焊接物理基础资料

焊接物理基础资料

电弧焊基础

兰州理工大学焊接系

本科生学习整理

第一章焊接电弧

1.焊接方法分类

焊接方法分为熔焊、钎焊、和压焊三大类

熔焊：熔焊是在不施加压力的情况下，将待焊处的母材加热熔化以形成焊缝的焊接方法。焊接时母材熔化而不施加压力是其基本特征。

压焊：压焊是焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或不加热）才能完成焊接的方法。焊接施加压力是其基本特征。

钎焊：钎焊是焊接事采用比母材熔点低的钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但是低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散而是心爱那个连接的一种方法力气特

征是焊接时母材不发生熔化，仅钎料发生熔化。

2.焊接电弧中气体电离的种类

热电离——气体粒子受热的作用而产生的电离称为热电离。其实质是气体粒子由于受热而产生高速运动和相互之间激烈碰撞而产生的一种电离。

场致电离——当气体中有电场作用时，气体中的带电粒子被加速，电能被转换为带电粒子的动能，当其动能增加到一定程度时，能与中性粒子产生非弹性碰撞，使之电离，这种电离称为场致电离。

光电离——中性粒子接受光辐射的作用而产生的电离现象称为光电离。不是所有的光辐射都可以引发电离，气体都存在一个能产生光电离的临界波长，气体的电离电压不同，其临界波长也不同，只有当接受的光辐射波长小于临界波长时，中性气体粒子才可能被直接电离。

3.焊接电弧中气体的发射有几种

热发射——金属表面承受热作用而产生电子发射的现象称为热发

射。

场致发射——当阴极表面空间有强电场存在时，金属电极内的电子在电场静电库仑力的作用下，从电极表面飞出的现象称为场致发射。

光发射——当金属电极表面接受光辐射时，电极表面的自由电子能量增加，当电子的能量达到一定值时能飞出电极的表面，这种现象称为光发射。

粒子碰撞发射——高速运动的粒子（电子或正离子）碰撞金属电极表面时，将能量传给电极表面的电子，使电子能量增加并飞出电极表面，这种现象称为粒子碰撞发射。

4.阴极斑点的条件及阴极斑点的特点。

阴极斑点是指阴极上导通电流的一些灼亮的孤立点。

某点充当阴极斑点的条件：

1）该点能发射电子；2）电弧通过该点时耗能最小。

阴极斑点的特点：

1）电流密度大，温度高。（2）跳跃性及粘着性（3）存在斑点压力（4）自动寻找氧化膜

5.接触引弧过程

接触式引弧包括短路、分离和燃弧三个过程。

6.电弧的电特性包括哪些

焊接电弧的电特性主要指的是焊接电弧的静特性和焊接电弧的动特性。

7.电弧静特性概念

焊接电弧的静特性是指在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系，也称伏-安特性。

等离子弧的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，电弧电压U ?与电弧电流I?之间的关

系，即：U ? ＝?（I?）

特点：

1. 由于冷壁喷嘴的拘束作用，使等离子弧柱的横截面积减小，弧

柱电场强度增大，电弧电压明显提高，U型曲线的平直区较自由电弧明显减小；

2. 当焊接电流较大时，等离子弧的磁收缩效应使弧柱直径的增加受到限制，静特性曲线会出现平的或上升的伏安特性；

3. 拘束孔道尺寸和形状对静特性有明显影响，喷嘴孔径越小，U 形特性平直区域就越小，上升区域斜率增大，即弧柱电场强度增大；

4. 等离子气种类和流量不同时，弧柱的电场强度有明显变化，因此等离子弧供电电源的空载电压应按所用等离子气种类而定；

5. 如果采用联合型等离子弧，转移弧的U行特性曲线下降区段斜率明显减小，这是由于非转移

弧的存在为转移弧提供了导电通路。

8.影响焊接电弧稳定性的因素有哪些

影响焊接电弧稳定性的因素有1、焊接电源，2、焊接电流和电弧电压，3、电流的种类和极性，4、焊条药皮和焊剂，5、磁偏吹，6、其他因素如操作人员技术、焊件清理情况和环境因素等。第二章焊丝的熔化与熔滴过渡

1.焊接熔化速度及影响因素

熔化速度Vm 通常以单位时间内焊丝的熔化长度（m/h 或m/min）或熔化质量（kg/h）表示。其主要取决于单位时间内加热和熔化焊丝的总能量。

影响因素：1、焊接电流的影响电弧热与电流成正比，电阻热与电流的平方成正比。2、电弧电压的影响与电流一起影响熔化速度。3、焊丝直径的影响电流一定时，焊丝直径越细电流密度越大，熔化速度增大。4、焊丝伸出长度的影响焊丝伸长长度越长，电阻热越大，通过焊丝传导的热损失越少，熔化速度越快。5、焊丝材料的影响焊丝材料不同，电阻率不同故对熔化速度的影响也是不同的。6、气体介质及焊丝极性的影响介质不同对阴极电压降和电弧热有直接影响。2.短路过渡的特点

1.短路过渡时燃弧、短路交替进行。2、短路过渡时所使用的焊接电流（平均值）较小，但短路时的峰值电流可达平均电流的几倍。3、

短路过渡一般采用细丝，焊接电流密度大，焊接速度快，故对焊件热输入低而且电弧短，加热几种，减小焊接变形。

3.射流过渡工艺上的特点

射流过渡最富有代表性且用途广泛的一种过渡形式。主要特点有：1、焊接过程稳定，飞溅极少，焊缝成形质量好。2、电弧稳定，对保护气流的扰动作用小，故保护效果好。3、射流过渡电弧功率大，热流集中，对焊件熔透能力强。

4.射流过渡临界电流的大小的影响因素

1、焊丝成分焊丝成分不同将引起电阻率、熔点、及金属蒸发能力的变化。

2、焊丝直径即使同种材料的焊丝，直径不同临界电流值夜不同。

3、焊丝伸出的长度焊丝生出长度长，电阻热的预热作用增强，焊丝熔化快，易是想射流过渡，是临界电压值降低。

4、气体介质不同气体介质对电弧电场强度的影响不同。

5、电源极性直流反接时，焊丝为阳极易于、实现射流过渡。

母材的熔化和焊缝成形

5.焊缝成形过程

电弧焊时，焊缝的形成一般要经历加热、熔化、化学冶金、凝固、和固态相变等一系列冶金过

程。其中熔化和凝固时必不可少的过程。焊接过程中由于熔池是移动的，也使各点的温度是变化的。沿着熔池的纵向看，熔池前部的固体母材金属处于急剧升温的阶段并不断被电弧熔化成为液体金属；熔池尾部的液体金属渐离电弧热源，温度降低，不断凝固形成焊缝。

6.焊接熔池

熔池——在电弧正下方的母材温度超过了熔点，因此必然被熔化，与此同时，填充材料被电弧加热形成熔滴，向母材方向过渡，这两部分金属互相混合在一起，共同形成了具有一定几何形状的液体金属，即所谓的焊接熔池。

7.熔合比

熔合比（γ）——指单道焊时，在焊缝横截面上熔化的母材所占的