电弧焊基础2011秋
电弧焊基础
Hale Waihona Puke 2、电弧的温度分布 ⑴轴向－两极区低弧柱区高 ⑵径向－中心高四周低
3、焊接电弧的热效率及 能量密度
电弧产热的一部分热量会通过对流、传导、辐射等形 式散失，所以会存在热效率问题。
常用焊接方法的大致热效率如表。
能量密度分布：轴向－两极区大弧柱区小 径向－中心大四周小
（二）、电弧的力学特性
渣壁过渡(Flux wall guided transfer)：
沿渣壳（埋弧焊） 沿套筒（焊条电弧焊）
常见焊接方法的熔滴过渡形式
焊条手工焊（SMAW&MMA） 酸性焊条：细滴过渡 碱性焊条：粗滴过渡(Globular transfer & Drop transfer )+短路过渡 CO2焊：滴状过渡（粗丝）、短路过渡、表面张力过渡 （STT）（细丝） MIG（焊铝）：喷射过渡、亚射流过渡
MAG（熔滴过渡形式最多、最灵活）：短路过渡
射滴过渡 射流过渡（喷射过渡）
规律：随着电流的增加，熔滴过渡的体积减小、频率加快。
关于熔滴过渡技术的最新发展
传统上，熔滴过渡在一个电流周期内形式比较单一，缺乏灵 活性，焊缝成形的好坏在很大程度上仍然依赖于焊工的操作技术 水平和心理状态。 近年来，随着逆变技术特别是数字技术在焊接设备上的应用 逐渐推广，已经可以对熔滴过渡进行快速、精确的实时控制， 情况发生了很大的变化，在熔化极气体保护焊中出现了如表面 张力过渡（STT）、冷金属过渡（CMT）和双脉冲（double pulse、super pulse）过渡等新的熔滴过渡技术。
（二）阴极区的导电特性 1、热发射型
2、电场发射型
1、阳极斑点 2、阳极区导电形式
电弧焊基础
词汇表1、自持放电：当放电电流达到一定程度（亦与放电条件有关）以后，取消最初的诱发措施，气体导电过程本身亦可以再次产生维持导电所需的带电粒子，与回路电流平衡，使放电持续下去。
2、带电粒子的扩散：带电粒子在定向运动过程中出现从电弧内部向外部周边区域的移动3、带电粒子的复合：电子与正离子相遇后重新结合成中性粒子4、阴极压降区：阴极前面存在由阳离子构成的正空间电荷区域5、阳极压降区：阳极前面存在由电子构成的负空间电荷区域6、弧柱区：两极区以外的部分7、钨极氩弧焊：以钨材料或钨的合金材料做电极，在惰性气体保护下进行的焊接8、喷射过渡：熔滴以小于焊丝直径的尺寸进行的过渡9、射流过渡的临界电流：电弧产生跳弧时的电流10、直流电弧：电弧（电极）极性不发生变化的电弧11、交流电弧：电弧（电极）极性随时间交替变化的电弧，也就是焊接电流方向按照一定的时间间隔变化，一般用在TIG 焊接、等离子弧焊接和焊条电弧焊中12、电弧特性：电弧在导电行为方面表现出的一些特征，其中的电弧电特性与电弧热平衡、电弧稳定性等有着很深的联系，是很重要的事项13、电弧动特性：焊接电流随时间以一定形式变化时电弧电压的表现，反映的是电弧导电性能对电流时间变化的响应能力14、电弧挺直性：电弧作为柔性导体具有抵抗外界干扰、力求保持焊接电流沿电极轴线方向流动的性能15、中心熔化型：与周围区域相比，电弧正下方熔池产生了很深的熔化16、周边熔化型：周边区的熔化比中心区深17、调节精度：电弧受到干扰而产生工作点偏移（包括弧长、电流、电压）时，调节系统发挥作用使系统被调节到一个新的稳定工作点，此时被调节量的稳定值与初始稳定值之间的偏离程度，也称作调节系统的"静态误差"18、系统调节灵敏度：指调节作用对电弧工作点产生微小变化的反应能力19、气体放电：气体在电场和热场作用下产生电离，电离后所处的空间由阳离子及电子这样的带电粒子、原子及分子这样的中性粒子所构成20、等离子体：含有带电粒子的电中性的粒子集团，是继固体、液体、气体之后的物质的第4 种存在状态，以高导电性为其特征21、光发射：金属表面受到光照射后，其中的电子接受某一特定波长光子的能量后提高了自身的能量所产生的电子逸出22、碰撞发射：高速运动的外部粒子碰撞金属表面后，把其自身动能传递给金属中的电子促成其逸出金属表面，在电弧条件下表现为正离子对阴极的碰撞23、电弧静特性曲线：在某一电弧长度数值下，在稳定的保护气流量和电极条件下（还应包括其它稳定条件），改变电弧电流数值，在电弧达到稳定燃烧状态时所对应的电弧电压曲线24、等离子弧：通过外部拘束使自由电弧的弧柱被强烈压缩所形成的电弧25、转移型等离子弧：在喷嘴内电极与被加工工件间产生等离子弧26、等离子焰流：在钨电极与喷嘴内壁之间引燃等离子弧27、飞溅率：飞溅损失的金属与熔化焊丝（或焊条）重量的比值28、前进角焊接：熔化金属先行于电弧，电弧不直接对母材面加热，结果得到熔深浅、熔宽大、表面平的焊缝29、后退角焊接：电弧力把熔化金属排向后方，电弧燃烧在露出的母材面上，容易形成熔深深、宽度窄、鼓起的后方30、未焊透：单面焊接时，接头根部未完全焊透的现象31、焊穿：焊接时熔化金属自焊缝背面流出并脱离焊道形成穿孔的现象32、干伸长：实际焊接中，在焊丝通电点(导电夹和焊丝的接触点)与电弧端点之间会有一些伸出部分33、比熔化量：单位时间、单位电流下的脱落金属量34、自由过渡：熔滴通过电弧空间的过渡，其间有3种情况：第1种是滴状过渡，根据熔滴尺寸和熔滴形态，区分为大滴过渡、排斥过渡和细颗粒过渡；第2种是喷射过渡，因熔滴尺寸和过渡形态又区分为射滴过渡、射流过渡和旋转射流过渡；第3种是CO2电弧焊和焊条电弧焊中经常看到的爆破过渡。
电弧焊基础知识
第一章电弧焊基础知识一、教学目的：能正确认识焊接电弧中带电粒子的产生原理了解焊接电弧的工艺特性及电弧力的种类了解阴极斑点及阳极斑点的定义了解熔滴上的作用力掌握熔滴过渡的主要形式及其特点能正确认识焊缝形成过程了解焊接工艺参数对焊缝成形的影响了解焊缝成形缺陷的产生及防止二、教学重点：焊接电弧中带电粒子的产生原理熔滴过渡的主要形式及其特点焊接工艺参数对焊缝成形的影响三、教学难点：电离和激励极斑点及阳极斑点最小电压原理焊缝成形缺陷的产生及防止四、参考学时数：4～6学时五、主要教学内容：第一节焊接电弧一、焊接电弧的物理基础（一）电弧及其电场强度分布电弧是一种气体放电现象，它是带电粒子通过两电极之间气体空间的一种导电过程。
电弧有三个部分构成：阴极区、阳极区、弧柱区。
（二）电弧中带电粒子的产生1、气体的电离在外加能量作用下，使中性的气体分子或原子分离成电子和正离子的过程称为气体电离。
其本质是中性气体粒子吸收足够的能量，使电子脱离原子核的束缚而成为自由电子和正离子的过程。
电离种类：（1）热电离气体粒子受热的作用而产生电离的过程称为热电离。
其本质为粒子热运动激烈，相互碰撞产生的电离。
（2）场致电离带电粒子在电场中加速，和其中的中性粒子发生非弹性膨胀而产生的电离。
电离程度：电离度：单位体积内电离的粒子数浴气体电离前粒子总数的比值称为电离度。
（3）光电离中性气体粒子受到光辐射的作用而产生的电离过程称为光电离。
2、阴极电子发射（1）电子发射：阴极中的自由电子受到外加能量时从阴极表面逸出的过程称为电子发射。
其发射能力的大小用逸出功A w表示。
（2）阴极斑点阴极表面光亮的区域称为阴极斑点。
阴极斑点具有“阴极清理”（“阴极破碎”）作用，原因：由于氧化物的逸出功比纯金属低，因为阴极斑点会移向有氧化物的地方，将该氧化物清除。
（3）电子发射类型1）热发射阴极表面受热引起部分电子动能达到或超过逸出功时产生的电子发射。
热阴极以热发射为主要的发射形式。
手工电弧焊管道焊接培训(课件)
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第六部分 案例-----------------------------------（14） 第七部分 图片展示-----------------------------（15） 第八部分要点回顾------------------------------（16） 第九部分总结------------------------------------（17）
准 备 工 作
平 焊
仰焊
立焊
管道焊接
要点回顾
仰焊和立焊为管 道焊接的难点，要做 到眼脑手的协调配合 。操作要领：一听， 二看、三准。其而平 焊重点则在收尾。
焊接参数的选择与经 验的积累 有一定的 关联。只要大家多干 、多试、多问就没有 问题了。
总结
再次感谢大家能在百忙之中参加培训。这堂《管道焊接》 培训主要是根据生产维修中的小批量,小管径的焊接活动编 写，其内容为多年来积攒的一些经验和感受。由于时间有限， 欠缺经验，不足的地方望大家多提意见和建议，希望大家多 加强技能上的实操练习，力求浓缩精炼，掌握管道焊接的手 工电弧焊的方法。
手法上要注意将焊条 压低施焊，运条幅度 小，速度快，采用月 牙形摆动，或直线往 返的手法
仰焊 要点 技巧
焊接中要多观察如发 现有下坠趋势应提前 Description of 停弧，敲渣。才可续 the contents 焊。
管道焊接 操作技巧及要点 6 3 9 7
立焊采用立向 上焊接，始焊 端在下方。采 用的运条方法、 焊条角度及操 作要领：一看、 二听、三准。ຫໍສະໝຸດ •手工电弧焊管道焊接
编写：谢永朝 主讲：谢永朝
2011、9、5
前言
做为一名合格的生产维修高水平技工，除了具备有专业的技术 水平，还应必备较高的焊接技能，这样在维修中才能充分发挥技 术水平，有效的为生产保驾护航。 我在年底车间大修施工中，及 平时和同行的师傅们交流中发现大家对管道焊接中的仰焊、立焊 普遍存在盲区。大部分师傅反应难掌握，没有师傅指导。
电弧焊基础知识
电弧焊基础知识电弧焊是一种常用的金属连接方式，通过电流的通入使金属加热并熔化，然后让熔化的金属在电弧的作用下连接在一起。
它在工业生产中应用广泛，适用于各种金属材料的连接，是制造业中非常重要的焊接方法。
本文将介绍电弧焊的基础知识，包括其原理、设备和操作技巧。
1. 电弧焊的原理电弧焊的原理是利用电流通过两个相互接触的导电电极时，产生的电弧和热量将金属表面加热至熔点，以实现金属材料的连接。
电流通入导电电极形成电弧，同时使导电电极和工件之间形成可引燃的电弧空气。
2. 电弧焊的设备电弧焊的设备主要包括焊机、电极和接地夹。
焊机是产生和控制电弧焊所需电流的设备，通常采用直流或交流焊机。
电极是传递电流到工件的导电材料，常见的电极有炭化钨电极和钨钨极电极。
接地夹用于将接地电缆夹住，以确保工作地点的安全电接地。
3. 电弧焊的操作技巧3.1 准备工作：在进行电弧焊前，需要确认焊接材料的种类，选择适当的电极和焊接电流。
另外，还需要为焊接区域清洁，并将工件固定在合适的位置上。
3.2 焊接电流的选择：电弧焊时，焊接电流的选择是非常重要的。
一般来说，电流过小会导致焊缝不够牢固，电流过大则会引起焊接材料的过热。
3.3 焊接技巧：在焊接时，应保持稳定的手持姿势，使焊锡均匀地覆盖在焊缝上。
焊接要均匀、有节奏地进行，以保证焊接质量。
3.4 焊接安全：在进行电弧焊时，应注意避免电弧和烟雾对人体的伤害。
焊接时需要佩戴防护设备，如防护眼镜、手套、护目镜等，确保人身安全。
电弧焊具有焊接速度快、连接牢固等优点，广泛应用于建筑、汽车制造、船舶制造等行业。
但在实际应用中，电弧焊也存在一些问题，如焊接变形、裂纹等。
为了提高焊接质量，还需要加强焊接工艺的研究和改进。
总之，电弧焊作为一种重要的金属连接方法，具有广泛的应用前景。
掌握电弧焊的基础知识，对于工程师和焊工来说是非常重要的。
通过了解电弧焊的原理、设备和操作技巧，可以更好地应用电弧焊技术，提高焊接质量，为制造业的发展做出贡献。
焊接基础第1章 电弧焊基础知识
学习目标
掌握焊接电弧物理基础； 能够分析说明焊接电弧的工艺特性； 能够明确作为填充材料的焊丝熔化特性与熔滴过渡
的方式； 掌握母材熔化与焊缝成形的基本规律；
1
第1章 电弧焊基础知识
主要内容
※ 1.1 焊接电弧基础 ； ※ 1.2 焊丝的熔化与熔滴过渡； ※ 1.3 母材熔化与焊缝成形 ；
17
1.2 焊丝的熔化与熔滴过渡
1.2.1 焊丝的加热和熔化特性
1、焊丝的热源 （2）电阻热： 熔化极电弧焊时，焊丝只在通过导电嘴 时才和焊接电源接通（焊条？）。
因此，讨论焊丝的加热 和熔化，实际上是分析焊丝 伸出部分（称为焊丝干伸长 ：ls）的受热情况，因为焊 丝伸出部分有电流流过时所 产生的电阻热对焊丝有预热 作用。
23
1.2 焊丝的熔化与熔滴过渡
1.2.2 熔滴的形成与过渡
1、熔滴上的作用力 综上所述：
1）除重力、表面张力、爆破力外，其余力都与电弧 形态有关。
2）熔滴上的作用力对熔滴过渡的影响应从焊缝空间 位置、熔滴过渡形式、电弧形态、工艺条件等综 合考虑。
24
1.2 焊丝的熔化与熔滴过渡
1.2.2 熔滴的形成与过渡
18
1.2 焊丝的熔化与熔滴过渡
1.2.1 焊丝的加热与熔化
2、焊丝的熔化 １）熔化速度、熔化系数
熔化速度（ Vm ）：在单位时间内熔化的焊丝质量。 熔化系数（ аm ）：在单位时间内，单位电流所熔化的
焊丝质量。 ２）焊丝的熔化特性
焊丝的熔化特性则是指焊丝的熔化速度Vm和焊接电流I 之间的关系。
在采用熔化极电弧焊进行焊接时，必须使焊丝的熔化速 度等于送丝速度，才能建立稳定的焊接过程。
《电弧焊基础》重点整理
第一章焊接电弧基础1. 电弧的本质是气体放电，是气体放电的一种表现形态。
2. 三种放电形式：（自持，非自持，辉光）放电3. 带电粒子来源：一是电源通过电极（阴极）向气隙空间发射电子。
二是气隙中的中性粒子被电离产生电子和离子。
4. 阳离子和电子来源：阳离子（电离）电子（阴极电子发射，包括热发射，场致发射）5. 电弧压降包括哪三部分：（阳极，弧柱，阴极）压降6. 维持电弧放电的条件：1、放电气隙内带电粒子的生成。
2、保持阴极、阳极与电弧间电的连续性。
7. 焊接电弧的热量的来源：焊接电弧的热量来自电源提供的电能，电源向电弧的弧柱区、阳极区和阴极区即电弧整体提供的电能：Pa=IUa=I（Ua+Uc+Up）8. 焊接电弧的热效率影响因素：热效率的数值与焊接方法、弧长因素、母材情况等有关。
热效率：相对于电弧功率（电弧电压X电弧电流），向母材传送的热量（热输入量）所占的比例称作焊接电弧热效率。
9. 电弧静压力（电磁收缩力）在两根互相平行导体中，通过同方向的电流时，导体间产生相互吸引的力，若电流方向相反，则产生排斥力。
10. 交流电弧：是指电弧（电极）极性随时间交替变化的电弧，也就是焊接电流方向按照一定的时间间隔变化，一般用在TIG焊接、等离子弧焊接和焊条电弧焊中。
11. 直流正/反接的区别：直流正接的热量比反接的热量要高，所以焊接厚板的时候多用直流正接。
焊接薄板的时候为了防止焊穿，采用直流反接的方法。
而焊接铝镁合金的时候直流反接，钨极为正极，电流大，对氧化膜有冲击清理的作用，但是容易烧穿，所以用交流焊接交替电波焊接，这样可以有效清理氧化膜还防止烧穿。
12. 焊接电弧静特性产生原因:小电流区，电弧温度低，其间粒子电离度低，电弧导电性较差，需要有较高的电场推动电荷运动在电弧极区，特别是阴极区，由于电极温度较低，极区的电子提供能力较差，不能实现大量的热电子发射，会形成较强的极区电压降，表现出较高的电压值。
增大电流值弧柱温度增加，电弧中的粒子电离度增加，电弧的导电性增加，同时电极温度提高，阴极热发射能力增强，Uc值降低，阳极蒸发量增加UA值降低，两极区电场相对减弱，电弧电压下降。
电弧焊基础
一、焊丝的加热和熔化特性
1、焊丝的热源 电弧焊时，主要热源是电弧热和电阻热。 熔化极时，阴（阳）极区电弧热及电阻热； 非熔化极时，主要靠弧柱区产生的热量。 其中：阴极区的产热功率：PK=I（UK-UW）； 阳极区的产热功率：Pa=IUW 电阻热：PR=I2RS；RS=ρLS/S 2、焊丝的熔化特性 焊丝的熔化特性指焊丝的熔化速度和焊接电流之间的关系。 在其他条件相同的情况下，焊丝电阻率和熔化系数越大， 焊丝熔化速度越快，反之，熔化速度越慢。图示为熔化 下一页 特性与焊丝直径的关系及熔化特性与伸出长度的关系。
焊接工艺 （焊接方法与设备）
第一单元 电弧焊的基础知识
第一单元 电弧焊的基础知识
综合知识模块一 焊接电弧 综合知识模块二 焊丝的熔化与熔滴过渡 综合知识模块三 母材熔化与焊缝成形
综合知识模块一 焊接电弧
能力知识点1 焊接电弧的物理基础 能力知识点2 焊接电弧的导电性 能力知识点3 焊接电弧的工艺特性
焊丝的熔化特性与焊丝直径及伸出长度的关系
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二、熔滴上的作用力
1、重力：平焊时，促进熔滴过渡；其他位置时，阻碍熔滴过渡。 2、表面张力：表面张力是指向焊丝端头上保持熔滴的作用力。平 焊时，阻碍熔滴过渡；其他位置有利于熔滴过渡。如图所示。 3、电弧力：电弧力包括电磁收缩力、等离子流力、斑点压力等。 其中电弧力和等离子流力促进熔滴过渡；斑点压力总是阻碍熔滴 过渡。 4、熔滴爆破力：当熔滴内部因冶金作用而生成气体或含有易蒸发 金属时，在电弧高温作用下将使气体积聚、膨胀而产生较大的内 压力，致使熔滴爆破。它促使熔滴过渡。 5、电弧的气体吹力：焊条电弧焊时，焊条药皮的熔化滞后于焊芯 的熔化，在焊条端部形成套筒，此时，药皮中的造气剂产生的气 体在高温下急剧膨胀，从套筒中喷出作用于熔滴。不论何种位置 的焊接，电弧气体吹力总是促进熔滴过渡。
第一章 电弧焊基础知识PPT课件
外加能量可以通过碰撞和光辐射两种方式传递给中性气体
粒子。
电弧本身制造带电粒子维
持其导电的最主要途径。
碰撞传递：只有非弹性碰撞才产生电离过程。
光辐射传递：气体粒子接受光量子形式施加的能量，产生 激励或电离，超过电离能部分转换为电离生成电子的动能。
2020/8/7
第一章 电弧焊基础知识
次要途径
9
第一节 焊接电弧
W-Zr 氧化物逸出功较低， 3.14 电子容易从氧化膜
处逸出，形成阴极 斑点。如铝合金的
阴极雾化 14
第一节 焊接电弧
阴极电子发射机构可分为 ：
对电极有 冷却作用
（1）热发射 阴极表面因受到热作用而使其内部的自由电 子热运动加剧，动能增加，当一部分电子的动能大于大 于逸出功时，则飞出到表面外的空间中去而产生的电子 发射现象。
一、焊接电弧的导电特点
电弧是一种气体放电现
象，是指两电极存在电
位差时，电荷通过两电
极之间气体空间的一种
导电现象。电能转换为 热能、机械能和光能。
焊接电弧导电示意图
2020/8/7
第一章 电弧焊基础知识
4
第一节 焊接电弧
气体导电时，导电部分的电压与电流不遵循欧姆定律。
电弧的特点： 低电压、大 电流、温度 高、亮度大
2020/8/7
第一章 电弧焊基础知识
10
第一节 焊接电弧
说明
1、Ui为实效电离电压，主要取决于电离电压较低的气体
成分，例如焊条药皮中加K、Na、Ca稳弧。 CO2、N2气氛电
弧电压和电弧温
2、气氛中的多原子气体电离前首先解离。 度比Ar气氛高。
3、弧柱区温度为5000～30000K，热电离是其产生带电粒 子的最主要途径。
电弧焊基础
电弧焊基础药皮的主要作用：（1）有利于电弧放热的产生，并且能够提高电弧的稳定性，（2）产生气体和形成熔渣，隔离空气，保护电弧，熔滴及焊缝金属，（3）提高熔渣-金属反应是金属还原，精炼焊缝金属，（4）根据需要对焊缝金属添加合金元素，（5）熔渣覆在焊接金属表面，焊缝表面形状规整。
自持放电：是当放电电流达到一定程度以后，取消最初的诱发措施，气体导电过程本身亦可以再次产生维持导电所需的带电粒子，与回路电流平衡，使放电持续下去。
此后随着电流值的增加。
从暗放电形态经辉光放电向电弧放电转移，其间的各种放电形式都有各自的特征表现。
电弧放电是气体放电的最终形式。
电弧具备所有放电形式中的电压最低，电流最大，温度最高的特征。
维持电弧放电的条件：（1）放电气隙内带电粒子的生成，（2保持阴极，阳极与电弧间的联系。
电弧力主要有：电弧静压力；电弧动压力；斑点力；爆破力和熔滴冲击力。
等离子流力（电弧动压力）是指电弧中的压力差使较小截面处的高温粒子向工件方向流动，并有更小截面处的气体粒子补充到截面上，以及保护气氛不对进入电弧空间，从而形成连续不断的气流，称作等离子流，到达工件表面时形成附加的一种压力叫做等离子流力。
电弧静压力是指当电流在一个导体中流过时，整个电流可以看作油许多平行的电流线组成，这些电流线之间将产生相互吸引力，使导体截面有收缩倾向，对于固态导体，此收缩力不能改变导体外形，但对于液态或气态导体，其将产生截面收缩，所产生的力就叫做电弧静压力（电磁收缩力）斑点力分为①带电粒子对电极的冲击力②电磁收缩力③电磁材料蒸发的反作用力阴极斑点力大于阳极斑点力电弧力的影响因素：①气体介质。
由于气体的种类不同，物理性能有差异，以纯氩气保护的GTA电弧作比较，混入氦气时电弧力有很大程度降低，混入氢气时，电弧压力升高。
②电流和电压，电流增大电弧力显著增加，电弧电压升高，电弧力下降。
③电极直径。
焊丝直径越细，电流密度越大，电磁力越大，等离子流力增大。
电弧焊基础(2)
• 角焊、船形焊：平角焊焊条与水平成45，前倾角70-80；焊 接时选用的焊接电流可比平角焊大。
焊缝符号
焊接图是图示焊接加工要求的一种图样，它应将焊接件的 结构、与焊接的有关内容表示清楚。
对电焊条基本要求
1)引弧容易，电弧稳定，金属飞溅少。 2)焊条熔化速度应均匀，并稍慢于焊条芯的熔化速度。 3)熔渣的黏度及流动性应适当,凝固后脱渣性好。 4)焊条在焊接过程中应具有渗入合金和冶金的作用， 以保证焊缝金属和焊接接头的力学性能及物理性能， 并保证焊缝不产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷。 5)焊条应适合全位置焊接，药皮强度要高，不易脱落、 受潮，同心度好，焊接时放出的有害气体应尽量少。
焊条电弧焊
焊条电弧焊:电弧在熔化的电极和工件之间燃 烧，电弧和焊接熔池通过焊条药皮产生的气 体和熔渣的保护来防止空气的侵入。
药皮是由石灰石、萤石、 TiO2、SiO2、Mn、Fe粉
电弧稳定性、造渣造气、 脱氧及合金化
焊条电弧焊工作原理
焊条电弧焊是采用低电压、大电流放电产生电弧，依靠电焊 条瞬时接触工件实现。
焊接工艺参数
• 焊条电弧焊的工艺参数主要包括：焊条直径、焊接 电流、电弧电压、电源极性、焊接速度等。
焊条直径与焊接电流的关系 表1
直径(d) 长度(l) 电流 I (A) 经验公式 最小 （A） 最大
2.0
2.5
250/300 350 40～80 50 ～100
20×d 40×d
3.2 350/450 90～150
3、手工焊条焊，坡口角度为60°
不开坡口角焊缝焊脚高度规则（经验计算， 详细按船级社规范）
电弧焊基础知识PPT课件
灵活性高
电弧焊设备轻便，操作 灵活，适用于各种形状
和尺寸的工件焊接。
焊接质量稳定
通过合理的焊接工艺参 数和操作技巧，可以获 得高质量的焊接接头。
电弧焊的应用范围
01
02
03
工业制造
电弧焊广泛应用于汽车、 船舶、航空航天、石油化 工等工业制造领域。
建筑行业
在建筑行业中，钢结构、 钢筋等材料的连接常常采 用电弧焊。
焊接电压
电压是电弧能够稳定燃烧所必需的， 通常根据焊接电流和焊丝的直径进行 选择。
焊接速度
焊接速度决定了焊接效率，过快可能 导致未熔合，过慢则可能导致热影响 区过宽。
焊接层数
根据焊件的厚度和坡口的形式，选择 合适的焊接层数，以确保焊透和减少 焊接变形和焊接工艺要求，选择合适的坡口形式，以减少 填充金属量并提高焊接效率。
定义
激光焊接是一种利用高能激光束 熔化金属进行焊接的方法，具有
高精度和高效率的特点。
应用场景
适用于薄板、精密零件和异种材 料的焊接，如汽车零部件、电子
产品等。
特点
焊接速度快，变形小，对焊缝的 深宽比和焊接角度有较高要求， 同时需要高精度的激光设备和冷
却系统。
04
电弧焊材料
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
构成
电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成。阴极区释放电子，阳极区吸收电子，弧柱区则是电弧能量集中区域。
电弧的静特性与动特性
静特性
指电弧在不受到任何外界扰动（如电流的突然变化或外界机械力的作用）时的特性。它反映了电弧的 伏安特性，即电流与电压之间的关系。在一定范围内，电流增大时，电压也相应增大，但当电流超过 一定值时，电压不再增加，而是略有下降。
第一章_电弧焊基础知识详解
2020/9/30
第一章 电弧焊基础知识
11
第一节 焊接电弧
❖ 光电离
定义：中性气体粒子受到光辐射的作用而产生的电离。
范围：电弧的辐射只可能对K、Na、Ca、Al等金属蒸气直
接引起电离，而对焊接电弧气氛中的其他气体则不能直接
引起电离。
光电离是产生带电粒子的次要途径。
常见气体光电离的临界波长
电弧的光辐射 波长在170～
电弧中带电粒子的产生过程
电弧的带电粒子主要依靠气体的电离和电极发射电子产生。
（一）气体电离 在外加能量作用下，中性气体分子或原子分离成正离子和电子
的现象。 使中性气体粒子失去第一个电子所需要的最低外加能量称
为第一电离能，生成的正离子称为一价正离子，这种电离 称为一次电离。电离能转换为数值上相等的电压来表示则 为电离电压或电离势。
第一节 焊接电弧
电离种类
❖ 热电离：气体粒子受热作用而产生的电离过程。
实质：气体粒子的热运动形成频繁而激烈的碰撞
气体热电离的电离度：单位体积内被电离的粒子数与气
体电离前粒子总数的比率。
x=电离后的电子或离子密度/电离前中性粒子密度
萨哈公式
1
x2 - x2
P
3.16 10-7 T
2.5
exp（-
处逸出，形成阴极 斑点。如铝合金的
阴极雾化 13
第一节 焊接电弧
阴极电子发射机构可分为 ：
对电极有 冷却作用
（1）热发射 阴极表面因受到热作用而使其内部的自由电 子热运动加剧，动能增加，当一部分电子的动能大于大 于逸出功时，则飞出到表面外的空间中去而产生的电子 发射现象。
热发射电子流密度：i=AT2exp(-eUω/kT) 热阴极电弧：热发射强弱受到阴极材料沸点的影响，沸 点高的钨或碳做阴极时，电极可以被加热到比较高的温 度，通过热发射可以提供足够多的电子。
第一章 电弧焊基础
7.1 弧柱区特点：
①温度高达5000~50000K； ②因为温度较高，所以带电粒子的产生
以热电离为主，并伴有扩散和复合与之 平衡。 ③呈电中性，即在数目上：e+A-=A+ ④弧柱具有低电压和较大的电流。 ⑤I弧柱=99.9%I电子+0.1%I正离子
7.2 阴极区特点：
①区间很小，仅为10-4~10-6cm； ②阴极区的主要任务：发射电子，向弧柱提供 所需的电子，同时接收弧柱区来的正离子流。 ③电极
破电极表面的束缚飞出的现象。 光发射的条件：hγ≥eUw 电弧焊时：
吸收的是光辐射能量对电极没有冷却作用 电弧光能够引起光发射，但不够强，因此光
发射居次要地位。
4.4 碰撞发射
当高速运动的粒子碰撞电极表面时，将其能量 传递给电极表面的电子，使其能量增加而脱离 电极表面的束缚飞出的现象。 焊接点湖中正离子撞击印记表面产生电子发射 是典型的碰撞发射。 当正离子撞击阴极时，要使阴极发射一个电子， 必须对阴极表面施加两倍的逸出功。
电离电压普遍高，有时低（NO
N 14.5V O 15.7V）
⑶
混合气体的电离电压；
电离电压低的气体粒子首先被电离
2.1.2 激励
中性粒子受外来能量的作用不足以使电子完全 脱离气体原子或分子,能使电子从较低的能级转 移到较高的能级,中性粒子内部的稳定状态被破 坏,这种状态称为激励.
激励存在的时间很短，一般为10-2~10-8s 碰撞传能 光辐射传能
自持放电根据导电机构不同分为
a、暗放电； b、辉光放电； c、电弧放电；
特点：大电流，低电压，热
（电流小，电压较高， 发热放光较弱）
第1单元电弧焊基础
气体粒子
W H2 Na O2 Cl2 CO NO O5.5 12.2 13 14.1 9.5 13.8 12.6 13.7 7.9（16，30）
当电弧空间同时存在电离电压不同的几种气体时， 在外加能量的作用下，电离电压较低的气体粒子将 先被电离。如果这种气体供应充足，则电弧空间的 带电粒子将主要由这种气体的电离来提供，所需要 的外加能量也主要取决于这种较低的电离电压，因 而为提供电弧导电所要求的外加能量也较低。 焊接时，为提高电弧的稳定性，往往加入一些电离 电压较低、易电离的元素作为稳弧剂，也就是基于 此种原因。
表1-1 常见气体粒子的电离电压
气体粒子
H He C N O F Na Cl Ar K Ca
电离电压 /V
13.5 24.5（54.2） 11.3（24.4，48，65.4） 14.5（29.5，47，73，97） 13.5（35，55，77） 17.4（35，63，87，114） 5.1（47，50，72） 13（22.5，40，47，68） 15.7（28，41） 4.3（32，47） 6.1（12，51，67）
图1-4
（3） 焊接电弧的热效率及能量密度 电弧焊的热能由电能转换而来，因此电弧的功率 ＰＱ可由下式表示
ＰＱ＝ＰA＝ＩＵA
式中：ＰQ——电弧的电功率； ——电弧的电功率； ＵA——电弧电压， ——电弧电压， ＵA＝ＵＫ＋ＵC＋Ｕa 用于加热、熔化填充材料及工件的电弧热功率称为有 效热功率，表示为 ＰＱ′＝ηＰＱ
3）电子发射的类型。
①热发射。阴极表面因受到热的作用而使其内部的自由电子热 运动速度加大，动能增加，一部分电子动能达到或超出逸出功 时产生的电子发射现象称为热发射。 ②场致发射。当毗邻阴极表面的空间存在一定强度的正电场时， 阴极内部的电子将受到电场力的作用。当此力达到一定程度时 电子便会逸出阴极表面，这种电子发射现象称为场致发射。 ③光发射。当阴极表面受到光辐射作用时，阴极内的自由电子 能量达到一定程度而逸出阴极表面的现象称为光发射。光发射 在阴极电子发射中居次要地位。 ④粒子碰撞发射。电弧中高速运动的粒子（主要是正离子）碰 撞阴极时，把能量传递给阴极表面的电子，使电子能量增加而 逸出阴极表面的现象称为粒子碰撞发射。
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哈尔滨工业大学远程教育学院 2011年秋季学期
电弧焊基础试题纸（开卷，时间：90分钟）
（所有答案必须写在答题纸上）
一、填空和单项选择题（60分）
[1]电弧放电与其他气体放电现象，如辉光放电相比，特点是： (1) 。
A: 电压最高、电流最大； B: 电压最低，电流最大
C：电压最高，电流最小；D: 电压最低，电流最小
[2]电弧中带电粒子的来源主要包括两方面： (2) 和 (3) 。
[3]当阴极采用熔点较低的Al、Cu、Fe时，阴极主要靠 (4) 发射提供电子。
而
当阴极材料采用W、C等高熔点材料，且电流较大时，阴极主要靠 (5) 发射
提供电子。
[4]电弧整体上呈现 (6) 状态。
(A) 电负性 (B) 电中性 (C)正电性
[5]电弧产生磁偏吹与 (7) 有关。
A、电弧在工件端部
B、接地线位置
C、铁磁物质存在
D、以上均是
[6]CO2气体保护焊焊接5.0mm厚低碳钢板，通常采用 (8) 接法
A: DCEN B: DCEP C: AC D: 上述三种均可。
[7]TIG焊一般采用的引弧方式是 (9) ；MIG/MAG焊采用的引弧方式为 (10) 。
[8]最小电压原理的含义是：在给定电流和周围条件一定的情况下，电弧稳定燃烧
时，其导电区的半径(或温度)应使电弧 (11) 有最小值。
[9]在电流和其他条件不变的情况下，当采用He保护气体的电场强度比采用Ar保
护的电场强度 (12) ，其电弧压力 (13) 。
A: 降低 B: 提高 C: 不变 D: 以上都不是。
[10]电弧空间的带电粒子在电场作用下总体进行着定向运动，同时由于密度分布的
差异也在进行着扩散运动，其方向是从 (14) 高的区域向低的区域运动。
[11]在电流、弧长和焊接速度相同的情况下，TIG焊接3mm钛合金时，下列 (15) 接
法所获得的焊缝熔深最小。
A: DCEN B: DCEP C: AC
[12]阴极斑点具有自动寻找 (16) 的特性，阳极斑点具有寻找 (17) 的特性，
两者共同具有 (18) 性和 (19) 性。
[13]在焊接铜或者铜合金的时候，下列 (20) 保护气可以被使用。
A: Ar B: Ar+He C: N2 D: 以上均可
[14]TIG焊接中，喷嘴孔径 (21) ，保护气层会从层流转变为紊流。
[15]下图是平焊位置的焊缝形状和尺寸，其中B与H之比，被称为： (22) 。
[16]对于焊丝熔化速度，下列哪种说法是不正确的： (23) 。
A: 焊接电流的增加，焊丝熔化速度增加；
B: 钢焊丝直径增加，焊丝熔化速度减小；
C: 钢焊丝干伸长增加，焊丝熔化速度增加；
D: 钢焊丝，在焊丝接正与焊丝接负，焊丝熔化速度大。
[17]MIG焊接中，作用在熔滴上的作用力里有： (24) 、 (25) 、 (26) 、和
(27) 。
[18]完整的电弧静特性线是 (28)
A、水平形
B、上升形
C、下降形
D、U形
[19] (29) 是焊接铝及铝合金较完善的焊接方法。
A、手弧焊
B、CO2气体保护焊
C、电渣焊
D、氩弧焊
[20]判断下列说法对错 (30) ：CO2气体保护焊，形成氢气孔可能性较小。
A、正确
B、错误
[21]等离子弧焊，大多数情况下都是采用 (31) 作为电极。
A、纯钨
B、铈钨
C、锆钨
D、钍钨
[22]低频脉冲TIG焊接中，其频率通常为 (32) 。
[23]等离子弧焊的三种工作形式分别为： (33) 、 (34) 、 (35) 。
[24]等离子弧温度和能量密度提高的原因是：①水冷喷嘴孔道对电弧的 (37) 作
用，使电弧弧柱截面积减小，能量更为集中。
②喷嘴水冷作用使靠近喷嘴内壁的气体受到一定程度的冷却，其温度和电离度下降，迫使弧柱区带电粒子集中到弧柱中的高温高电离度区流动，这样由于冷壁而在弧柱四周产生一层电离度趋近于零的冷气膜，使弧柱有效截面积进一步减小，电流密度进一步提高。
这种使弧柱温度和能量密度提高的作用称作“ (38) ”。
③以上两种压缩效应的存在，在弧柱电流密度增大以后，弧柱电流线之间的电磁收缩作用也进一步增强，使弧柱温度和能量密度进一步提高。
[25]在MIG焊接钢材料时，焊接电源的外特性通常采用： (39) ；其电弧的稳
定性调节主要是 (40) ；在MIG焊接铝合金时，采用亚射流过度时，焊接电源的外特性通常采用： (41) ；其电弧的稳定性调节主要是 (42) 。
埋弧焊焊接钢材料时，直流焊接电源的外特性通常采用 (43) ；DC-TIG焊接钛合金时，焊接电源的外特性通常采用 (44) 。
[26]短路过渡焊接在回路中串联电感，有以下两方面作用： (45) 和 (46) 。
[27]脉冲MIG焊接的目的是控制 (47) 和 (48) 。
[28]在埋弧焊接中，随着电弧电压的升高，焊缝熔深会 (49) ；在相同的电流、
电压条件下，焊丝直径减小，焊缝熔深会 (50) 。
[29]线能量的公式为： (51) 。
[30] (52) 过渡形式的特点是：，熔滴尺寸接近于焊丝直径，过渡频度在每
秒100～200 次左右，每一滴都呈现规则过渡。
[31]埋弧焊的熔滴过渡形式主要是 (53) 。
[32]CO2焊接电弧电压是通过调节 (54) 实现的，电流是通过调节 (55) 实
现的；埋弧焊时焊接电压是通过调节 (56) 实现的，电流是通过调节 (57)
实现的。
(A) 电源外特性 (B) 送丝速度 (C) 弧长 (D) 送丝给定电压 (E)干伸长
(F)焊枪高度
电离的总类有： (58) 和 (59) 和 (60) 。
二、简答题（20分）
1.TIG焊接铝合金通常采用AC的接法，叙述一下为什么采用AC的接法？对钨极的形状
和材料有什么要求？
2.脉冲焊接的主要参数有哪些？TIG焊中，采用脉冲焊接的优点有那些？
三、论述题（20分）
有两种圆形筒体工件，直径为1.5m，长度为1m，材料分别为Q235普通低碳钢和LF6铝合金，壁厚有10mm和30mm两种规格。
现需要将两个同质筒体对接起来，请分别选择合适的
焊接方法并给出理由。