1、第一篇第一篇 焊接方法及设备焊接方法及设备第一章第一章 电弧焊基本知识电弧焊基本知识一一基本要求基本要求 熟练掌握本章的基本概念，理解并掌握最小电压原理、电弧力。了解电弧熟练掌握本章的基本概念，理解并掌握最小电压原理、电弧力。了解电弧各个区域的组成、导电机构、产热机构、交流电弧的特点以及阴极斑点的特点各个区域的组成、导电机构、产热机构、交流电弧的特点以及阴极斑点的特点及其对焊接质量的影响。及其对焊接质量的影响。二二基本概念基本概念 电弧、气体放电、电离、电子发射、阴极斑点、阳极斑点、刚直性、磁偏电弧、气体放电、电离、电子发射、阴极斑点、阳极斑点、刚直性、磁偏吹、电离能、逸出功、电离电压、逸出电
2、压吹、电离能、逸出功、电离电压、逸出电压三三难点难点1 1）最小电压原理）最小电压原理2 2）电弧的导电机构）电弧的导电机构四四重点重点1 1）电弧、电离、气体放电、刚直性、磁偏吹等一些基本概念。）电弧、电离、气体放电、刚直性、磁偏吹等一些基本概念。2 2）电弧力。）电弧力。3 3）电弧的产热机理。）电弧的产热机理。4 4）阴极斑点的特点。）阴极斑点的特点。5 5）最小电压原理。）最小电压原理。1-11-1 焊接电弧焊接电弧一）一）电弧的基本概念电弧的基本概念1 1、电弧：电弧是一种、电弧：电弧是一种气体放电气体放电 现象，通过放电将电能转现象，通过放电将电能转变为热能与机械能。变为热能与机械
3、能。2 2、气体放电：两极间的气体被击穿而导电的过程。、气体放电：两极间的气体被击穿而导电的过程。非自持放电：放电本身不能产生导电所需的带电粒非自持放电：放电本身不能产生导电所需的带电粒子（子（A A+、e e）。）。自持放电：放电本身能产生导电所需的带电粒子自持放电：放电本身能产生导电所需的带电粒子（A A+、e e）；有暗放电、）；有暗放电、辉光放电、辉光放电、电弧放电等三电弧放电等三种。种。A+e+-电弧UaIa电弧放电辉光放电暗放电暗放电自持放电非自持放电UI导体导电二）二）带电粒子的产生过程带电粒子的产生过程产生方式：产生方式：电离：电离：气体中性原子或分子（气体中性原子或分子（A
4、A）分离为正离子）分离为正离子 （A A+）和电子（）和电子（e e）的过程。）的过程。电子发射：电子发射：金属表面逸出电子的现象金属表面逸出电子的现象（一）电离与激励（一）电离与激励 1 1、电离：在一定条件下中性原子或分子分离成、电离：在一定条件下中性原子或分子分离成A A+及及e e的现象。的现象。A AA A+e-W+e-Wi i 电离能：原子或分子电离所需要的能量电离能：原子或分子电离所需要的能量 单位为单位为J J或或evev 电子伏：一个电子被电子伏：一个电子被1V1V的电压所加速得到的能量。的电压所加速得到的能量。电离电压：电离能电离电压：电离能/电子带电量。电子带电量。一次电
5、离：一次电离：AAAA+e+e二次电离：二次电离：A A+AA+e+en n次电离：次电离：A A（n-1n-1）+AAn+n+e+eA+Ae多原子分子的电离：多原子分子的电离：多原子分子电离能小于对应原子的电离能，因此，一般先分解多原子分子电离能小于对应原子的电离能，因此，一般先分解为原子后再电离。为原子后再电离。只有只有NONO的电离能小于的电离能小于N N和和O O的电离能，因此可直接电离。的电离能，因此可直接电离。2 2、激励：气体原子得到的一定的能量，虽然小于激励：气体原子得到的一定的能量，虽然小于W Wi i，但可，但可使使电子从低能级跃迁到高能级。这种现象叫激励。电子从低能级跃迁
6、到高能级。这种现象叫激励。激励能：所需的最小外加能量叫激励能激励能：所需的最小外加能量叫激励能WeWe。激励能电压：激励能激励能电压：激励能We/eWe/e。3 3、能量传递方式、能量传递方式1 1）碰撞：粒子间通过相互碰撞而交换能量碰撞：粒子间通过相互碰撞而交换能量弹性碰撞：仅发生动能再分配弹性碰撞：仅发生动能再分配非弹性碰撞：交换的能量非弹性碰撞：交换的能量势能，从而导致电离或激励。势能，从而导致电离或激励。2 2）光幅射：在光的辐射下，中性粒子直接吸收光量子光幅射：在光的辐射下，中性粒子直接吸收光量子的能量。的能量。A AA A+A A-e eA AA Ae eh h eU eUi i4
7、 4、电离的分类：、电离的分类：1 1）热电离：气体粒子受热的作用而产生电离热电离：气体粒子受热的作用而产生电离实质：中性粒子通过与电子碰撞，接收电子能量而电离。实质：中性粒子通过与电子碰撞，接收电子能量而电离。电离度：电离了的粒子数量与电离前离子数量之比。电离度：电离了的粒子数量与电离前离子数量之比。0.01%0.01%0.12%0.12%热解离：在热量的作用下，多原子分子分解为原子。热解离：在热量的作用下，多原子分子分解为原子。解离能：分子热解离所需要的能量解离能：分子热解离所需要的能量2 2）电场作用下的电离：电场作用下的电离：A A+、e e在电场作用下被加速、与在电场作用下被加速、与
8、A A碰撞碰撞使其电离的过程。使其电离的过程。主要是主要是e e的作用：电子获得的能量是的作用：电子获得的能量是A A+的的4 4倍。倍。3 3）光电离：光电离：A A直接捕捉光量子并吸收其能量而电离。直接捕捉光量子并吸收其能量而电离。波长越小越易促进光电离，电弧波长包括红外线、紫外线波长越小越易促进光电离，电弧波长包括红外线、紫外线可见光、可使可见光、可使AIAI、K K、NaNa原子光电离。但不能使原子光电离。但不能使ArAr、HeHe、FeFe等电离。等电离。（二）电子发射（二）电子发射 1 1、基本概念、基本概念1 1）电子发射：电子从金属表面逸出的现象。电子发射：电子从金属表面逸出的
9、现象。对电弧导电起作用的主要是阴极的发射。对电弧导电起作用的主要是阴极的发射。2 2）逸出功（逸出功（W Ww w）：电子发射所需的最小能量。）：电子发射所需的最小能量。3 3）逸出电压：逸出电压：W Ww w/e/e物理意义：物理意义：W Ww w越小，引弧越容易，电弧稳弧性越好。越小，引弧越容易，电弧稳弧性越好。4 4）W Ww w主要影响因素：主要影响因素：材料种类，材料种类，K K、NaNa之之W Ww w较低。较低。表面状态：有氧化物时，逸出功降低表面状态：有氧化物时，逸出功降低 加入杂质，例如，钍、铈及镧等可降低加入杂质，例如，钍、铈及镧等可降低W Ww w。-2 2、分类、分类
10、1 1）热发射：在热量的作用下产生的发射）热发射：在热量的作用下产生的发射产生条件：阴极温度足够高产生条件：阴极温度足够高特点：对阴极有冷却作用，这一点对特点：对阴极有冷却作用，这一点对TIGTIG焊具有重要意义。可提焊具有重要意义。可提高高W W极的载流能力。极的载流能力。2 2）电场发射：金属表面的电子在电场力的作用下逸出的现象。）电场发射：金属表面的电子在电场力的作用下逸出的现象。特点：对阴极的冷却作用很小。特点：对阴极的冷却作用很小。3 3）光发射：光幅射作用下产生的发射。实际电弧中产生光发射）光发射：光幅射作用下产生的发射。实际电弧中产生光发射的可能性很小。的可能性很小。4 4）粒子
11、碰撞发射：高速运动的）粒子碰撞发射：高速运动的A A+碰撞到阴极上导致的发射。碰撞到阴极上导致的发射。库仑力（三）负离子的产生（三）负离子的产生中性粒子与电子结合的过程，是一个放热过程，所放出的热中性粒子与电子结合的过程，是一个放热过程，所放出的热量被称为电子亲和能。量被称为电子亲和能。A+e AA+e A-+W+W注意：注意：1 1）亲和能高的原子易形成）亲和能高的原子易形成A A-，但高温下不利于放热反应。但高温下不利于放热反应。2 2）交流电弧过零时，易形成。）交流电弧过零时，易形成。3 3）易在电弧周边形成。）易在电弧周边形成。4 4）不利于电弧稳定。）不利于电弧稳定。因此电弧中含有因
12、此电弧中含有F F、ClCl等元素时，电弧不稳定。等元素时，电弧不稳定。（四）扩散与复合（四）扩散与复合扩散：电弧中心处扩散：电弧中心处A+A+、e e较多，较多，e e易向周边运动。当周边电子易向周边运动。当周边电子浓度达到一定值后，在浓度达到一定值后，在e e吸引下，吸引下，A+A+也向周边运动。从而在周边也向周边运动。从而在周边复合复合A A+eA+W+eA+Wi iA A+A+A2A+W2A+Wi iA-Ae+A+AAe三）三）电弧各区域的导电机构电弧各区域的导电机构（一）区域组成（一）区域组成由阴极区、阳极区、弧柱三部分组成。由阴极区、阳极区、弧柱三部分组成。1 1、阴极区：长度极短
13、、电压较大、阴极区：长度极短、电压较大、E E（电场强度）极高（电场强度）极高2 2、阳极区：长度也极短、电压较大、阳极区：长度也极短、电压较大、E E极高极高3 3、弧柱区长度基本上等于电弧长度，、弧柱区长度基本上等于电弧长度，E E较小较小UA UCUK阳极阳极区阴极区阴极区弧柱弧柱-+10-5 10-6cm10-2 10-4cm（二）弧柱区的导电机构（二）弧柱区的导电机构所谓导电机构就是指带电粒子产生、运动方式。所谓导电机构就是指带电粒子产生、运动方式。1 1、带电粒子的产生、带电粒子的产生1 1）电离：）电离：热电离热电离 光电离光电离 电场作用的电离电场作用的电离2 2）阴极区注入的
14、电子）阴极区注入的电子3 3）阳极区注入的正离子）阳极区注入的正离子2 2、带电离子的运动、带电离子的运动A+A+冲向阴极冲向阴极正离子流正离子流I IA+A+e e冲向阳极冲向阳极电子流电子流IeIeI I=I IA+A+I Ie e其中：其中：I IA+A+=0.1%=0.1%I I I Ie e=99.9%I=99.9%I3 3、特点：、特点：1 1）电中性；）电中性；2 2）E E小、小、UaUa小小I IA+A+I Ie eI I三）、阴极区的导电机构三）、阴极区的导电机构1 1、阴极区在导电过程中的作用、阴极区在导电过程中的作用1)1)产生弧柱区导电所需要电子流产生弧柱区导电所需要
15、电子流 IeIe=0.999I=0.999I2)2)接收弧柱区来的正离子流接收弧柱区来的正离子流IA+=0.001IIA+=0.001I由于阴极材料种类、电流大小以及电弧气体介质不同，阴极区由于阴极材料种类、电流大小以及电弧气体介质不同，阴极区可分为：可分为：2 2、热发射型导电机构、热发射型导电机构1 1）产生条件：）产生条件：W W、C C阴极，且电流很大阴极，且电流很大2 2）带电粒子的产生方式：热发射）带电粒子的产生方式：热发射热阴极：弧柱导电所需要的电子可完全由热发生来产生的热阴极：弧柱导电所需要的电子可完全由热发生来产生的 阴极。阴极。冷阴极：热发射能力不足的阴极。冷阴极：热发射能
16、力不足的阴极。热阴极材料：熔点高的材料热阴极材料：熔点高的材料冷阴极材料：熔点低的材料。冷阴极材料：熔点低的材料。3 3）特点：无阴极区、无阴极压降）特点：无阴极区、无阴极压降V Vk k 3 3、电场发射型导电机构、电场发射型导电机构1)1)条件：（条件：（a a）W W、C C阴极、且阴极、且I I较小较小（b b）AlAl、FeFe、CuCu作阴极作阴极2)2)带电离子产生方式带电离子产生方式（1 1）场发射）场发射（2 2）场电离）场电离 （3 3）热发射）热发射 （4 4）碰撞发射）碰撞发射+-+-Uk阴极区弧柱区电场发射型导电机构电场发射型导电机构阴极热发射场发射碰撞发射场电离0.
17、999Ic)c)特点：特点：（1 1）阴极附近存在）阴极附近存在正电荷区正电荷区阴极区阴极区（2 2）阴极区断面收缩）阴极区断面收缩（3 3）阴极表面上产生阴极斑点）阴极表面上产生阴极斑点 3 3）等离子型导电机构）等离子型导电机构A A、条件：、条件：1 1）W W、C C阴极，且阴极，且I I较小：或较小：或AIAI、FeFe、CuCu阴极；且阴极；且2 2）电压较小，电压较小，U Uk kUPPk kMIGMIG焊：焊：P Pk kPPA AP Pk k受多种因素影响，而受多种因素影响，而P PA A则不。则不。L LH HLsLs电电源源送丝轮送丝轮导电嘴导电嘴lala（二）伸出长度上
18、的电阻热（二）伸出长度上的电阻热 伸出长度：焊丝伸出导电嘴之外的长度伸出长度：焊丝伸出导电嘴之外的长度LsLs电功率电功率P PR R=I=I2 2 R RS S 影响因素：影响因素：1 1）钢焊丝的）钢焊丝的P PR R大，因此伸出长度的电阻热之大，因此伸出长度的电阻热之影响较大；铝、铜影响较大；铝、铜P PR R小小2 2）LsLs越大，越大，d dS S越小，则越小，则P PR R越大越大（三）总热源（三）总热源P=PP=Pa a+P+PR R=I=I（U Um m+IRs+IRs）式中：式中：焊丝接阴极时，焊丝接阴极时，U Um m=（U Uk k-U-Uw w）焊丝接阳极时，焊丝接阳
19、极时，U Um m=U=Uw w二）、影响熔化速度、熔化系数的因素二）、影响熔化速度、熔化系数的因素（一）基本概念（一）基本概念熔化速度熔化速度 m m：单位时间内焊丝的熔化量。：单位时间内焊丝的熔化量。单位：单位：g/s cm/sg/s cm/s熔化系数熔化系数 m m：单位时间内，由单位电流所熔化的焊丝量（长：单位时间内，由单位电流所熔化的焊丝量（长 度，重量）度，重量）单位：单位：g/A.S Cm/A.Sg/A.S Cm/A.S m m=m m/I/I（二）影响因素（二）影响因素1 1、电流、电流电流越大，熔化速度越大。电流越大，熔化速度越大。m m=K I=K I（U Um m+IRs
20、+IRs）m m=m m/I=K/I=K（U Um m+IRs+IRs）显然：显然：1 1）电流）电流1 1）I I增大，增大，m m增大增大2 2）对于对于AlAl焊丝，焊丝，m m几乎与几乎与I I增大呈直线关系，对于增大呈直线关系，对于钢焊丝，钢焊丝，m m随着随着I I的增大而增大呈曲线关系。的增大而增大呈曲线关系。2 2、电压、电压U Ua a（L La a）大时，）大时，m m与与U Ua a无关无关U Ua a（L La a）较小时，）较小时，U Ua a下降时下降时 m m 增大（如增大（如I I不变则不变则 m m），使电弧具有保持弧长稳定的能力。，使电弧具有保持弧长稳定的能
21、力。固有自调节作用：弧长较短时，固有自调节作用：弧长较短时，m m随随L La a下降而增大，下降而增大，使得电弧具有抵抗外界干扰的保持稳定不变的能力，这使得电弧具有抵抗外界干扰的保持稳定不变的能力，这种能力被称为固有自调节作用。种能力被称为固有自调节作用。UaIaa铝UaIa钢3 3、焊丝的极性、焊丝的极性焊丝接负时，焊丝接负时，m m较大较大焊丝接正时，焊丝接正时，m m较小较小 4 4、气体介质、气体介质焊丝接阳极时：焊丝接阳极时：m m=K R=K Rm m=K I U=K I Uw w与气体介质无关与气体介质无关焊丝接阴极时：焊丝接阴极时：m m=K I=K I（U Uk k-U-U
22、w w）U Uk k与气体介质有关，与气体介质有关，因此气体介质影响熔化速度，例如在因此气体介质影响熔化速度，例如在ArAr中加中加COCO2 2可使可使 m m增大增大 5 5、电阻热、电阻热钢焊丝：钢焊丝：dsds越小，电阻热的影响越大。越小，电阻热的影响越大。铝焊丝，电阻热很小，影响不大。铝焊丝，电阻热很小，影响不大。2 2熔滴过渡和飞溅熔滴过渡和飞溅一）、基本概念一）、基本概念熔滴过渡：焊丝端部的熔化金属以滴状进入熔池的过程。熔滴过渡：焊丝端部的熔化金属以滴状进入熔池的过程。飞溅：熔化的焊丝金属飞到熔池之外的现象。飞溅：熔化的焊丝金属飞到熔池之外的现象。二）、熔滴上的作用力二）、熔滴上
23、的作用力（一）表面张力（一）表面张力1 1、焊丝与熔滴间的表面张力、焊丝与熔滴间的表面张力F F，阻碍过渡，将熔滴保持，阻碍过渡，将熔滴保持在焊丝上。在焊丝上。F F=2=2R Rs s 式中：式中：为表面张力系数，为表面张力系数，R Rs s为焊丝半径。为焊丝半径。2 2、短路过渡时，熔滴与工件间的表面张力、短路过渡时，熔滴与工件间的表面张力 促进过渡促进过渡F F=2=2R RP P 影响影响 的因素：的因素：1 1）材料类型，例如，铁的表面张力系数大于铝）材料类型，例如，铁的表面张力系数大于铝2 2）温度，温度上升，表面张力系数降低）温度，温度上升，表面张力系数降低3 3）表面活性物质，
24、如钢液中有）表面活性物质，如钢液中有S S或或O O时，表面张力系数降低。时，表面张力系数降低。（二）重力（二）重力熔滴的重力熔滴的重力FgFg=mg=mg=gr334r r熔滴半径熔滴半径 ，密度密度FmgFmgF F F F F F 表面张力表面张力重力重力作用：作用：1 1）平焊时促进过渡；）平焊时促进过渡；2 2）立焊，仰焊时阻碍过渡。）立焊，仰焊时阻碍过渡。（三）电磁收缩力（三）电磁收缩力电流线通过熔滴时的电磁收缩力电流线通过熔滴时的电磁收缩力1 1）当当S Sb b（斑点面积）（斑点面积）SSSs s时时,电磁线在熔滴中发散电磁线在熔滴中发散,F,F推向下推向下,促进过渡。促进过渡
25、。（四）斑点力（四）斑点力其作用亦与斑点面积有关：其作用亦与斑点面积有关：1 1）S Sb b较大时，促进过渡较大时，促进过渡2 2）S Sb b较小时，阻碍过渡较小时，阻碍过渡 熔滴中的电磁收缩力熔滴中的电磁收缩力熔滴斑点力熔滴斑点力蒸发反力蒸发反力及带电粒子撞击力及带电粒子撞击力（五）爆破力（五）爆破力熔滴爆破时，爆破力指向四面八方，即促进过渡，又导致熔滴爆破时，爆破力指向四面八方，即促进过渡，又导致飞溅飞溅（六）等离子流力（六）等离子流力从焊丝指向工件，总是促进过渡从焊丝指向工件，总是促进过渡 F FP P爆破力爆破力二）、熔滴过渡的主要形式及特点二）、熔滴过渡的主要形式及特点（一）自由
26、过渡（一）自由过渡熔滴脱离焊丝，由电弧空间进入熔池。熔滴脱离焊丝，由电弧空间进入熔池。1 1、滴状过渡、滴状过渡1 1）大滴过渡）大滴过渡特点：特点：（1 1）a aD D=g=g（2 2）轴向）轴向（3 3）d dD Ddsds2 2）大滴排斥）大滴排斥特点：特点：（1 1）a aD D=g=g（2 2）非轴向，有飞溅）非轴向，有飞溅（3 3）d dD D ds ds2 2、细颗粒过渡，出现在、细颗粒过渡，出现在COCO2 2焊中焊中特点：特点：（1 1）a aD Dgg（2 2）非轴向）非轴向（3 3）D DD Ddsgg（2 2）d dD D dsds（3 3）轴向性好）轴向性好（4 4
27、）一次一滴）一次一滴2 2）射流）射流特点：特点：（1 1）a aD Dgg（2 2）d dD Dds485、熔合比：母材金属在焊缝中的含量HMMFFF调整熔合比可调整焊缝化学成分，改善性能。一般通过开坡口来实现。二）、影响焊缝形状尺寸的因素（一）焊接电流IaIa增大，H增大，a增大，B基本不变1、IaFa热源下移Hq=IU HH=km I2、Ia增大，电弧分布半径 增大但潜入工件深度大，限制r有效增大，B基本不变。减小。3、Ia，焊丝熔化量增加，B不变，a（二）电弧电压Ua q增加不多，增大，qm减小，因此，B、增大，H、a 较小。通常，Ia选定后，Ua也基本上定下来了。总是根据板厚选Ia，
28、再由Ia选定Ua。r（三）焊接速度将q/w 定义为线能量，即单位长度的焊缝上输入的热量。w增大时，q/w减小，H、B、a等均减小为了促进生产率，应提高w，但为了保证焊透，应同时提高Ia，即采用大电流高速焊，这种方法易引起咬边。通常采用双弧焊或多弧焊来提高焊接速度。（四）电流的种类及极性TIG：PAPKBDCSPBACBDCRPHDCSPHACHDCRPPAPKBDCSPBACBDCRPHDCSPHACHDCRP（五）电极形状、尺寸、伸出长度MIG焊：Ds减小 Ls减小 qm H、aB MIG、CO2等：TIG焊：dw w qm HB变化不大（六）坡口、间隙用于增大H，调整熔合比，改善结晶条件。
29、坡口、间隙越大，a（七）电极倾角前倾：电弧下液态金属厚，电弧潜入深度小，所以HBa后倾：相反（八）工件倾角下坡焊：重力阻止液金后排，电弧潜入深度减小，HaB易于导致满溢，未焊透等上坡焊：相 反。a过大、咬边等缺陷（九）工件材料1、比热容C：C，Vm，则H及B2、密度：则H3、板厚：当H0.6时，无影响（十）焊剂、药皮及气体焊剂：稳弧性差EB H大压力大EH颗粒度小压力大EH气体：导热性高、解离严重 弧柱收缩EH3焊缝缺陷焊缝缺陷主要有：气孔、裂纹、夹渣、未焊透、未熔合、烧穿、咬边、焊瘤一）、未焊透熔焊时，接头根部未完全焊透的现象。最易发生在短路过渡CO2焊中。原因：1、Ia太小2、w太大3、坡
30、口尺寸不合适 二）、未熔合熔焊时，焊道与焊道间或焊道与母材间未完全熔化结合的部分叫未熔合。原因：1、高速大电流焊2、上坡焊 三）、烧穿熔焊时熔化金属自焊缝背面流出，形成穿孔的现象叫烧穿。原因：1、Ia过大2、焊接速度过小3、坡口尺寸过大 四）、咬边沿焊趾的母材部位烧熔成凹陷或沟槽的现象叫咬边。原因：1）大电流高速焊2）角焊缝、焊脚过大或Ua过大 五）、焊瘤熔焊时熔化金属流淌到焊缝以外未熔合的母材上形成金属瘤的现象叫焊瘤。原因：1、坡口尺寸小2、Ua过小3、干伸长度太大六）、凹坑焊缝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）、塌陷焊缝表面塌陷，背面凸起的现象。原因：1）
31、Ia太大2）焊接速度太小4 焊缝成型焊缝成型良好焊缝成型的标准：良好焊缝成型的标准：1、无缺陷、无缺陷2、表面过度圆滑、表面过度圆滑基础：首先要保持住熔池基础：首先要保持住熔池一、平面内直缝的焊接一、平面内直缝的焊接1、平焊：最容易成型、平焊：最容易成型薄板用单面单道焊：自由成型、强制成型薄板用单面单道焊：自由成型、强制成型厚板：单面多道焊、双面多道焊厚板：单面多道焊、双面多道焊2、其他位置的焊接、其他位置的焊接问题：熔池易于流淌问题：熔池易于流淌解决方法：强制成型、小电流（脉冲解决方法：强制成型、小电流（脉冲+摆动）摆动）二、曲面焊缝的焊接二、曲面焊缝的焊接环焊缝、螺旋焊缝环焊缝、螺旋焊缝e
32、1、焊头固定：、焊头固定：防止熔池金属的流淌：防止熔池金属的流淌：逆着焊接方向偏移一定位置。逆着焊接方向偏移一定位置。2、全位置焊接、全位置焊接1）分段）分段2）减小线能量，采用脉冲）减小线能量，采用脉冲TIG焊焊第三章第三章 埋弧焊埋弧焊一、基本要求一、基本要求1 1、了解埋弧焊特点及应用、了解埋弧焊特点及应用2 2、熟练掌握埋弧焊的治金特点、熟练掌握埋弧焊的治金特点3 3、掌握自动焊的焊接焊接参数自动调节原理及方法、掌握自动焊的焊接焊接参数自动调节原理及方法4 4、了解埋弧焊焊机的分类及基本原理、了解埋弧焊焊机的分类及基本原理5 5、熟练掌握埋弧焊工艺、熟练掌握埋弧焊工艺三、重点三、重点1
33、 1、埋弧焊的治金特点、埋弧焊的治金特点2 2、自动焊的焊接焊接参数自动调节原理及方法、自动焊的焊接焊接参数自动调节原理及方法3 3、埋弧焊焊机的分类及基本原理、埋弧焊焊机的分类及基本原理4 4、掌握埋弧焊工艺、掌握埋弧焊工艺基基 本本 原原 理理2678435熔 透 深度1焊 接 方 向3-13-1埋弧焊的特点及应用埋弧焊的特点及应用一）、埋弧焊的特点一）、埋弧焊的特点焊剂下燃烧，依靠熔渣保护，效果好。焊剂下燃烧，依靠熔渣保护，效果好。1 1、优点、优点1 1）生产率高，因为：生产率高，因为：a a）电流密度大，）电流密度大，b b）大大 2 2）焊缝质量好，因为：焊缝质量好，因为：a a）
34、熔渣的保护效果好，）熔渣的保护效果好，b b）焊接参数稳定；）焊接参数稳定；3 3）劳动条件好劳动条件好劳动强度低，无弧光辐射。劳动强度低，无弧光辐射。2 2、缺点、缺点a)a)仅用于平焊仅用于平焊b)b)不能焊不能焊AlAl、TiTi等活泼金属等活泼金属c)c)只能焊长焊缝只能焊长焊缝d)d)只适于厚板只适于厚板E E大、电流小时电弧不稳大、电流小时电弧不稳 二）、应用二）、应用1 1、适用的材料适用的材料低碳钢，碳素结构钢，不锈钢，耐热钢，低碳钢，碳素结构钢，不锈钢，耐热钢，CuCu等。等。2 2、部门部门造船、锅炉、压力容器、机车等造船、锅炉、压力容器、机车等埋弧焊的冶金特点埋弧焊的冶金
35、特点一）、焊剂、焊丝及其配合一）、焊剂、焊丝及其配合（一）焊剂（一）焊剂1 1、作用：、作用：1 1）保护）保护2 2）稳弧）稳弧3 3）冶金、脱氧及合金化）冶金、脱氧及合金化2 2、要求：、要求：1 1）良好的冶金性能）良好的冶金性能2 2）良好的工艺性能）良好的工艺性能 a a）稳定燃烧）稳定燃烧 b b）易脱渣）易脱渣c c）成形好）成形好3 3、焊剂的分类及常用焊剂、焊剂的分类及常用焊剂 1 1）按制造方法分类：）按制造方法分类：a a）熔炼焊剂）熔炼焊剂b b）非熔炼：烧结、粘结）非熔炼：烧结、粘结 2 2）按成分分类）按成分分类MnOMnO：无锰焊剂：无锰焊剂 MnOMnO2%30
36、%30%SiOSiO2 2：低硅焊剂低硅焊剂 SiOSiO2 210%30%30%CaFCaF2 2 ：低氟焊剂低氟焊剂 CaFCaF2 210%30%30%焊剂牌号焊剂牌号焊剂焊剂XYZXYZX-X-表示表示MnOMnO含量，含量，1-1-无锰、无锰、2-2-低锰、低锰、3-3-中锰、中锰、4-4-高锰高锰Y-Y-表示表示CaFCaF2 2 、SiOSiO2 2 含量，含量，1 1、2 2、3 3表示低表示低F F（1-1-低低SiSi、2-2-中中SiSi、3-3-高高SiSi），），4 4、5 5、6 6表示表示中中F F（4-4-低低SiSi、5-5-中中SiSi、6-6-高高SiSi
37、），），7 7、8 8表示表示高高F F（7-7-低低SiSi、8-8-中中SiSi）焊剂焊剂431431高锰高硅低氟焊剂高锰高硅低氟焊剂（二）焊丝（二）焊丝一般用焊接用钢丝，与焊条钢芯相同一般用焊接用钢丝，与焊条钢芯相同d=1.66mmd=1.66mm对于低碳钢：对于低碳钢：H08Mn H08MnA H08Mn2SiAH08Mn H08MnA H08Mn2SiA（三）焊剂和焊丝的选用（三）焊剂和焊丝的选用合适匹配，才能保证焊缝化学成分，保证性能。合适匹配，才能保证焊缝化学成分，保证性能。低碳钢：低碳钢：高锰高硅焊剂高锰高硅焊剂 +H08Mn+H08Mn或或H08MnAH08MnA低锰或无锰焊
38、剂低锰或无锰焊剂+H08MnA+H08MnA或或H10Mn2H10Mn2结构钢结构钢中锰中硅焊剂中锰中硅焊剂低锰中硅焊剂低锰中硅焊剂+与母材等强度的焊丝与母材等强度的焊丝 耐热钢耐热钢不锈钢不锈钢 中硅焊剂中硅焊剂或低硅焊剂或低硅焊剂+与母材成分相当的焊丝与母材成分相当的焊丝 二）、埋弧焊的冶金反应二）、埋弧焊的冶金反应冶金反应指熔渣与液金及气体之间的反应。以低碳钢为冶金反应指熔渣与液金及气体之间的反应。以低碳钢为例讨论冶金反应。选用例讨论冶金反应。选用H08MnAH08MnA及焊剂及焊剂431431。1 1、SiSi、MnMn还原反应还原反应（SiOSiO2 2）+2Fe =2+2Fe =2
39、（FeOFeO）+Si+G+Si+G（MnOMnO）+Fe =+Fe =（FeOFeO）+Mn+G+Mn+G G0G0，即反应为吸热反应，即反应为吸热反应 FeOFeO大部分进入渣大部分进入渣 SiSi、MnMn进入熔池，合金化进入熔池，合金化 SiSi镇静熔池、镇静熔池、MnMn 抵消抵消S S的不利作用的不利作用。2 2、碳的烧损、碳的烧损埋弧焊焊接区内为弱氧化性，埋弧焊焊接区内为弱氧化性，C C被氧化被氧化C+O=COC+O=COC+FeOC+FeO=Fe+CO=Fe+CO2C+2C+（SiOSiO2 2）=Si+2CO=Si+2COCOCO逸出时对熔池有搅拌作用，有利于逸出时对熔池有搅
40、拌作用，有利于H H折出折出 影响因素：影响因素：焊丝母材中的含碳量焊丝母材中的含碳量SiSi抑制烧损，镇静熔池抑制烧损，镇静熔池3 3、杂质、杂质S S、P P的限制的限制严格限制焊剂中严格限制焊剂中S S、P P含量。含量。S S热裂纹，由共晶热裂纹，由共晶Fe+FeSFe+FeSP P降低低温韧性降低低温韧性 4 4、去除熔池中的、去除熔池中的H Ha)a)工艺措施：去除油污、水分、铁锈。工艺措施：去除油污、水分、铁锈。b)b)冶金措施冶金措施结合成结合成HFHF利用利用CaFCaF2 2CaFCaF2 2 =CaF+F =CaF+F2CaF2CaF2 2+2SiO+2SiO2 2 =2
41、CaSiO =2CaSiO3 3+SiF+SiF4 4SiFSiF4 4 =SiF+3F =SiF+3FF+H=HFF+H=HF埋弧焊冶金反应的一般特点：埋弧焊冶金反应的一般特点：1 1、熔池存在时间长，冶金反应充分，气孔、夹渣、熔池存在时间长，冶金反应充分，气孔、夹渣少。少。2 2、空气不易侵入焊接区域，焊缝中的含氮量低，、空气不易侵入焊接区域，焊缝中的含氮量低，只有只有0.002%0.002%左右。左右。3 3、焊缝化学成分稳定。、焊缝化学成分稳定。3-23-2 埋弧焊机埋弧焊机一、埋弧焊设备的组成一、埋弧焊设备的组成埋弧焊设备埋弧焊设备电源电源送丝机构：向焊接区送丝，维持电弧弧长送丝机构
42、：向焊接区送丝，维持电弧弧长的稳定的稳定行走机构：拖动电弧或工件行走行走机构：拖动电弧或工件行走导电嘴：将电流导向焊丝。偏心式、夹导电嘴：将电流导向焊丝。偏心式、夹瓦式及滚轮式瓦式及滚轮式焊剂输送装置及回收装置焊剂输送装置及回收装置二、埋弧焊设备的分类二、埋弧焊设备的分类1 1、按照用途来分类、按照用途来分类 通用埋弧焊机：小车式，用于对接、角接及环焊缝通用埋弧焊机：小车式，用于对接、角接及环焊缝 专用埋弧焊机：专用焊接结构。专用埋弧焊机：专用焊接结构。2 2、按送丝方式：、按送丝方式：等速送丝：适用于细丝，配平特性或缓降特性的电源等速送丝：适用于细丝，配平特性或缓降特性的电源 弧压反馈送丝式
43、：适用于粗丝，配陡降特性的电源弧压反馈送丝式：适用于粗丝，配陡降特性的电源3 3、按照送丝机构、按照送丝机构 小车式小车式 门架子式门架子式 悬臂梁式悬臂梁式4 4、按焊丝数量、按焊丝数量 单丝焊机单丝焊机 双丝焊机双丝焊机 多丝焊机多丝焊机5 5、按照电极的形状、按照电极的形状 丝极埋弧焊丝极埋弧焊 带极埋弧焊带极埋弧焊3-33-3 埋弧焊技术埋弧焊技术埋弧焊工艺包括：埋弧焊工艺包括：焊前准备焊前准备 选择与母材匹配的焊丝与焊剂选择与母材匹配的焊丝与焊剂 选择正确的焊接工艺参数及热处理规范等选择正确的焊接工艺参数及热处理规范等（一）焊前准备（一）焊前准备焊前准备包括：焊前准备包括：1 1、坡
44、口加工、坡口加工板厚板厚小于小于14 mm14 mm1212 22 mm22 mm大于大于22mm22mm坡口坡口不开坡口不开坡口V V或或U U形坡口形坡口双双V V或双或双U U形坡口形坡口 加工方法：坡口可用刨边机、车床、气割机等设备加工。加工方法：坡口可用刨边机、车床、气割机等设备加工。2 2、待焊部位的清理、待焊部位的清理将坡口及坡口两侧将坡口及坡口两侧2020 50mm50mm区域内的铁锈、氧化皮、油污、水分区域内的铁锈、氧化皮、油污、水分清理干净。清理干净。油污、水分清理方法：一般用氧油污、水分清理方法：一般用氧-乙炔火焰烘烤乙炔火焰烘烤 铁锈、氧化皮清理方法：砂布、钢丝刷、砂轮
45、机打磨。铁锈、氧化皮清理方法：砂布、钢丝刷、砂轮机打磨。3 3、焊接材料的清理及烘干、焊接材料的清理及烘干 焊丝：一般有防锈铜镀层。使用前去除掉焊丝表面的油及其焊丝：一般有防锈铜镀层。使用前去除掉焊丝表面的油及其它污物，以防止氢气孔。它污物，以防止氢气孔。焊剂：使用前应按要求烘干。焊剂：使用前应按要求烘干。酸性焊剂：酸性焊剂：250250 C C下烘干，保温下烘干，保温1 1 2 2小时。小时。高氟焊剂：必须在高氟焊剂：必须在300300 C C 400400 C C下烘干，保温下烘干，保温2 2小时。小时。烘干后应立即使用。烘干后应立即使用。4 4、焊件的装配、焊件的装配装配要求：间隙均匀、
46、高低平整且不错边。此外，还应注意以装配要求：间隙均匀、高低平整且不错边。此外，还应注意以下几点：下几点：（1 1）定位焊缝采用手工电弧焊或气体保护焊进行焊接，定定位焊缝采用手工电弧焊或气体保护焊进行焊接，定位焊缝原则上应与母材等强，长度一般应大于位焊缝原则上应与母材等强，长度一般应大于30mm30mm。（2 2）直缝两端加装引弧板与熄弧板，焊后再割掉，其目的是直缝两端加装引弧板与熄弧板，焊后再割掉，其目的是使焊件上的焊缝截面尺寸保持稳定，并去掉引弧和收弧位置处使焊件上的焊缝截面尺寸保持稳定，并去掉引弧和收弧位置处出现的缺陷。出现的缺陷。（二）、焊接工艺参数的选择（二）、焊接工艺参数的选择包括：
47、焊接电流、电弧电压、电流的种类及极性、焊接包括：焊接电流、电弧电压、电流的种类及极性、焊接速度等。速度等。1 1焊接电流焊接电流焊接电流是决定焊缝熔深的主要因素。焊接电流与熔深间焊接电流是决定焊缝熔深的主要因素。焊接电流与熔深间成正比关系：成正比关系：H H=k=km mI Ik km m为电流系数，决定于电流种类、极性及焊丝直径等。为电流系数，决定于电流种类、极性及焊丝直径等。因此，焊接电流应根据熔深要求首先选定。因此，焊接电流应根据熔深要求首先选定。焊接电流过大：焊接电流过大：HAZHAZ宽度大，易产生过热组织，接头韧性宽度大，易产生过热组织，接头韧性降低；电流过大还易导致咬边、焊瘤或烧穿
48、等缺陷。降低；电流过大还易导致咬边、焊瘤或烧穿等缺陷。焊接电流过小：易产生未熔合、未焊透、夹渣等缺陷。生焊接电流过小：易产生未熔合、未焊透、夹渣等缺陷。生产率低，产率低，2 2电流种类与极性电流种类与极性DCRPDCRP：熔敷速度稍低，熔深较大。焊接时一般情况下：熔敷速度稍低，熔深较大。焊接时一般情况下都采都采 用直流反接。用直流反接。DCSPDCSP：熔敷速度比反接高：熔敷速度比反接高30%50%30%50%，但熔深较浅，熔合比，但熔深较浅，熔合比小。特别适合于堆焊。母材的热裂纹倾向较大时，为小。特别适合于堆焊。母材的热裂纹倾向较大时，为了防止热裂，也可采用直流正接。了防止热裂，也可采用直流
49、正接。ACAC：采用交流进行焊接时，熔深处于直流正接与直流反接采用交流进行焊接时，熔深处于直流正接与直流反接之间。之间。3 3电弧电压电弧电压主要影响熔宽，对熔深的影响很小。为保证电弧的稳定燃烧主要影响熔宽，对熔深的影响很小。为保证电弧的稳定燃烧及合适的焊缝成形系数，电弧电压应与焊接电流保持适当的及合适的焊缝成形系数，电弧电压应与焊接电流保持适当的关系。焊接电流增大时，应适应提高电弧电压。关系。焊接电流增大时，应适应提高电弧电压。电弧电压还影响熔敷金属的化学成分。电弧电压增大，焊剂电弧电压还影响熔敷金属的化学成分。电弧电压增大，焊剂的熔化量增加，过渡到熔敷金属中的合金元素会增加。的熔化量增加，
50、过渡到熔敷金属中的合金元素会增加。4 4焊接速度焊接速度焊接速度对熔深及熔宽均有明显的影响。焊接速度增大时，焊接速度对熔深及熔宽均有明显的影响。焊接速度增大时，熔深、熔宽均减小。因此，为了保证焊透，提高焊接速度时熔深、熔宽均减小。因此，为了保证焊透，提高焊接速度时，应同时增大焊接电流及电压。但电流过大、焊速过高时易，应同时增大焊接电流及电压。但电流过大、焊速过高时易引起咬边等缺陷。因此焊接速度不能过高。引起咬边等缺陷。因此焊接速度不能过高。5 5焊丝直径及伸出长度焊丝直径及伸出长度电流一定时，焊丝直径越细，熔深越大，焊缝成形系数减小电流一定时，焊丝直径越细，熔深越大，焊缝成形系数减小。然而对于
