熔焊方法及设备

第一章

气体放电: 两电极之间存在电位差时, 电荷从一极穿过气体介质到达另一极的导电现象.

自持放电区:

导电机构: 暗放电, 辉光放电, 电弧放电

电弧的物理本质: 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最大, 电压最低, 温度最高, 发电最强的自持放电现象.

气体放电的两个条件: 1. 必须具有带电离子; 2. 两电极之间必须有一定强度的电场

解离: 在能量足够大时, 由多原子构成的气体分子分解为原子状态

电离: 在外加能量作用下, 使中性气体分子或原子分离成为正离子和电子的现象

激励: 当中性气体分子或原子收到外加能量的作用不足以使电子完全脱离气体分子或原子时, 而使电子从较低能级转移到较高能级的现象

电离的种类:

1.热电离: 气体粒子受热的作用而产生的电离

在电弧通过碰撞传递能量使气体电离的过程中, 电子与气体粒子的碰撞作用最有效

热电离的电离度: 与温度正相关, 与气体压力负相关, 与气体电离电压负相关

实效电离度: 电子密度与电离前中性粒子密度的比值

2.光电离

3.场致电离

电子的发射: 热发射, 场致发射, 光发射, 粒子碰撞发射

带电离子的消失方式:

1.扩散, 带电离子离开他们原来的地方, 逃逸到电弧四周, 不再参加放电过程

2.复合, 正负带电粒子结合成中性的原子或分子

阴极区的导电机构: 热发射型, 场至发射型, 等离子型

弧柱区温度最高(1. 电极受到电极材料的熔点和沸点的限制, 弧柱区中的气体和金属蒸汽不受这一限制; 2. 气体介质的导热性不如金属电极, 热量损失较少);电离和复合过程非常激烈; 弧柱区弧柱电压的大小与电弧的气体种类, 电流大小相关

阳极区的导电机构: 场致电离, 热电离; 大电流熔化极焊接和钨极氩弧焊时, 阳极区压降接近于零

焊接电弧静特性: 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

焊接电弧动特性: 对于一定弧长的电弧, 当电弧电流发生连续快速变化时, 电弧电压与电流瞬时值之间的关系

阴极区得到的热能: Pk= I(Uk-Uw-Ut)阴极压降-逸出电压-弧柱区温度的等效电压

阳极区得到的热能: Pa= I(Ua+Uw+Ut) 阳极压降+逸出电压+弧柱区温度的等效电压

弧柱区得到的热能: Pc= IUc弧柱压降

焊接电弧力:

1.电磁收缩力: 两个导体电流方向相同而产生的吸引力(大小与导体中的电流成正比, 与两

导线间的距离成反比);

F推= KI2lg(Rb / Ra), 电弧静压力=K(电弧形态)焊接电流2 * lg(锥形弧柱下底面半径/ 锥形弧柱上底面半径)

电弧静压力F推的分布是: 由中心轴向周边降低

2.等离子流力: 电弧推力引起的等离子气流高速运动所造成的力

与等离子气流的速度, 焊接电流, 电极状态, 电弧形态, 电弧长度等相关

3.斑点压力: 当电极表面上形成斑点时, 由于斑点的导电和导热特点, 在斑点上产生斑点

压力, 它包括: 1. 正离子和电子对电极的碰撞力, 电磁收缩力(向上的电磁力阻碍熔滴过渡; 阴极斑点尺寸小于阳极斑点尺寸, 阴极斑点受力大于阳极斑点), 电极材料蒸发产生的反作用力

焊接电弧力的影响因素:

1.焊接电流和电弧电压: 电流增大, 电弧力显著增加; 电压增加. 电弧力降低

2.焊丝直径: 焊丝直径越小, 电弧力越大

3.电极的极性

4.气体介质: 导热性强的气体, 电弧空间气体压力增大, 气体流量增加, 使电弧力增加

5.钨极端部的几何形状

6.电流的脉动: 电弧力低于直流正接时的压力, 高于直流反接时的压力

焊接电弧的稳定性: 焊接时电弧保证稳定燃烧的程度

影响因素:

1.焊接电源: 空载电压越高, 焊接电源的外特性与焊接电弧的静特性相匹配, 电弧稳定性

越高

2.焊接电流和电弧电压:焊接电流大, 电弧电压小, 电弧稳定性好

3.电流的种类和极性:直流电弧最稳定, 脉冲电流次之, 交流电弧稳定性最差; 对于熔化极

电弧焊, 直流反接电弧稳定性好, 对于钨极氩弧焊, 直流正接电弧稳定性好

4.焊条药皮和焊剂

5.磁偏吹: (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, 导致焊接电弧偏

离焊丝的轴线而向某一方向偏吹的现象), 交流电焊接时磁偏吹弱

第二章

焊丝的熔化热源: 电弧热, 电阻热; 焊丝接负极比接正极熔化快

熔化系数:每安培焊接电流在单位时间内所熔化的焊丝质量

焊丝熔化速度: 单位时间内焊丝的熔化长度

影响因素:

1.焊接电流: 电流增大, 焊丝熔化速度加快

2.电弧电压: 当电弧电压较高时, 电弧电压对熔化速度的影响很小; 当电弧电压较小时,

电弧电压增大, 熔化速度增加

3.焊丝直径: 焊丝越细, 熔化速度越大

4.焊丝伸出长度: 伸出长度越长, 熔化速度越快

5.焊丝材料: 焊丝材料不同电阻率不同, 产生的电阻热就不同

6.气体介质和焊丝极性

熔滴上的作用力:

1.重力: 平焊时, 重力促进熔滴过渡

2.表面张力(焊丝端头保持熔滴的主要作用力): 径向分力使熔滴在焊丝末端产生缩颈, 轴

向分力使熔滴保持在焊丝末端, 阻碍熔滴过渡; 仅在仰焊, 立焊, 横焊时, 表面张力有利于熔滴过渡(熔滴与熔池接触时表面张力有将熔滴拉入熔池的作用; 使熔池或熔滴不宜流淌)

3.电弧力: 电流较小时, 重力和表面张力起主要作用了电流较大时, 电弧力对熔滴过渡起

主要作用

4.爆破力

5.电弧气体吹力

短路过渡:

1.主要用于细丝CO2气体保护焊, 低电压小电流的焊条电弧焊

2.短路频率越高, 过渡越稳定, 飞溅越小, 生产率越高

3.短路时间取决于电流增长速度di/dt, 通过串联在焊接回路中的电感来调节

4.保证短路过渡稳定进行: 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; 2. 要有合适的短路电流峰值电流; 3. 短路结束之后, 空载电压恢复速度快

短路过渡的飞溅: 飞溅大小是衡量电弧稳定性的最直观标志; 减少飞溅的重要途径是改善电流动特性, 适当限制短路峰值电流

滴状过渡的飞溅: 主要产生于熔滴与焊丝之间的缩颈出

喷射过渡的优点:

1.焊接过程稳定, 飞溅少, 焊缝成形好

2.电弧稳定, 保护气流的保护效果好

3.电弧功率大, 热流集中, 适合焊接厚件

第三章:

焊缝形成的过程: 加热, 熔化, 化学冶金, 凝固, 固态相变

熔池前部长度: 与热输入功率正相关, 与焊接速度成反比

熔池尾部长度: 与热输入功率成正比, 与焊接速度无关

比热流: 单位时间内通过单位面积传入焊件的热量; 正态规律分布; 热输入功率一定时, 电弧集中系数越大, 比热流越大

热输入功率, 电弧力等条件一定时, 电弧集中系数越大, 熔深增加, 熔宽减小