电弧焊方法及电源课件.ppt

1、一、一、埋弧焊埋弧焊 埋弧焊（埋弧焊（Submerged Arc WeldingSubmerged Arc Welding）是电弧）是电弧在焊剂下燃烧以进行焊接的熔焊方法。在焊剂下燃烧以进行焊接的熔焊方法。自动焊自动焊 焊丝送进和电弧相对移动都是自动的。焊丝送进和电弧相对移动都是自动的。半自动焊半自动焊 焊丝送进是自动的，电弧移动是手动焊丝送进是自动的，电弧移动是手动的。的。1.1.埋弧焊工作原理埋弧焊工作原理 焊接电源的两焊接电源的两极分别接至导电极分别接至导电嘴和焊件。电弧嘴和焊件。电弧在焊剂下面的焊在焊剂下面的焊丝与母材之间燃丝与母材之间燃烧。烧。金属蒸汽、焊剂蒸气和冶金过程中析出的气体

2、在电弧金属蒸汽、焊剂蒸气和冶金过程中析出的气体在电弧周围形成一个空腔，熔化的焊剂在空腔上部形成一层熔渣周围形成一个空腔，熔化的焊剂在空腔上部形成一层熔渣膜膜,如同一个屏障，使电弧、液体金属与空气隔离，而且如同一个屏障，使电弧、液体金属与空气隔离，而且能将弧光遮蔽在空腔中。在空腔的下部，母材局部熔化形能将弧光遮蔽在空腔中。在空腔的下部，母材局部熔化形成熔池；空腔的上部，焊丝熔化形成熔滴，并以渣壁过渡成熔池；空腔的上部，焊丝熔化形成熔滴，并以渣壁过渡的形式向熔池中过渡，只有少数熔滴采取自由过渡。的形式向熔池中过渡，只有少数熔滴采取自由过渡。焊剂的作用：焊剂的作用：冶金处理冶金处理 通过冶金反应清除

3、有害的杂通过冶金反应清除有害的杂质和过渡有益的合金元素。质和过渡有益的合金元素。2.2.埋弧焊的特点埋弧焊的特点 埋弧焊有以下优点埋弧焊有以下优点：生产效率高生产效率高 焊接电流可大到焊接电流可大到1000A1000A以上，熔深和焊丝熔以上，熔深和焊丝熔敷效率都比较大。敷效率都比较大。焊接质量好焊接质量好 焊接参数能够保持稳定，焊缝成形好、成分稳焊接参数能够保持稳定，焊缝成形好、成分稳定；采用熔渣进行保护，隔离空气的效果好。定；采用熔渣进行保护，隔离空气的效果好。劳动条件好劳动条件好 没有刺眼的弧光，也不需要焊工手工操作。没有刺眼的弧光，也不需要焊工手工操作。节约金属及电能节约金属及电能 对于

4、对于202025mm25mm厚以下的焊件可以不开坡厚以下的焊件可以不开坡口焊接口焊接;金属的烧损和飞溅大大减少金属的烧损和飞溅大大减少;电弧热量能得到充分的电弧热量能得到充分的利用，单位长度焊缝上所消耗的电能大大降低。利用，单位长度焊缝上所消耗的电能大大降低。焊接适用的位置受到限制焊接适用的位置受到限制埋弧焊具有的缺点：埋弧焊具有的缺点：焊接厚度受到限制焊接厚度受到限制 不适于焊接厚度小于不适于焊接厚度小于1mm1mm以下的薄以下的薄板。板。对焊件坡口加工与装配要求较严对焊件坡口加工与装配要求较严3.3.埋弧焊的应用埋弧焊的应用 埋弧焊具有生埋弧焊具有生产效率高、焊缝质产效率高、焊缝质量好、焊

5、接熔深大、量好、焊接熔深大、机械化程度高等特机械化程度高等特点点 可焊接的钢种有：碳素结构钢、低合金结可焊接的钢种有：碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢以及复合钢等。此外，构钢、不锈钢、耐热钢以及复合钢等。此外，用埋弧焊堆焊耐热、耐腐蚀合金或焊接镍基合用埋弧焊堆焊耐热、耐腐蚀合金或焊接镍基合金、铜基合金等也能获得很好的效果。金、铜基合金等也能获得很好的效果。广泛应用于锅炉、压力容器、广泛应用于锅炉、压力容器、船舶、桥梁、起重机械、工程船舶、桥梁、起重机械、工程机械、冶金机械以及海洋结构、机械、冶金机械以及海洋结构、核电设备等制造，特别是当用核电设备等制造，特别是当用于中厚板、长焊缝的焊接

6、时具于中厚板、长焊缝的焊接时具有明显的优越性。有明显的优越性。二、二、钨极惰性气体保护焊钨极惰性气体保护焊 钨极惰性气体保护焊（钨极惰性气体保护焊（Tungsten Inert Tungsten Inert Gas Arc WeldingGas Arc Welding）是使用纯钨或活化钨作为）是使用纯钨或活化钨作为非熔化电极，采用惰性气体作为保护气体的电非熔化电极，采用惰性气体作为保护气体的电弧焊方法，简称弧焊方法，简称TIGTIG焊。焊。1.TIG1.TIG焊工作原理焊工作原理1 1钨极钨极 2 2惰性气体惰性气体 3 3喷嘴喷嘴 4 4电极夹电极夹 5 5电弧电弧6 6焊缝焊缝 7 7熔池

7、熔池 8 8母材母材 9 9填充焊丝填充焊丝 1010焊接电源焊接电源2.TIG2.TIG焊的特点焊的特点1.1.优点：优点：（1 1）能够实现高品质焊接，得到优良的焊缝。）能够实现高品质焊接，得到优良的焊缝。电弧在惰电弧在惰性气氛中极为稳定，保护气对电弧及熔池的保护很可性气氛中极为稳定，保护气对电弧及熔池的保护很可靠。靠。（2 2）焊接过程中钨电极是不熔化的，故易于保持恒定的）焊接过程中钨电极是不熔化的，故易于保持恒定的电弧长度，不变的焊接电流，稳定的焊接过程，使焊电弧长度，不变的焊接电流，稳定的焊接过程，使焊缝很美观、平滑、均匀。缝很美观、平滑、均匀。（3 3）焊接电流的使用范围通常为）焊

8、接电流的使用范围通常为5 5500A500A。特别适合于特别适合于薄板焊接。薄板焊接。（4 4）在薄板焊接时无需添加焊丝。）在薄板焊接时无需添加焊丝。在厚板焊接时，不会产在厚板焊接时，不会产生因熔滴过渡引起电弧电压和电流变化而产生的飞溅现象。生因熔滴过渡引起电弧电压和电流变化而产生的飞溅现象。图图6-2 6-2 钨极氩弧焊时的电弧形态钨极氩弧焊时的电弧形态（5 5）钨极氩弧焊时的电弧是各）钨极氩弧焊时的电弧是各种电弧焊方法中稳定性最好的种电弧焊方法中稳定性最好的电弧之一电弧之一。电弧呈典型的钟罩。电弧呈典型的钟罩形形态（见图形形态（见图6-26-2），焊接熔池），焊接熔池可见性好，焊接操作十分

9、容易可见性好，焊接操作十分容易进行。进行。（6 6）可以焊接各种金属材料。）可以焊接各种金属材料。如：钢、铝、钛、镁等。如：钢、铝、钛、镁等。（7 7）TIGTIG焊可靠性高，所以可焊可靠性高，所以可以焊接重要构件。以焊接重要构件。3.TIG3.TIG焊的应用焊的应用 几乎所有金属和合金的焊接几乎所有金属和合金的焊接,特别是对铝、特别是对铝、镁、钛、铜等有色金属及其合金、不锈钢、耐镁、钛、铜等有色金属及其合金、不锈钢、耐热钢、高温合金和钼、铌、锆等难熔金属等的热钢、高温合金和钼、铌、锆等难熔金属等的焊接最具优势。焊接最具优势。TIGTIG焊有焊有手工焊手工焊和和自动焊自动焊两种方式。两种方式。

10、通常被用于焊接厚度为通常被用于焊接厚度为6mm6mm以下的焊件。以下的焊件。如果采用脉冲钨极氩弧焊，焊接厚度可以降到如果采用脉冲钨极氩弧焊，焊接厚度可以降到0.8mm0.8mm以下。以下。对于大厚度的重要结构对于大厚度的重要结构(如压力容器、管如压力容器、管道等道等)，利用，利用TIGTIG焊进行打底焊。焊进行打底焊。三、三、熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊 使用焊丝作为熔化电极，采用氩气或富氩使用焊丝作为熔化电极，采用氩气或富氩混合气作为保护气体的电弧焊方法称为熔化极混合气作为保护气体的电弧焊方法称为熔化极氩弧焊（氩弧焊（Metal Argon Arc WeldingMetal Argon Arc

11、Welding）。）。当保护气体是惰性气体当保护气体是惰性气体ArAr或或 Ar+HeAr+He时，称时，称作熔化极惰性气体保护电弧焊，简称作熔化极惰性气体保护电弧焊，简称MIGMIG焊；焊；当保护气体以当保护气体以ArAr为主，加入少量活性气体如为主，加入少量活性气体如O O2 2或或COCO2 2，或，或COCO2 2+O+O2 2等时，称作熔化极活性气体保等时，称作熔化极活性气体保护电弧焊，简称护电弧焊，简称 MAG MAG 焊。焊。1.1.熔化极氩弧焊工作原理熔化极氩弧焊工作原理1 1焊件焊件 2 2电弧电弧 3 3焊丝焊丝 4 4焊丝盘焊丝盘 5 5送丝滚轮送丝滚轮 6 6导电嘴导电

12、嘴 7 7保护罩保护罩 8 8保护气体保护气体 9 9熔池熔池 1010焊缝金属焊缝金属2.2.熔化极氩弧焊的特点熔化极氩弧焊的特点 优点：优点：（1 1）电弧空间无氧化性，焊接中不产生熔渣，在焊丝中不需）电弧空间无氧化性，焊接中不产生熔渣，在焊丝中不需要加入脱氧剂，可以使用与母材同等成分的焊丝进行焊接。要加入脱氧剂，可以使用与母材同等成分的焊丝进行焊接。（2 2）与与COCO2 2焊相比，焊相比，MIGMIG焊电弧稳定、熔滴过渡稳定，焊接焊电弧稳定、熔滴过渡稳定，焊接飞溅少，焊缝成形美观。飞溅少，焊缝成形美观。（3 3）与与TIGTIG焊相比，焊丝熔化速度快，熔敷效率高，母材熔焊相比，焊丝熔

13、化速度快，熔敷效率高，母材熔深大，焊接变形小，焊接生产率高。深大，焊接变形小，焊接生产率高。（4 4）MIGMIG焊采用直流反接焊接铝及铝合金时，对母材表面的焊采用直流反接焊接铝及铝合金时，对母材表面的氧化膜有良好的阴极清理作用。氧化膜有良好的阴极清理作用。缺点：缺点：（1 1）MIGMIG焊的焊接成本比焊的焊接成本比COCO2 2焊的焊接成本高。焊的焊接成本高。（2 2）MIGMIG焊对工件、焊丝的焊前清理要求较高，焊对工件、焊丝的焊前清理要求较高，即焊接过程对油、锈等污染比较敏感。即焊接过程对油、锈等污染比较敏感。3.3.熔化极氩弧焊的应用熔化极氩弧焊的应用 （1 1）MIGMIG焊几乎可

14、以焊接所有的金属材料，主要用焊几乎可以焊接所有的金属材料，主要用于焊接铝、镁、铜、钛及其合金以及不锈钢。于焊接铝、镁、铜、钛及其合金以及不锈钢。（2 2）MAGMAG焊可以焊接碳钢和某些低合金钢，在要求焊可以焊接碳钢和某些低合金钢，在要求不高的情况下也可以焊接不锈钢。不能焊接铝、镁、不高的情况下也可以焊接不锈钢。不能焊接铝、镁、铜、钛等容易氧化的金属及其合金。铜、钛等容易氧化的金属及其合金。广泛应用于汽车制造、工程机械、化工广泛应用于汽车制造、工程机械、化工设备、矿山设备、机车车辆、船舶制造、电设备、矿山设备、机车车辆、船舶制造、电站锅炉等行业。站锅炉等行业。CO2气体保护电弧焊（气体保护电弧

15、焊（Carbon-Dioxide Arc Welding）是利用）是利用CO2气体作气体作为保护气体，使用焊丝作为熔化电极的电弧为保护气体，使用焊丝作为熔化电极的电弧焊方法。焊方法。四、四、CO2气体保护电弧焊气体保护电弧焊1.1.CO2气体保护电弧焊工作原理气体保护电弧焊工作原理图图8-1 CO2气体保护电弧焊过程示意图气体保护电弧焊过程示意图1-焊接电源焊接电源 2-送丝滚轮送丝滚轮 3-焊丝焊丝 4-导电嘴导电嘴 5-喷嘴喷嘴 6-CO2气体气体7-电弧电弧 8-熔池熔池 9-焊缝焊缝 10-焊件焊件 11-预热干燥器预热干燥器 12-CO2气瓶气瓶 焊接时，焊接时，CO2气体起着隔离空

16、气和保气体起着隔离空气和保护焊接金属及参与冶金反应的作用，在高护焊接金属及参与冶金反应的作用，在高温下的氧化性有助于减少焊缝中的氢。温下的氧化性有助于减少焊缝中的氢。在焊接钢铁材料时，采用含有一定量在焊接钢铁材料时，采用含有一定量脱氧剂的焊丝或采用带有脱氧剂成分的药脱氧剂的焊丝或采用带有脱氧剂成分的药芯焊丝，就可以消除芯焊丝，就可以消除CO2气体氧化作用的不气体氧化作用的不利影响。利影响。CO2焊分类焊分类1 1）按采用的焊丝直径来分类按采用的焊丝直径来分类 a.细丝CO2焊:直径1.6mm，用短路过渡形式焊接厚度小于3mm的低碳钢和低合金结构钢等薄板材料。b.粗丝CO2焊:直径1.6mm，采

17、用大的焊接电流和高的电弧电压，用滴状过渡或喷射过渡来焊接中厚板。2 2）按操作方式来分类按操作方式来分类 CO2焊可分为自动焊及半自动焊两种。焊可分为自动焊及半自动焊两种。派生出的其他一些方法：如派生出的其他一些方法：如CO2电弧点焊、电弧点焊、CO2气体保护立焊、气体保护立焊、CO2保护窄间隙焊、保护窄间隙焊、CO2加其他气体（如加其他气体（如CO2O2）的保护焊以）的保护焊以及及CO2气体与焊渣联合保护焊等。气体与焊渣联合保护焊等。2.CO2气体保护电弧焊的特点气体保护电弧焊的特点 优点：优点：（1）CO2焊是一种高效节能的焊接方法。焊是一种高效节能的焊接方法。（2）用粗丝焊接时可以使用较

18、大的电流，实现射滴过渡。）用粗丝焊接时可以使用较大的电流，实现射滴过渡。（3）用细丝焊接时可以使用较小的电流，实现短路过渡。）用细丝焊接时可以使用较小的电流，实现短路过渡。（4）CO2焊是一种低氢型焊接方法焊是一种低氢型焊接方法。（5）CO2焊所使用的气体和焊丝价格便宜，焊接设备在国焊所使用的气体和焊丝价格便宜，焊接设备在国内己定型生产。内己定型生产。（6）CO2焊是一种明弧焊接方法，焊接时便于监视和控制焊是一种明弧焊接方法，焊接时便于监视和控制电弧和熔池，有利于实现焊接过程的机械化和自动化。电弧和熔池，有利于实现焊接过程的机械化和自动化。与埋弧焊相比不足之处与埋弧焊相比不足之处 焊接过程中金

19、属飞溅较多，焊缝外形较为粗糙；焊接过程中金属飞溅较多，焊缝外形较为粗糙；不能焊接易氧化的金属材料，也不适于在有风的不能焊接易氧化的金属材料，也不适于在有风的地方施焊；地方施焊；焊接过程弧光较强，故要特别重视对操作人员的焊接过程弧光较强，故要特别重视对操作人员的劳动保护；劳动保护；设备比较复杂，需要有专业队伍负责维修。设备比较复杂，需要有专业队伍负责维修。3.CO2气体保护电弧焊的应用气体保护电弧焊的应用 CO2焊在机车车辆制造、汽车制造、船舶制造、焊在机车车辆制造、汽车制造、船舶制造、金属结构及机械制造等方面应用十分普遍。既可采金属结构及机械制造等方面应用十分普遍。既可采用小电流短路过渡方式焊

20、接薄板，也可以用大电流用小电流短路过渡方式焊接薄板，也可以用大电流自由过渡方式焊接厚板。自由过渡方式焊接厚板。目前，目前，CO2焊除不适于焊接容易氧化的有色金焊除不适于焊接容易氧化的有色金属及其合金外，可以焊接碳钢和合金结构钢构件，属及其合金外，可以焊接碳钢和合金结构钢构件，甚至用于焊接不锈钢也取得了较好的效果。甚至用于焊接不锈钢也取得了较好的效果。五、五、等离子弧焊接等离子弧焊接 等离子弧等离子弧焊接（焊接（Plasma Arc WeldingPlasma Arc Welding）是利用等离子弧焊枪，将阴极（如钨极）和阳是利用等离子弧焊枪，将阴极（如钨极）和阳极之间的自由电弧压缩成高温、高电

21、离度及高极之间的自由电弧压缩成高温、高电离度及高能量密度的等离子弧作焊接热源的熔焊方法。能量密度的等离子弧作焊接热源的熔焊方法。1.1.等离子弧的特性等离子弧的特性 等离子弧是一种受到约束的非自由电等离子弧是一种受到约束的非自由电弧，它是借助于以下三种压缩效应而形成弧，它是借助于以下三种压缩效应而形成的：的：（1 1）机械压缩效应（壁压缩效应）机械压缩效应（壁压缩效应）（2 2）热压缩效应（流体压缩效应）热压缩效应（流体压缩效应）（3 3）磁压缩效应：）磁压缩效应：等离子弧的热压缩方式等离子弧的热压缩方式a)a)单纯采用壁压缩单纯采用壁压缩 b b）旋转气流冷却和稳弧）旋转气流冷却和稳弧 c)

22、c)大气流量压缩大气流量压缩 d)d)水流旋转压缩水流旋转压缩 等离子弧特性等离子弧特性（1 1）静态特性）静态特性 是指一定弧长的等离子弧处于稳定的工作状态时，电弧是指一定弧长的等离子弧处于稳定的工作状态时，电弧电压电压U U 与电弧电流与电弧电流I I 之间的关系，即：之间的关系，即：U U （I I）图图9-3 9-3 等离子弧静特性等离子弧静特性a)a)转移型弧转移型弧 b)b)联合型弧联合型弧 1 1等离子弧等离子弧 2 2钨极氩弧钨极氩弧 I I2 2非转移型弧电流非转移型弧电流 与一般自由电弧相比具有如下特点：与一般自由电弧相比具有如下特点：1)U1)U形曲线的平直区比自由电弧明

23、显减小形曲线的平直区比自由电弧明显减小2 2）当焊接电流较大时，曲线比自由电弧曲线更陡一点）当焊接电流较大时，曲线比自由电弧曲线更陡一点3 3）拘束孔道尺寸和形状对静特性有明显的影响，喷嘴孔径越小，）拘束孔道尺寸和形状对静特性有明显的影响，喷嘴孔径越小，U U形特性曲线平直区就越小，上升区域斜率增大，即弧柱电场形特性曲线平直区就越小，上升区域斜率增大，即弧柱电场强度大。强度大。4 4）离子气种类和流量不同时，弧柱的电场强度有明显变化）离子气种类和流量不同时，弧柱的电场强度有明显变化5 5）如果采用联合型等离子弧，转移弧的）如果采用联合型等离子弧，转移弧的U U形特性曲线下降区段形特性曲线下降区

24、段斜率明显减小斜率明显减小 a)a)转移型弧转移型弧 b)b)联合型弧联合型弧 1 1等离子弧等离子弧 2 2钨极氩弧钨极氩弧 I I2 2非转移型弧电流非转移型弧电流（2 2）热源特性）热源特性 图图9-4 9-4 自由电弧和等离子弧的对比自由电弧和等离子弧的对比a)a)温度分布温度分布 b)b)挺直度挺直度(左自由电弧左自由电弧 右等离子弧右等离子弧)1 1240002400050000K 250000K 2180001800024000K 324000K 3140001400018000K 418000K 4100001000014000K14000K自由电弧自由电弧200A200A，1

25、5V15V，404028L/h28L/h，压缩电弧，压缩电弧200A200A，30V30V，404028L/h28L/h，压缩孔径，压缩孔径2.4mm 2.4mm 等离子弧的挺度等离子弧的挺度 等离子弧一次焊透的板材厚度等离子弧一次焊透的板材厚度 材 质不锈钢钛及钛合金镍及镍合金低合金钢低碳钢焊接厚度812678*在等离子弧中，最大电压降是弧柱区，弧柱成为加热工件的主要热源，而阳极产热降为次要地位。弧焊电源弧焊电源 电弧焊机中的主要部分（核电弧焊机中的主要部分（核心部分），是对焊接电弧提供电心部分），是对焊接电弧提供电能的一种装置，它必须具备电弧能的一种装置，它必须具备电弧焊接所要求的主要电气

26、特性。焊接所要求的主要电气特性。一、弧焊电源的分类 弧焊电源按照电流的分类弧焊电源按照电流的分类 （1）交流弧焊电源 （2）直流弧焊电源 （3）脉冲弧焊电源 弧焊电源按照控制技术的分类弧焊电源按照控制技术的分类 （1）机械式控制 （2）电磁式控制 （3）电子式控制 （4）数字式控制 1）单片机控制 2）PLC/PLD控制 3）ARM控制 4）DSP控制二、各种弧焊电源的特点和应用 弧焊变压器弧焊变压器 矩形波交流弧焊电源矩形波交流弧焊电源 直流弧焊发电机直流弧焊发电机 弧焊整流器弧焊整流器 弧焊逆变器弧焊逆变器 脉冲弧焊电源脉冲弧焊电源三、弧焊电源的发展趋势1.弧焊电源的发展趋势表现在以下几方

27、面 多种型式的弧焊整流器相继出现和完善多种型式的弧焊整流器相继出现和完善 研制成功多种型式的脉冲弧焊电源研制成功多种型式的脉冲弧焊电源 研制成功高效节能、小巧、性能好的晶闸管、晶体管和研制成功高效节能、小巧、性能好的晶闸管、晶体管和场效应管及场效应管及IGBT式弧焊逆变器式弧焊逆变器 半导体控制的矩形波交流弧焊电源陆续出现，逐步代替半导体控制的矩形波交流弧焊电源陆续出现，逐步代替传统式弧焊变压器传统式弧焊变压器 开发成功与机器人配套使用的弧焊系统。开发成功与机器人配套使用的弧焊系统。2.弧焊电源控制技术的改进和发展体现在如下几个方面 (1)单旋钮调节单旋钮调节 (2)通过电子控制电路获得多种形

28、状的外特性通过电子控制电路获得多种形状的外特性 (3)可以提供多种电压、电流波形可以提供多种电压、电流波形 (4)低压小电流引弧低压小电流引弧 在钨极氩弧焊引弧时，空载电压只有6 v或更低，引弧后工作电压迅速提高。(5)电流电压值测试、显示系统的改进电流电压值测试、显示系统的改进 (6)智能化控制智能化控制20世纪末21世纪初弧焊电源及其控制技术的发展进入高效高性能和数字化的新阶段。具体体现在如下几方面：（1）IGBT式弧焊逆变器出现式弧焊逆变器出现 经历了晶闸管式晶体管式场效应管式IGBT式等结构、品种的变化和发展过程。（2）数字化的控制技术向纵深发展）数字化的控制技术向纵深发展 从单片机控制PLC/PLD控制ARM控制DSP控制。（3）出现短路熔滴过渡电流波形控制）出现短路熔滴过渡电流波形控制 可减少飞溅，提高焊接过程的稳定性；完善一元化的调节技术；开发了双脉冲MIG弧焊电源，高精度控制脉冲MIG焊的多参数及其优化匹配，扩大稳定的工作调节范围，大幅度改善焊缝的成形与质量。（4）多个弧焊电源的组合工作与协同控制）多个弧焊电源的组合工作与协同控制 可实现双丝、三丝高速高效MIG/MAG/脉冲焊/埋弧焊等新的焊接工艺。