第一章-焊接方法概述

表1 常见气体粒子的电离电压
气体粒子
H He
电离电压 /V
13.5 24.5（54.2）
气体粒子
W H2
电离电压 /V
8.0 15.4
C
N O
11.3（24.4，48，65.4）
14.5（29.5，47，73，97） 13.5（35，55，77）
Na
O2 Cl2
15.5
12.2 13
F
Na Cl Ar K Ca
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）
CO
NO OH H2O CO2 Fe
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。
焊接

加热 钎 料
熔化焊
钎焊
加压
压力焊
熔化焊：

电弧焊 气 焊 铝热焊 电渣焊 根据热源来分类 电子束焊 激光焊 电阻点焊 电阻缝焊
电弧焊：

熔化极 电弧焊
非熔化极 电弧焊

手工电弧焊 埋弧焊 熔化极气体保护焊(GMAW) CO2焊 螺柱焊
钨 极 氩 弧 焊 （GTAW） 等离子弧焊
电 源
第一章 焊接方法概述
一、焊接及其本质：
焊接是通过适当的物理化学方法，使两个分离的固体通过 原子间的结合力结合起来的一种连接方法。 1) 固体结合
金属—金属
金属—非金属 非金属—非金属
2)
依靠原子间的结合力 --- 焊接本质 通过原子间的结合力将两个固体连接起来，对于金属 来说，必须产生金属键，也就是说，被连接表面要接 近到原子晶格间距。
（2）阴极电子发射
在电弧焊中，电弧气氛中的带电粒子一方面由电离产生，
另一方面则由阴极电子发射获得。两者都是电弧产生和维持不 可缺少的必要条件。 由于从阴极发射的电子，在电场的加速下碰撞电弧导电空 间的中性气体粒子而使之电离，这样就使阴极电子发射充当了
维持电弧导电的“原电子之源”。因此，阴极电子发射在电弧
电弧两极间带电粒子产生的来源有：中性气体粒子的电离、
金属电极发射电子、负离子形成等。其中气体电离和阴极发射电 子是电弧中产生带电粒子的两个基本物理过程。
（1）气体的电离
1） 气体电离：在外加能量作用下，使中性的气体分子或原子分离成 气体电离的实质，是中性气体粒子（分子或原子）吸收足够的外 部能量，使得分子或原子中的电子脱离原子核的束缚而成为自由电子 和正离子的过程。 使中性气体粒子电离所需的最小外加能量称为电离能。电离能通 常以电子伏（ev）为单位，1电子伏就是指1个电子通过电位差为1V的 两点间所需做的功，其数值为1.6 × 10-19J。电弧气氛中常见气体粒 子的电离电压见表1。 电子和正离子的过程称为气体电离。
6）焊接是一种“柔性”加工工艺，既适用于大批量生 产，又适用于小批量生产。
焊接电弧的物理基础
1．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，如右图所示 。 两电极之间的气体导电，必须 具备两个基本条件： ①两电极之间有带电粒子； ②两电极之间有电场。


2） 电离种类： 根据外加能量来源的不同，气体电离种类可分为以下几种： ①热电离 电弧中带电粒子数的多少对电弧的稳定起着重要作用。 单位体积内电离的粒子数与气体电离前粒子总数的比值称
为电离度，用ｘ表示，即
x = 已电离的中性ห้องสมุดไป่ตู้子密度 / 电离前的中性粒子密度 随着温度的升高，气体压力的减小及电离电压的降低， 电离度随之增加，电弧中带电粒子数增加，电弧的稳定性 增强。
电极
电弧焊
工件
三、焊接方法特点：
1）焊接可将各个零部件直接连接起来，无需其他附加件， 接头强度一般也能达到与母材相同，因此，焊接产品的重量 轻、成本低。 2）焊接接头是通过原子间的结合力实现的连接，均匀性及 整体性好、刚度大，在外力作用下不像机械连接那样产生较 大的变形。 3）焊接结构具有良好的气密性、水密性，这是其他连接方 法无法比拟的。 4）可连接不同类型的金属材料、不同形状及尺寸的材料， 可使金属结构中材料的分布更合理。 5）可将结构复杂的大型构件分解为许多小型零部件分别加 工，然后再将这些零部件焊接起来，这样就简化了金属结构 的加工工艺、缩短了加工周期。
热电离度x与温度T之间的关系如图2所示。
图2
②场致电离
当带电粒子的动能增加到一定数值时，则可能与中性粒
子发生非弹性碰撞而使之产生电离，这种电离称为场致电 离。
在电弧的阴极压降区和阳极压降区，电场强度可达105107V/cm，远高于弧柱区，因而会产生显著的场致电离现象。 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。
3)
要通过一定的物理、化学过程 加热：电弧焊、钎焊 加压：冷压焊
加热+加压：电阻焊、扩散焊
d d要求达到：10nm 放大 氧化物
因此：
采取必要的措施。
10m
二、焊接方法的分类
利用一定的热源，使构件的被连接部位 熔化焊： 局部熔化成液体，然后再冷却结晶成一 体的方法称为熔焊。 利用摩擦、扩散和加压等物理作用，克服 两个连接表面的不平度，除去氧化膜及其 压力焊： 它污染物，使两个连接表面上的原子相互 接近到晶格距离，从而在固态条件下实现 连接的方法。 采用熔点比母材低的材料作钎料，将焊 钎 焊： 件和钎料加热至高于钎料熔点、但低于 母材熔点的温度，利用毛细作用使液态 钎料充满接头间隙，熔化钎料润湿母材 表面，冷却后结晶形成冶金结合。
导电过程中起着特别重要的作用。
1）电子发射与逸出功
阴极表面的自由电子受到一定的外加能量作用时，从阴 极表面逸出的过程称为电子发射。 电子从阴极表面逸出需要能量，1个电子从金属表面逸出 所需要的最低外加能量称为逸出功（Aw），单位是电子伏。 因电子电量为常数e，故通常用逸出电压（Uw)来表示，Uw = Aw / e，单位为V。 逸出功的大小受电极材料种类及表面状态的影响。