《焊接方法与设备》知识要点

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第一章和第二章合并电弧焊基础知识

一焊接的概念：通过适当的物理化学过程（加热或者加压，或者两者同时进行，用或不用填充材料）使两个分离的固态物体产生原子（分子）间结合力而连接成一体的连接方法。

二电弧的概念：电弧是在一定条件下电荷通过电极间气体空间的一种导电过程，或者说是一种气体放电现象。

三电弧中带电粒子的产生：电弧是由两个电极和它们之间的气体空间组成。电弧中的带电粒子主要依靠两电极之间的气体电离和电极发射电子两个物理过程所产生的，同时也伴随着解离、激励、扩散、复合、负离子的产生等过程。

四电离与激励

（一）电离：在一定条件下中性气体分子或原子分离为正离子和电子的现象称为电离。

电离的种类：1热电离：高温下气体粒子受热的作用相互碰撞而产生的电离称为热电离。

2.电场电离：带电粒子从电场中获得能量，通过碰撞而产生的电离过程称为电场作用下的电离。

3.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。

（二）电子发射：金属表面接受一定的外加能量，自由电子冲破金属表面的约束而飞到电弧空间的现象。

1、热发射金属表面承受热作用而产生的电子发射现象。

热阴极：W、C 电极的最高温度不能超过沸点；冷阴极：Fe,Cu,Al,Mg等。

影响因素：温度、材质、表面形态

2、电场发射：当金属表面空间存在一定强度的正电场时，金属内的自由电子受此电场静电库伦力的作用，当此力达到一定程度时，电

子可飞出金属表面，这种现象称电场发射。

对低沸点材料，电场发射对阴极区提供带电粒子起重要作用。

影响因素：温度、材质、电场大小

3、光发射：当金属表面接受光辐射时，也可使金属表面自由电子能量增加，冲破金属表面的约束飞到金属外面来，这种现象称为光发射。

4、粒子碰撞发射：高速运动的粒子（电子或离子）碰撞金属表面时，将能量传给金属表面的自由电子，使其能量增加而跑出金属表面，这种现象称为粒子碰撞发射。

在一定条件下，粒子碰撞发射是电弧阴极区提供导电所需电子的主要途径。

（三）.负离子形成

在一定条件下，有些中性原子或分子能吸附一个电子而形成负离子，形成过程中放出热量。表征形成负离子的能力，用电子亲和能表示。亲和能大，电弧气氛中形成的负离子就多，电弧的导电能力就差。

负离子形成一般发生在电弧的外围温度低的区域，中性原子或分子捕获运动动能较低的电子。

五、焊接电弧的构成及其导电特性

（一）电弧的组成区域：阴极区10-4～10-6cm ；弧柱区：阳极区10-2～10-3cm

六、阴极区的导电机构

1.热发射型导电机构；

2.电场发射型导电机构；

3.等离子型导电机构

七、1.阴极斑点：阴极通过微小的斑点发射电子，这些斑点上的电流密度很高，称为阴极斑点。

电流密度：5×105～107A/cm 2。

形成阴极斑点的条件决定了焊接过程中一些现象的产生，即阴极表面上热发射性能强的物质有吸引电弧的作用；

阴极斑点有自动跳向温度高、热收射强的物质上的性能。如果金

属表面有低逸出功的氧化膜存在时，阴极斑点有自动寻找氧化膜的倾向。

2.阳极斑点：由于阳极斑点的形成条件之一是金属的蒸发，因此金属表面覆盖氧化膜时，同阴极斑点的情况相反，阳极斑点则有避开氧化膜而去自动寻找纯金属表面的倾向。

八、电弧力

1.电磁力：当电流在一个导体中流过时，整个电流可看成是由许多平行的电流线组成，这些电流线间将产生相互吸引力，使导体断面有收缩的倾向，这种收缩现象谓之电磁收缩效应，而作用的力称为电磁收缩力或电磁力。

2.等离子流力：在电弧中由于电弧推力引起高温气流的运动所形成的力称为等离子流力。等离子流力除影响焊缝形状外，它还有促进熔滴过渡、搅拌熔池、增加电弧的挺度等作用。

3.斑点力：斑点力在一定条件下将阻碍焊条熔化金属的过渡。

4.爆破力：熔滴短路过渡时由电磁收缩力及液柱小桥气化爆断引起，促进短路过渡，但会造成飞溅。

5.细熔滴冲击力：富Ar气体射流过渡焊接时，熔化金属形成连续细滴沿焊丝轴向高速射向熔池，产生很大的冲击力，此力加上电磁力、等离子流力，极易造成指状熔深。

九、电弧自身磁场的作用（一）是产生磁收缩力，促进熔滴过渡，保证一定的熔深，使电弧具有刚直性；影响因素：电流大小；气体介质压缩程度；电极形状

（二）是在一定条件下，会带来磁偏吹现象，使电弧不稳定，影响焊接过程及焊缝成形。

十、磁偏吹种类：导线接线位置引起的磁偏吹；（直流）电弧附近的铁磁物质引起的磁偏吹；剩磁引起的磁偏吹；交流电弧的磁偏吹解决办法：以交代直；短弧焊；工件消磁、避免周围铁磁物质；对于长和大的工件可采用两边连接地线的方法；选用厚皮焊条。

十一、焊丝的熔化速度、熔化系数及影响因素（一）熔化速度：单位时间熔化焊丝的重量或长度（m/h；g/h）。（二）熔化系数：单

位时间内通过单位电流时焊丝熔化的重量或长度（m/A·h;g/A·h）。

影响因素：焊接电流与电压电流极性保护气体介质电阻热

十二、熔滴过渡概念：焊丝（条）端头的金属在电弧热作用下被加热熔化形成熔滴，并在各种力的作用下脱离焊丝（条）进入熔池，称之为熔滴过渡。

十三熔滴上的作用力（一）表面张力：表面张力一方面使熔滴形成缩颈，另一方面是熔滴的主要维持力。

1与材料成分有关2熔滴上有表面活化物质时，可以大大降低表面张力系数3与气体介质有关4与熔滴温度有关。（二）重力：作用：平焊（推力）；立、仰焊（阻力）（三）电磁力：当d G>d D易过渡;

d G<="" p="">

十四熔滴过渡主要形式及特点

自由过渡是指熔滴脱离焊丝端部后，经过电弧空间自由运动一段距离后而落入熔池的过渡方式。

（一）滴状过渡1形态电弧弧根面积少，斑点力大。2 形成原因推力：重力，等离子流力3阻力：表面张力，斑点力4形成条件：小电流，大弧压

（二）喷射过渡：1形成条件：Ar或富Ar 2主要形式射滴亚射流射流

1.射滴过渡1）特点过渡熔滴的直径同焊丝直径相近，并沿焊丝轴线方向过渡到熔池中，过渡时的加速度大于重力加速度2）过渡力推力：电磁力、重力、等离子流力阻力：表面张力3）应用焊接方法: 铝MIG，钢脉冲MIG

2 .射流过渡1）特点：熔滴体积小、过渡频率快，等离子流力大，粒子冲击力大，伴有“咝咝”声2）条件：富Ar，直流反接，I>I临接触过渡是焊丝端部的熔滴通过与熔池表面相接触而过渡到熔池中去

（三）短路过渡采用较小电流和低电压焊接时，熔滴在未脱离焊丝端头前就与熔池直接接触，电弧瞬时熄灭短路，熔滴在短路电流产生的电磁收缩力及液体金属的表面张力作用下过渡到熔池中。短路过