熔焊方法与设备

第一章焊接电弧1、熔焊的基本特征：焊接时母材熔化而不施加压力。

物理本质：在不施加外力的情况下，利用外加热源使使母材被连接处以及填充材料发生熔化，使液相与液相、液相与固相之间的原子或分子紧密地接触和充分地扩散，使原子间距达到ra，并通过冷却凝固将这种冶金结合保持下来的焊接方法。

2、熔焊的特点：（1）焊接时母材局部在不承受外加压力的情况下呗加热熔化（2）焊接时必须采取有效的隔离空气的措施（3）两种材料之间须有具有必要的冶金相容性（4）焊接时焊接接头经历了更为复杂的冶金过程。

3焊接电弧：是由焊接电源供给能量，在具有一定电压的两电极之间或电极与母材之间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。

其物理本质：是一种在具有一定电压的两电极之间的气体介质中所产生的电流量大、电压最低、温度最高、发光最强的自持放电现象。

4、气体放电具备条件:一必须有带电粒子，二在两电极之间必须有一定强度的电场。

5、阴极斑点:电弧燃烧时通常在阴极表面上可以看到一个很小但很光亮的斑点是电子集中发射的地方电流密度大6、阴极区导电机构有：热发射型、场致发射型、等离子型。

7、最小电压原理含义：在电流和周围条件一定的情况下，稳定燃烧的电弧将自动选择一适当的断面，以保证电弧的电场强度具有的数值，即在固定弧长上的电压最小。

这意味着电弧总是保持最小的能量消耗。

8、焊接电弧力：1、电磁收缩力 2、等离子流力 3、斑点压力： 1）正离子和电子对电极的冲撞力2）电磁收缩力3）电极材料蒸发产生的反作用力9、焊接电弧力的影响因素：1、焊接电力和电弧压力 2 、焊丝直径 3 、电极的极性 4 、气体介质 5、钨极端部的几何形状 6、电流的脉动10、焊接电弧的静特性（大题）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。

1、弧柱电压降：由Uc=I（lc/Scｒc）=jc（lc/ｒc）可知，电压降Uc与电流密度jc成正比，而与其电导率ｒc成反比。

在ab段，电流I较小，当电流I增加时弧柱的温度和电离度增加使ｒc增大，同时Sc也增加，而且Sc比I增得快，使电流密度jc减小，所以Uc减小，曲线呈下降特性；在bc段，I适中电导率达到一定程度不再增加，Sc也相应增加，使Ic基本不变，Uc近似等于常数，曲线呈平特性；在cd段 I很大，Sc受到限制，已不能再增大了，所以Uc随电流I增加而增加，曲线呈上升特性。

2、阴极电压降：小电流区：当增加电流时，阴极区遵循最小电压原理，通过成比例的增加阴极斑点面积，来维持阴极区电压降基本不变。

而增加电流I时，随着AB和CD面积的扩大，从AD和BC面耗散热量比例减小，因此阴极电压降降低，呈下降特性。

中等电流区：仅发生随着电流的增加阴极斑点面积成比例地增加的过程。

这使得电弧的电流密度基本不变，因而阴极电压降呈现平特性。

大电流区：阴极斑点的面积已覆盖阴极端部的全部面积，阴极斑点面积已不再增大。

随着电流的增大阴极区的电流密度增大，导致阴极电压降增高，呈现上升特性。

3、阳极电压降：在小电流区，当电流增加时，温度增加，粒子V加快，碰撞和电离加剧，因此阳极电压降下降，呈下降特性。

当I增加到一定值时，阳极区温度T很高，通过热电离就能满足弧柱区对正离子的需要，阳极压降到很低，当I继续增加时，阴极电压降基本不发生变化。

所以在中等电流和大电流区呈平特性。

11、焊接电弧稳定性及其影响因素：焊接电弧稳定性：焊接时电弧保持稳定燃烧的程度。

1焊接电源：焊接电源的空载电压越高，越有利于场致发射和场致电离，因此电弧的稳定性越高。

2 焊接电流和电弧电压：焊接电流大时的电弧温度要比焊接电流小时高，因而电弧中的热电离要比焊接电流小时强烈，能够产生更多的带电粒子，因此电弧更为稳定。

电弧电压增大意味着电弧长度的增大，当电弧过长时，电弧会发生剧烈摆动，使电弧的稳定性下降。

3电流种类和极性：焊接电流可分为直流、交流和脉冲直流三种类型，其中直流电弧为最稳定，脉冲直流次之，交流电弧稳定性最差。

4 焊条药皮和焊剂：当焊条药皮或焊剂中含有较多电离能低的元素或他们的化合物时，由于容易电离，使电弧气氛中的带电粒子增多，因此可以提高电弧的稳定性。

5 磁偏吹：所谓磁偏吹，是指焊接时由于某种原因使电弧周围磁场分布的均匀性受到破坏，从而导致焊接电弧偏离焊丝的轴线而向某一方向偏吹的现象。

6 其他因素：焊件上如果偶铁锈、水分以及油污等时，由于分解时需要吸热而减少电弧的热能，因此会降低电弧的稳定性。

第二章焊丝熔化和熔滴过度1、焊丝的作用：一、作为电弧的一极导电并传输能量；二、作为填充焊丝向熔池提供熔化金属并和熔化的母材一起冷却结晶而形成焊缝。

2、影响焊丝熔化速度的因素焊丝熔化速度Vm：以单位时间内焊丝的熔化长度或熔化质量表示。

熔化系数ａm：指每安培焊接电流在单位时间内所熔化的焊丝质量。

1、焊接电流的影响2、电弧电压的影响3、焊丝直径的影响4、焊丝伸出长度的影响5、焊丝材料的影响6、气体介质及焊丝极性的影响。

3、熔滴上的作用力：1、重力 2、表面张力3、电弧力 1）电磁收缩力 2)等离子流力 3）斑点压力4、爆破力 5 、电弧气体吹力。

4、（1）熔滴过渡：在电弧热的作用下，焊丝末端加热熔化形成熔滴，并在各种力的作用下脱离焊丝进入熔池。

（2）自由过渡：指熔滴脱离焊丝末端前不与熔池接触，它经电弧空间自由飞行进入熔池的一种过渡形式。

（3）渣壁过渡：埋弧焊时在一定条件下熔滴沿熔渣的空腔壁形成过渡形式。

5、短路过渡：主要用于Ф1.6mm以下的细丝CO2气体保护焊或使用碱性焊条。

由于电压低，电弧较短，熔滴尚未长大滴时即与熔池接触而形成短路液体过桥，在向熔池方向的表面张力及电磁收缩力的作用下，熔滴金属过渡到熔池中去。

6、短路过渡特点：1)、短路过渡是燃弧、短路交替进行。

燃弧时间对焊件加热，短路时电弧熄灭，熔池温度降低。

因此调节燃弧时间或息弧时间即可调节对焊件的热输入，控制母材熔深。

2、短路过渡时所使用的焊接电流较小，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（或细焊条），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，加热集中，可减小焊接热影响区宽的和焊件变形。

如果焊接参数不当或焊接电源动特性不佳时，短路过渡将伴随着大量的金属飞溅，过渡过程的稳定性被破坏，不但影响焊接质量，而且浪费焊接材料，恶化劳动条件。

为了保证短路过渡过程稳定进行，不但要求电源有合适的静特性，而且要求电源有合适的动特性。

即：1、对不同直径的焊丝和焊接参数，要有合适的短路电流上升速度，保证缩颈柔顺的断开，达到减少飞溅的目的。

2、要有适当的短路峰值电流Ⅰmax，一般Ⅰmax平均电流Ⅰa的2—3倍。

3、短路结束之后，空载电压恢复速度快，以便电弧及时再引燃，避免断狐现象。

7、射流过渡：在电弧力的作用下焊丝短头的液态金属呈铅笔尖状液柱，由于液柱的表面张力很小，在较强的等离子流力作用下，细小的熔滴从尖端一个接一个以高速冲向熔池。

8、射流过渡在工艺上的主要优点：1、焊接过程稳定，飞溅极少，焊缝成形质量好。

2、由于电弧稳定，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，热流集中对焊件的熔透能力强。

所以射流过渡主要用于平焊厚度大于3mm的工件，不宜焊薄件。

9、射流过渡临界电流Ⅰc的大小与下列因素有关：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，其临界电流值也不同。

3）焊丝伸出长度焊丝伸出长度长，电阻热的预热作用增强，焊丝熔化快，易实现射流过渡，使临界电流值降低。

4）气体介质不同的气体介质对电弧电磁强度的影响不同。

5）电源极性直流反接时，焊丝为阳极，熔滴上的斑点压力较小，熔滴易脱落，临界电流较小，易实现射流过渡；直流正接时，焊丝为阴极，熔滴上的斑点压力较大，阻碍熔滴过渡，临界电流值较大，电弧不稳定，不易实现射流过渡。

10、熔敷效率：过渡到焊缝中的金属质量与使用的焊丝（条）金属质量之比。

熔敷系数：a y是指单位时间、单位电流所熔敷到焊缝中的焊丝金属质量。

飞溅损失通常用飞溅率φ来表示，其定义外飞溅损失的金属与熔化的焊丝（条）金属的质量百分比。

11滴状过渡飞溅的特点：1、CO2含量大于30%的混合气体保护焊时呈粗滴过渡，缩颈；2、细滴过渡时，飞溅较少，主要产生于熔滴与焊丝的缩颈处。

射流过渡飞溅的特点：以细滴状过渡，主要是受等离子流力作用机械拉断。

第三章母材的熔化和焊缝成形1、焊接熔池：在电弧热的作用下母材被熔化，填充材料也被加热熔化形成熔滴，向母材方向过渡，两金属混合在一起，共同形成具有一定几何形状的液体金属。

2、熔池受到的力及其对焊缝成形的影响1）熔池金属的重力 2.表面张力 3.焊接电弧力 4.熔滴冲击力。

一方面促使熔池内部的对流换热和填充金属与母材金属的混合，从而是焊缝各处的成分比较均匀一致，另一方面影响熔池的形状和焊缝的成形。

3、熔合比ｒ：指单道焊时，在焊缝横截面上熔化的母材所占的面积与焊缝的总面积之比。

r=Am/（Am+Ah）4、焊接参数和工艺因素对焊缝成形的影响（大题）一、焊接参数对焊缝成形的影响（1）焊接电流对焊缝成形的影响其它条件一定的情况下，随着电弧焊焊接电流的增加，H和h均增加，B略有增加。

原因：1）随着电弧焊焊接电流增加，作用在焊件上的电弧力增加，电弧对焊件的热输入增加，热源位置下移，有利于热量向熔池深度方向传导，使H增大。

2）电弧焊的焊芯或焊丝的熔化速度与焊接电流成正比。

3）焊接电流增大后，弧柱直径增大，但是电弧潜入工件深度增大，电弧斑点移动范围受到限制，因而B的增加量较小。

（2）电弧电压对焊缝成形的影响在其他条件一定的情况下，提高电弧电压，焊件输入的热量有所增加。

H略有减小而B增大、h减小。

（3）焊接速度对焊缝成形的影响在其他条件一定的情况下，提高速度V，B、h和H都减小。

二、焊接电流种类和极性、电极尺寸对焊缝成形的影响1.焊接电流的种类和极性a、钨极氩弧焊焊接钢、钛等金属材料时，直流正接时形成的焊缝熔深最大，直流反接时的熔深最小，交流介于两者之间。

b、熔化极电弧焊时，直流反接时的焊缝熔深和熔宽都要大于直流正接的情况，交流焊接的熔深和熔宽介于两者之间。

有阴极雾化作用。

2.钨极端部形状、焊丝直径和伸出长度的影响a、电弧越集中即0减小、k增大、H大、B减小。

b、焊丝越细，电弧加热集中，H增加，B减小。

c、l增加，h增大，H略有增加。

其他工艺因素对焊缝成形的影响1.坡口和间隙越大，h小2.电极前倾法H减小、B增大、h减小3.焊件倾角上坡焊时，H减小、B增大、h减小。

4.焊件材质导热性越好，H和B减小；厚度增加，B和H都减小。