密度大、溫度高 b）跳躍性及粘著性 c）存在斑點(diǎn)力：蒸發(fā)反力、A+的撞擊力 d）自動(dòng)尋找氧化膜，該點(diǎn)對(duì)于鋁、鎂及其合金的焊接

15、是 非常重要的，見(jiàn)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(yáng)極斑點(diǎn) 1）產(chǎn)生條件：I很小 2）點(diǎn)充當(dāng)陽(yáng)極斑點(diǎn)的條件 a）通過(guò)該點(diǎn)導(dǎo)通電流時(shí)，耗能最小 b）易蒸發(fā)，產(chǎn)生金屬蒸氣 3）特點(diǎn)： 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(diǎn)力，陽(yáng)極斑點(diǎn)力小于陰極斑點(diǎn)力,四） 最小電壓原理 電流一定、周圍條件一定時(shí)，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(chǎng)強(qiáng)度最小，即電弧電壓最小。 該原理有兩個(gè)方面的含義： 1、電場(chǎng)強(qiáng)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(shí)，Ua與Ia的關(guān)系稱為電弧靜 特性。 下降區(qū)（負(fù)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(zhǎng) 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(zhǎng)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(jī)構(gòu) （一）弧柱的產(chǎn)熱機(jī)構(gòu) 電能熱能 1、 本質(zhì)：A+、

17、e在電場(chǎng)作用下被加速、使其動(dòng)能增大的過(guò) 程。其宏觀表現(xiàn)即為溫度上升產(chǎn)熱 由于運(yùn)動(dòng)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(dòng)能：定向運(yùn)動(dòng)動(dòng)能Ie 散亂運(yùn)動(dòng)動(dòng)能 熱運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)為熱能。 2、產(chǎn)熱量 Pc=Ia Ua 主要用于散熱損失 對(duì)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(guò)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(shí)消耗能量： -IUw 2）電子進(jìn)入弧柱前被電場(chǎng)（Ek）加速得到一部分能量： +IaUk 3）電子進(jìn)入弧柱時(shí)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(yáng)極區(qū)的產(chǎn)熱機(jī)構(gòu) 1、 本質(zhì)：接受電子、產(chǎn)生A+過(guò)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(lái)的逸出功：+IUw 3）電子帶來(lái)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(yáng)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(diǎn)氧化物 （二）弧柱溫度分布 1、軸向 1） 二電極尺寸相等時(shí)，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(guò)電?。ㄈ鄣危┑碾娏骶€之間的相互吸引力，對(duì)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(gè)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(jìn)熔滴過(guò)渡 2）導(dǎo)致指狀熔深 分布：軸線處大，周邊小 3、斑點(diǎn)力 由以下三部分組成,陰極斑點(diǎn)力大于陽(yáng)極斑點(diǎn)力 1）帶電粒子撞擊力 陰：A+撞擊 大 陽(yáng)：e撞擊：小 2）蒸發(fā)反力 陰：T高，力大 陽(yáng)：T低力小 3）電磁收縮力 陰：大 陽(yáng)：小,4、爆破力 僅產(chǎn)生于短路過(guò)渡中，短路小橋汽化爆斷所產(chǎn)生的力

22、 5、細(xì)熔滴的沖擊力 僅產(chǎn)生于MIG焊射流過(guò)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(diǎn)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(shí)，DCSP大；而MIG焊正好相反。,爆破力,1-3 交流電弧的特點(diǎn),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(diǎn)： 1）周期性地過(guò)0點(diǎn) 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(guò)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(shí)間te，當(dāng)te較 大時(shí)，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(diǎn) 1、加熱 Pa不斷變化，對(duì)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(diǎn) 介于DCSP與DCRP之間，不易導(dǎo)致指狀熔深. 3、保護(hù) 在相同的條件下，保護(hù)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(dòng)的能力。 電弧的剛直性是由電弧的電磁場(chǎng)決定的，即電磁收縮力決定的。各運(yùn)動(dòng)的帶電質(zhì)點(diǎn)均受到指向焊條中心的力，該力使質(zhì)點(diǎn)保持沿軸線流動(dòng)。 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(chǎng)對(duì)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(duì)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(chǎng)低消原磁場(chǎng) （2）電弧偏吹運(yùn)動(dòng)為機(jī)械運(yùn)動(dòng)，而交流電弧的不均恒磁場(chǎng)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(guò)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(guò)渡及飛濺等基本概念。 2、 掌握熔滴上受到的各種力及其對(duì)過(guò)渡的影響； 3、 了解熔滴過(guò)渡的基本分類，各類熔滴過(guò)渡的基本特征； 4、 掌握各種焊接方法的熔滴過(guò)度特點(diǎn)。 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(shí)：Pk=I（Uk-Uw-UT）I（Uk-Uw） UT很小，大概只有1V左右。 焊絲接陽(yáng)極時(shí)：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(zhǎng)度上的電阻熱 干伸長(zhǎng)度：焊絲伸出導(dǎo)電嘴之外的長(zhǎng)度Ls PR=I2 RS =Ls/S 影響因素： 1）鋼焊絲的PR大，因此干身長(zhǎng)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(shí)，Um=（Uk-Uw） 焊絲接陽(yáng)極時(shí)，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：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)焊絲的熔化量。 單位：g/s cm/s 熔化系數(shù)m：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，由單位電流所熔化的焊絲量（長(zhǎng) 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(duì)于Al焊絲，m幾乎與I增大，對(duì)于鋼焊絲，m 隨著I的增大而增大。 2、電壓 Ua（La）大時(shí)， m與Ua無(wú)關(guān) Ua（La）較小時(shí)，

28、Ua下降時(shí)m 增大（如I不變則m ） ，使電弧具有保持弧長(zhǎng)穩(wěn)定的能力。 固有自調(diào)節(jié)作用：弧長(zhǎng)較短時(shí)， 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(fù)時(shí)， m較大 焊絲接正時(shí)， m較小 4、氣體介質(zhì) 焊絲接陽(yáng)極時(shí)： m =K Rm=K I Uw與氣體介質(zhì)無(wú)關(guān) 焊絲接陰極時(shí)： 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(zhǎng)，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(guò)渡和飛

29、濺,一）、基本概念 熔滴過(guò)渡：焊絲端部的熔化金屬以滴狀進(jìn)入熔池的過(guò)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(guò)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(guò)渡時(shí)，熔滴與工件間的表面張力 促進(jìn)過(guò)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(shí)，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(shí)促進(jìn)過(guò)

30、渡； 2）立焊，仰焊時(shí)阻礙過(guò)渡。 （三）電磁收縮力 電流線通過(guò)熔滴時(shí)的電磁收縮力 1） 當(dāng)Sb（斑點(diǎn)面積）Ss時(shí),電磁線在熔滴中發(fā)散,F推向下,促進(jìn)過(guò)渡。 （四）斑點(diǎn)力 其作用亦與斑點(diǎn)面積有關(guān)： 1）Sb較大時(shí)，促進(jìn)過(guò)渡 2）Sb較小時(shí)，阻礙過(guò)渡,（五）爆破力 熔滴爆破時(shí)，爆破力指向四面八方，即促進(jìn)過(guò)渡，又導(dǎo)致飛濺 （六）等離子流力 從焊絲指向工件，總是促進(jìn)過(guò)渡,FP,爆破力,二）、熔滴過(guò)渡的主要形式及特點(diǎn) （一）自由過(guò)渡 熔滴脫離焊絲，由電弧空間進(jìn)入熔池。 1、滴狀過(guò)渡 1）大滴過(guò)渡 特點(diǎn)： （1）aD=g （2）軸向 （3）dDds 2）大滴排斥 特點(diǎn)： （1）aD=g （2）非軸向，有飛

31、濺 （3）dD ds 2、細(xì)顆粒過(guò)渡，出現(xiàn)在CO2焊中 特點(diǎn)： （1）aDg （2）非軸向 （3）DDds,3、噴射過(guò)渡 1）射滴 特點(diǎn)： （1）aDg （2）dDds （3）軸向性好 （4）一次一滴 2）射流 特點(diǎn)： （1）aDg （2）dDds （3）軸向 （4）連續(xù)束流,大滴,射滴,射流,3）爆炸過(guò)渡 因氣泡的爆破而過(guò)渡，通常伴隨著飛濺。 （二）渣壁過(guò)渡 1、沿熔渣壁過(guò)渡埋弧焊 DCSP：熔滴尺寸大，過(guò)渡頻率低 DCRP：尺寸小，f大。 I f 2、沿套筒過(guò)渡 產(chǎn)生于SMAW 條件： 1）厚藥皮 2）酸性藥皮,（三）接觸過(guò)渡 1、短路過(guò)渡 條件：CO2細(xì)絲焊，且Ua小，Ia小 特點(diǎn)：電弧

32、穩(wěn)定，稍有飛濺 2、搭橋過(guò)渡 條件：填絲TIG焊中,短路過(guò)渡過(guò)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(diǎn)力不對(duì)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(guò)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(guò)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(shí)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(shí)，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(gè)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(duì)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(diǎn) 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(duì)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(shí)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(duì)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(guò)一過(guò)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(gè)參數(shù)表征： a）熔寬B b）熔深 c）前部長(zhǎng)度L1 d）尾部長(zhǎng)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(gè)尺寸與 焊速s，熱輸入q之間的關(guān)系。,式中： Tm材料的熔點(diǎn) 導(dǎo)熱系數(shù) a熱擴(kuò)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(guò)單位面積輸入至工件的熱功率。,加熱斑點(diǎn)：熱源傳遞給工件的熱量是通過(guò)一定的面積進(jìn)行的，該面積叫加熱斑點(diǎn)。加熱斑點(diǎn)內(nèi)的每一點(diǎn)處的比熱流是不相同的。 q（r）在加熱斑點(diǎn)內(nèi)呈正態(tài)分布，即：,式中： q（r） 離中心距離為r的某點(diǎn)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(duì)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(duì)熔池尺寸的影響 K 則H B K 則H B （焊速大時(shí)） B （焊速小時(shí)）,定義：,式中,為加熱斑點(diǎn)的半徑,qm,0.005qm,3-2 作用于熔池上的力及力對(duì)熔池的影響,一、使熔池凹陷的作用力 1、電弧靜壓力及動(dòng)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(shí)的Fp易于導(dǎo)致指狀熔深。 2、細(xì)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(shí)，重力使熔池不穩(wěn)，易于使熔池下墜。 2、平焊時(shí)，穩(wěn)定,FP及

37、FC,電弧力,細(xì)熔滴的沖擊力,二、影響熔池對(duì)流的力 1、TIG焊時(shí)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(diǎn)時(shí)，電流進(jìn)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(dòng)力：體系表面自由能的減少。 影響換熱及潤(rùn)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(duì)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(shí)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(guò)開坡口來(lái)實(shí)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(lái)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(zhǎng)度的焊縫上 輸入的熱量。 w增大時(shí)，q/w減小，H、B、a等均減小 為了促進(jìn)生產(chǎn)率，應(yīng)提高w ，但為了保證焊 透，應(yīng)同時(shí)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(lái)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(zhǎng)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(guò)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(shí)，無(wú)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(yán)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(shí)，接頭根部未完全焊透的現(xiàn)象。最易發(fā)生在短路過(guò)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(shí)，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(shí)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(guò)大 2、焊接速度過(guò)小 3、坡口尺寸過(guò)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(guò)大或Ua過(guò)大 五）、焊瘤 熔焊時(shí)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(guò)小 3、干伸長(zhǎng)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(wú)缺陷 2、表面過(guò)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：?jiǎn)蚊娑嗟篮?、雙面多道焊 最困難的是第一道焊縫：自由成型、強(qiáng)制成型 2、其他位置的焊接 問(wèn)題：熔池易于流淌 解決方法：強(qiáng)制成型、小電流（脈沖+擺動(dòng)）,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(diǎn) 2、掌握常用弧焊電源的類型及對(duì)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(diǎn)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(diǎn) 1、常用弧焊電源的類型及對(duì)弧焊設(shè)備的要求 2、焊條電弧焊工藝的特點(diǎn)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(diǎn),目的與要求：了解焊條電弧焊的原理和特點(diǎn)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(jiǎn)稱SMAW（Shielded Metal Arc Welding）表示。 焊條電弧焊是用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法。 焊條電弧焊的過(guò)程如圖所示： 氣渣聯(lián)合保護(hù)的熔化焊。,二、焊

45、條電弧焊的特點(diǎn) 1焊條電弧焊具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）操作靈活，適應(yīng)性強(qiáng)。 設(shè)備簡(jiǎn)單，不受焊縫空間位置、接頭形式及操作場(chǎng)合的限制。 （2）對(duì)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(diǎn)： （1）生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。 （2）焊縫質(zhì)量依賴性強(qiáng),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(diǎn)，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(diǎn)： 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(duì)焊條電弧焊設(shè)備的要求（難點(diǎn)） 1、對(duì)外特性形狀的要求 陡降的外特性 電源：對(duì)負(fù)載提供

46、電能的裝置 弧焊電源是對(duì)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(fù)載時(shí)，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(shí)，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(duì)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(guò)100V，特殊情況下，要超過(guò)100V，必須具有自動(dòng)防觸電裝置。,電源空載電壓的要求

47、 保證引弧容易：引弧時(shí)，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(shí)現(xiàn)導(dǎo)通；電離在初始階段需要高的電場(chǎng)。 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(jì)性：材料多、質(zhì)量大、效率低 保證人身安全。,3、對(duì)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(shí)，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(lái)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(duì)動(dòng)特性要求 （動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性）,動(dòng)特性：電弧負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，焊接電源輸出電壓和電流的響應(yīng)過(guò)程?？?/p>

48、以用弧焊電源與時(shí)間的關(guān)系表征，他表明焊接電源對(duì)負(fù)載的瞬態(tài)改變的適應(yīng)能力。,動(dòng)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(jī)簡(jiǎn)介（重點(diǎn)） 1、弧焊變壓器（交流弧焊機(jī)）（BX系列） 動(dòng)鐵（芯）式 動(dòng)圈（繞組）式 抽頭式,2、直流弧焊發(fā)電機(jī)（AX系列） （已淘汰）,直流弧焊發(fā)電機(jī) 直流弧焊發(fā)電機(jī)是由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)弧焊發(fā)電機(jī)組成的機(jī)組。 特點(diǎn)：耗電量大，用材料多，噪音。國(guó)家規(guī)定停止生產(chǎn)該類焊機(jī)。,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(dòng)特性,（2）晶閘管式焊整流器（ZX5系列）,主要特點(diǎn)： 動(dòng)特性好（電磁慣性?。?控制性好（小功

49、率控制大功率） 節(jié)能（空載電壓低，無(wú)機(jī)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(diǎn)： 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(jī)使用幾千到幾萬(wàn)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(jī)的重量為普通電機(jī)的1/5到1/10，體積為原來(lái)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(dá)80-90%；主電路有電容，從而功率因數(shù)高。,四者的性能特點(diǎn)比較 補(bǔ)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(dòng)特性好 可以進(jìn)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(hù)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(jī),一、焊接接頭形式、坡口和焊縫 1、接頭形式 對(duì)接接頭：兩焊件端面相對(duì)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(jiàn)GB/T324-1988,二、焊接工藝參數(shù)

51、及選擇（重點(diǎn)、難點(diǎn)） 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(duì)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(duì)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(huì)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(yùn)

52、條 運(yùn)條是焊接過(guò)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(gè)基本運(yùn)動(dòng)： 朝熔池方向逐漸送進(jìn) 沿焊接方向逐漸移動(dòng) 橫向擺動(dòng) 常用的運(yùn)條方法 ： (1) 直線形運(yùn)條法 (2) 直線往復(fù)運(yùn)條法 (3) 鋸齒形運(yùn)條法 (4) 月牙形運(yùn)條法 (5) 三角形運(yùn)條法 (6) 圓圈形運(yùn)條法,3焊縫收尾 焊縫收尾時(shí)，為了不出現(xiàn)尾坑，焊條應(yīng)停止向前移動(dòng)，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(diǎn)時(shí)，利用手腕的動(dòng)作做圓圈運(yùn)動(dòng)，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(huì)有燒穿危險(xiǎn)。

53、(2) 反復(fù)斷弧法-焊條移至焊道終點(diǎn)時(shí)，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(huì)產(chǎn)生氣孔。 (3)轉(zhuǎn)移收尾法-焊條移到焊縫終點(diǎn)時(shí)，在弧坑處稍作停留，將電弧慢慢拉長(zhǎng)，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(shí)?；r(shí)常用。,第五章 埋弧焊,一、基本要求 1、了解埋弧焊特點(diǎn)及應(yīng)用 2、熟練掌握埋弧焊的治金特點(diǎn) 3、掌握自動(dòng)焊的焊接焊接參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)原理及方法 4、了解埋弧焊焊機(jī)的分類及基本原理 5、熟練掌握埋弧焊工藝 三、重點(diǎn) 1、埋弧焊的治金特點(diǎn) 3、自動(dòng)焊的焊接焊接參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)原理及方法 4、埋弧焊焊機(jī)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(diǎn)及應(yīng)用,一）、埋弧焊的特點(diǎn) 焊劑下燃燒，依靠熔渣保護(hù)，效果好。 1、優(yōu)點(diǎn) 1） 生產(chǎn)率高，因?yàn)椋篴）電流密度大，b）大 2） 焊縫質(zhì)量好，因?yàn)椋篴）熔渣的保護(hù)效果好，b）焊接 參數(shù)穩(wěn)定； 3） 勞動(dòng)條件好 勞動(dòng)強(qiáng)度低，無(wú)弧光輻射。 2、缺點(diǎn) a) 僅用于平焊 b) 不能焊Al、Ti等活潑金屬 c) 只能焊長(zhǎng)焊縫 d) 只適于厚板 E大、電流小時(shí)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(jī)車等,5-2 埋弧焊的冶金特點(diǎn),一）、焊劑、焊絲及其配合 （一）焊劑 1、作用

55、： 1）保護(hù) 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(wú)錳焊劑 MnO30% SiO2： 低硅焊劑 SiO230%,CaF2 ： 低氟焊劑 CaF230% 焊劑牌號(hào) 焊劑XYZ X-表示MnO含量，1-無(wú)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(duì)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(qiáng)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(jìn)入渣 Si、Mn進(jìn)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(guò)渡中的熔滴這三個(gè)區(qū)域均向右進(jìn)行，反應(yīng)程度依次加強(qiáng)； 熔池尾部溫度低，反應(yīng)向左進(jìn)行 總反應(yīng)結(jié)果為還原，因?yàn)椋?a）尾部存在時(shí)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(guò)渡的Si量）增 大，Mn降低 焊劑中MnO量增大，Mn（過(guò)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(shí)對(duì)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(yán)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(diǎn)： 1、熔池存在時(shí)間長(zhǎng)，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(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng),一、設(shè)備 (一）組成

60、電源、送絲機(jī)構(gòu)、行走機(jī)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(jī)構(gòu)為等速送絲機(jī)構(gòu)時(shí)，選擇平特性電源 送絲機(jī)構(gòu)為均勻（弧壓反饋）送絲機(jī)構(gòu)時(shí)，選 擇陡降特性電源。 2、送絲機(jī)構(gòu)：由送絲電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、送絲輪、校直輪等組成。有兩類：等速送絲機(jī)構(gòu)和均勻（弧壓反饋）送絲機(jī)構(gòu)。,細(xì)絲：等速送絲機(jī)構(gòu) 粗絲：均勻（弧壓反饋）送絲機(jī)構(gòu)。 3、行走機(jī)構(gòu) 由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、其他機(jī)械裝置組成。電動(dòng)機(jī)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(gè)部分按照

61、預(yù)定順序進(jìn)入工作狀態(tài)。 （二）分類 1、按照用途 通用：平板對(duì)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(jī)構(gòu)：小車式、龍門式、懸臂梁式等 5、按焊絲數(shù)量：?jiǎn)谓z、雙絲及多絲埋弧焊機(jī)。,二 焊接參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié) 自動(dòng)焊：引弧、焊接、熄弧均自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的焊接方法 自動(dòng)焊的基本特征： 1）自動(dòng)送絲、自動(dòng)抽絲送絲電機(jī)拖動(dòng)滾輪自動(dòng)抽絲。 2）電弧自動(dòng)行走小行電機(jī)拖動(dòng)。 3）焊接參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié) Ia、Ua、W 一 焊接速度的自動(dòng)調(diào)節(jié) 利用電機(jī)拖動(dòng)焊接小車、胎夾具或工件來(lái)進(jìn)行焊接，焊接速度直接由拖動(dòng)電機(jī)決定，

62、因此焊接速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)問(wèn)題就是電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)問(wèn)題。 自動(dòng)弧焊機(jī)一般采用直流拖動(dòng)系統(tǒng)。引起電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)的主要因素是電網(wǎng)電壓波動(dòng)及拖動(dòng)負(fù)載的波動(dòng)。為了克服這兩個(gè)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(fù)反饋 電勢(shì)負(fù)反饋 電樞電流正反饋 測(cè)速發(fā)電機(jī)負(fù)反饋等進(jìn)行控制。 二 焊接電流及電弧電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié) （一）影響Ia、Ua的因素 Ia、Ua由靜態(tài)工作點(diǎn)決定，即由電弧靜特性與 電源外特性決定。凡影響這兩個(gè)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(zhǎng)波動(dòng)： a）送絲速度波動(dòng) 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(dòng) 2) 元件的性能變化 以上因素中弧長(zhǎng)變化影響最大， 原因：1）la本身很短，10mm左右； 2）易發(fā)生波動(dòng)； 3）E較大。 因此Ia、Ua恒值控制轉(zhuǎn)化為弧長(zhǎng)的恒值控制問(wèn)題。 弧長(zhǎng)的自動(dòng)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(zhǎng)的自動(dòng)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(jìn)，弧長(zhǎng)波動(dòng)時(shí)，熔化速度發(fā)生變化，依靠熔化速度的變化調(diào)節(jié)弧長(zhǎng)，使其恢復(fù)到原來(lái)的長(zhǎng)度。 電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)滿足的條件： m （熔化速度）= f（送絲速度）， 弧長(zhǎng)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(zhǎng)度、焊絲