电弧焊基础第二章电弧焊熔化现象
第2章 焊丝的熔化与熔滴过渡
滴，由于受到各种大小不同的作用力，具体形状和位置不断变 化，从而熔滴以不同的形式脱离焊丝或焊条，过渡到熔池中去。
一
熔滴上的作用力
熔滴上的作用力可分为重力、表面张力、电弧力、熔滴爆破力 和电弧气体的吹力等。
1
重力
重力对熔滴过渡的影响依焊接位置的不同而不同。平焊时， 熔滴上的重力促使熔滴过渡；而在立焊及仰焊位置则阻碍熔滴 过渡。
1)
s
m y m
100%
焊接中飞溅的产生
a. 伴随气体析出而引起的飞溅．
b. c. d.
气体爆炸引起的飞溅
电弧斑点力引起的飞溅
短路过渡再引燃引起的飞溅 焊接方法和规范 过渡形式 电源动特性 气体介质 极性 焊丝、焊件表面的清洁度
２）影响飞溅的因素
a. b. c. d. e. f.
图2-21 射流过渡形成机理示意图
图2-22 熔滴过渡频率（或体积）与电流的关系 钢焊丝 φ1.6mm,Ar+O2(1%),弧长6mm,DCEP
图2-23 不同材质焊丝的临界电流
图2-24 焊丝直径、伸出长度与临界电流的关系
图2-25 射流过渡时飞溅示意图
磁控旋转射流过渡
a.正常射流过渡 b.旋转射流过渡
c. ５） a. b.
c.
d.
图2-12 短路过渡示意图
图2-13 短路过渡过程电弧电压和电流动态波形图
图2-14 短路过渡的主要形式
a.固态断路 b.细丝小电流时 c.中等电流小电感时
图2-15 短路过渡频率与电弧电压的关系
图2-16 送丝速度与短路过渡频率、短路时间和短路电流峰值的关系
２ 接触过渡（短路过渡）
１） 定义：当电流较小，电弧电压较低时，弧长较短，熔滴未长成大 滴就与熔池接触形成液态金属短路，电弧熄灭，随之金属熔滴在 表面张力及电磁收缩力的作用下过渡到熔池中去，熔滴脱落之后 电弧重新引燃，如此交替进行。 短路过渡的过程： 稳定性及其影响因素
焊接方法与设备第2章 焊条电弧焊知识讲解
19
(2)BX1—300型弧焊变压器 BX1—300是动铁式弧焊变压器，它由一个口字形固定铁心和一
个梯形活动铁心组成，活动铁心构成了一个磁分路，以增强漏 磁使焊机获得陡降外特性。她的一次侧和二次侧绕组各自分成 两半，分别绕在变压器固定铁心上，一次侧绕组两部分串联接 电源，二次侧绕组两部分并联接焊接回路。 BX1-300焊机的焊接电流调节方便，仅需移动铁心就可满足电流 调节要求，其调节范围为75-400A，调节范围广。当活动铁心由 里向外移动而离开固定铁心时，漏磁减少，则焊接电流增大， 反之，焊接电流减少。其梯形动铁心相对固定铁心移动调节电 流大小，如图2-9所示。
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图2-9 动铁心相对固定铁心移动调节电流
Ⅰ—静铁心 Ⅱ—动铁心 δ—气隙长度
21
2.弧焊整流器 (1)硅弧焊整流器 硅弧焊整流器是以硅二极管作为整流元件，利用降压变 压器将50Hz的单相或三相交流电网电压降为焊接时所需的低电压，经硅整 流器整流和电抗器滤波后获得直流电的直流弧焊电源。硅弧焊整流器曾一 度是直流弧焊发电机的替代产品之一，现有被晶闸管式弧焊整流器、弧焊 逆变器替代的趋势，其型号有ZXG—160、ZXG—400等。硅弧焊整流器的组 成如图2-10所示。
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三、 常用焊条电弧焊电源 1.弧焊变压器 (1)BX3—300型弧焊变压器 BX3—300型弧焊变压器属于动圈式，是生 产中应用最广的一种交流焊机，其外 形如图2-7所示。它是依靠一、二次 侧绕组间漏磁获得陡降外特性的。
图2-7 BX3—300型弧焊变压器外形 17
其结构如图2-8所示，它有一 个高而窄的口字形铁心。变压 器的一次侧绕组分成两部分， 固定在口形铁芯两芯柱的底部。 二次侧绕组也分成两部分，装 在两铁心柱的上部并固定于可 动的支架上，通过丝杆连接， 转动手柄可使二次侧绕组上下 移动，以改变一、二次侧绕组 间的距离，从而调节焊接电流 的大小。
《焊接方法及设备》课程考试大纲
《焊接方法及设备》课程考试大纲一、考试对象修完该课程所规定内容的本科学生。
二、考试目的考核学生对《焊接方法及设备》基本理论、方法、措施的掌握程度以及综合分析问题的能力，属水平测试。
三、考试内容、要求第一章 焊接电弧基础考试内容电弧中的带电粒子 电弧导电机构 电弧产热及温度分布 电弧压力与等离子气流 直流电弧与交流电弧 焊接电弧静特性 焊接电弧动特性 阴极斑点和阳极斑点 电弧的阴极清理作用 最小电压原理 电弧的挺直性与磁偏吹 保护气的选择及作用 电弧的引燃 交流电弧稳弧措施考试要求1.掌握焊接电弧的机理、电子发射和电弧导电机构；2.理解焊接电弧的产热机构、热效率、温度分布，掌握电弧力的产生、分类及影响因素；3.掌握直流电弧与交流电弧的特点，掌握交流电弧的稳弧措施；4.掌握焊接电弧静特性曲线特征及其影响因素，掌握阴极斑点和阳极斑点的含义；5.理解电弧的阴极清理作用和最小电压原理的物理意义；6.理解各种磁场对电弧的作用，掌握电弧挺直性的含义，掌握磁偏吹的概念、产生原因及改善方法；7.了解保护气体的选择及作用。
第二章 电弧焊熔化现象考试内容母材熔化特征和焊缝形状尺寸 熔池金属的对流和对流驱动力 焊接参数与工艺的影响 熔滴上的作用力与熔滴过渡分类 焊缝成形缺陷及形成原因 焊丝的熔化与熔化速度考试要求1.了解母材熔化特征和焊缝形状尺寸；2.掌握熔池金属的对流和对流驱动力；3.掌握焊接参数对工艺的影响、焊缝成形缺陷及形成原因；4.了解焊丝的熔化与熔化速度，掌握熔滴上的作用力与熔滴过渡分类。
第三章 钨极氩弧焊考试内容钨极氩弧焊焊接规范条件、工艺条件 A-TIG焊接技术 钨极氩弧焊原理与特点、应用对象、设备 各种钨电极的基本特性、钨极直径和前端形状 钨极氩弧焊直流焊接与交流焊接 低频、高频脉冲焊 摆动电弧焊接 自动焊弧长调节考试要求1.掌握钨极氩弧焊的原理与特点，了解钨极氩弧焊的应用对象、设备；2.了解TIG焊中的钨电极材料的基本特性，了解钨极直径和前端形状对工艺的影响作用；3.掌握钨极氩弧焊直流焊接、交流焊接、低频、高频脉冲焊的特点；4.掌握钨极氩弧焊焊接条件的选择；5.了解钨极氩弧焊中的常见焊接技术。
电弧焊熔化现象2 第7次详解
影响焊丝熔化速度的因素
－－－熔滴过渡形式
铝
结论： 以喷射过渡和粗滴过渡临界点处 的临界电流为分界线，熔化特性 曲线的斜率发生变化。在熔滴呈 细小颗粒的喷射过渡区，熔化特 性曲线的倾斜率较大，也就是比 熔化量减小。
原因： 喷射过渡区中从焊丝前端脱落的 熔滴其平均温度高于粗滴过渡区 的熔滴平均温度，熔化同量的焊 丝需要更多的热量输人。
伸区的电流产生的电阻热。
铝焊丝和钢焊丝的电阻率哪 个大？
焊丝的熔化与熔化速度
评价焊丝熔化特性的参数 ? 比熔化量：单位时间．单位电流下的脱落金属
量，称作焊丝的比熔化量MR[单位mg／(A.s)] 比熔化量与电流无关 用于评价同一材料不同直径的焊丝的熔化特性 ? 焊丝熔化速度 焊接参数: 送丝速度
焊接过程稳定的前提下， 焊丝熔化速度＝比熔化量x电流
5. 试分析常见焊缝成形缺陷的产生原因及防止措施。
干伸长与焊丝熔化速度的关系从 直线－曲线的原因？
预热 熔化
注意：
铝焊丝－－电阻产热的效果不显著，常忽略干伸 长区的电流产生的电阻热 钢焊丝－－电阻产热的影响非常大，必须考虑
熔化速度与电流关系 －－不锈钢焊丝与铝焊丝
正比 比熔化量定值
铝焊丝：比熔化量与焊丝直径无关，几乎为定值 不锈钢：非正比 ，比熔化量是变值
影响焊丝熔化速度的因素
比熔化量在弧长 8mm下发生变化
等熔化速度曲线
结论： 1. 电流增加，焊丝送进速度
增加 2. 短路过渡－亚射流过渡－
喷射过渡，功率增大，熔 滴从加热不充分－－加热 充分。 3. 在亚射流区，比熔化量增 大，由于弧长缩短，熔滴 的平均温度降低。 4. 滴状过渡－喷射过渡，由 于电流增加，温度增加， 熔滴表面张力增加
电弧焊熔化现象
旳影响规律。
一、焊缝（weld）形成过程
母材熔化形成熔池(molten pool)／熔池凝固形成焊 缝——熔池形状与焊缝质量有关
二、焊缝形状与焊缝质量旳关系
焊缝成形旳基本参数： 熔深； 熔宽； 余高； 焊缝成形系数：焊缝宽度／焊缝厚度
TIG焊、等离子弧焊 η 约为(50～70)％； 熔化极弧焊，因为熔滴过渡时将其保有旳热量带到母材， η可到达(70～80)％，其中埋弧焊旳η值最高；
电弧介质及焊接电流值对 η 旳影响较小，但弧长会对 η有某种程度旳影响。
2．母材旳熔化断面形状
在电弧热作用下，母材旳熔化形态基本上由母材旳热 物理参数(比热、热传导率等)、母材旳形状、焊接速度等决 定，并受到电弧对母材旳热输入量及电弧燃烧形态旳影响。
PC = Ⅰ（Uc – Uw– UT1） PA = Ⅰ（UA + UT2 + Uw ）
式中UA为阳极压降，Uc为阴极压降，Uw为电极材料旳 功函数，UT为弧柱电子动能旳等价电压。
在一般电弧焊接中，虽然弧柱温度到达6000K，UT值也 在1V下列，而且电流密度较大时UA接近于0，所以熔化等价 电压主要由Uc和Uw值决定。
填充金属过多，或熔池重力作用引起旳； 在焊缝上汇集成凸出旳堆高。这大多是因为不稳定旳熔滴
过渡造成。
焊缝旳其 它缺陷如右图 所示，其成因 涉及到综合旳 工艺原因。
第二节 焊丝熔化与熔滴过渡
一、焊丝熔化热与熔化速度 1. 焊丝熔化热
焊丝熔化所需要旳热量大部分来自电弧对电极前端旳加 热。弧焊中焊丝作为阳极还是作为阴极，其前端旳产热量是 不同旳，各自产热旳等价电能PA、PC 分别可用下面简化公 式体现：
焊接基础知识
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ
Uf
变，从而岁电流增加，电弧电压
增加，呈现上升特性。 If
影响电弧静特性的因素：
电弧长度
Ua
L2 >L1 L2 L1 电弧长度对电弧静特性的影响
影响电弧静特性的因素：
电弧长度 当弧长变化时， 静特性曲线平行 移动，即当电弧 长度增加时，电 弧电压也增加。 • 在焊条电弧焊应用的电流范围内，可以近似认为电 弧电压仅与电弧长度成正比的变化，而与电流大小 无关，其值一般为16～25V。
(2) 阴极电子发射
• 阴极表面在外加能量作用下连续向外发射出电子 的现象称阴极电子发射。 • 在一般情况下，电子是不能离开金属表面向外发 射的。要使其逸出金属电极表面而产生电子发射， 必须加给电子一定能量。 • 使一个电子由金属表面飞出所需要的最低外加能 量称为逸出功。物质的逸出功一般为电离能的 1/2～1/4。 • 逸出功不仅与元素种类有关，也与物质表面状态 有很大关系。表面有氧化物或其它杂质时，均可 使逸出功大大降低。
的两个必要条件。
•
正常状态下，气体是由中性分子或原子组成 的，不含带电粒子。它们虽然可以自由移动，但 不会受电场作用而产生定向运动，所以是不导电 的。因此，要使正常状态的气体产生电弧导电， 必须先有一个产生带电粒子的过程，即气体电离； 同时，为了使电弧维持“燃烧”，要求电弧的阴 极不断发射电子，这就必须不断地输送电能给电 弧，以补充所消耗的能量。
力大
力小
• 电磁静压力：电弧轴向推力 在电弧横截面上分布不均匀， 弧柱轴线处最大，向外逐渐 减小，在焊件上表现为对熔 池形成的压力 • 结果： 碗状熔深焊缝形状。
电弧焊熔化现象
第2章电弧焊熔化现象9母材熔化特征和焊缝形状尺寸9熔池金属的对流和对流驱动力焊接参数与工艺的影响焊缝成形缺陷及形成原因2.1 母材熔化与焊缝成形1. 母材熔化特征和焊缝形状尺寸1）母材的熔化热与温度分布熔池温度测量示例（铝）（MIG, I=390~430A, v ＝26cm/min, Ua=39~41V ）电弧产热借助于传导、辐射、电子能量、熔滴、等离子气流等传入母材。
aU I Q ⋅⋅=ηTIG热效率达50～70％。
气体保护焊熔滴过渡把热量带给母材，达70～80％熔池内部以靠近热源处的温度较高，随着与热源距离的增加而单调减小。
2）母材的熔化断面形状在电弧热作用下，母材的熔化形态基本上由母材的热物理参数（比热、热传导率等）、母材的形状、焊接速度等决定，并受到电弧对母材的热输入量及电弧燃烧形态的影响。
母材熔化形态分类3）焊缝形状尺寸平焊位置焊缝形状尺寸（单道焊缝）电弧正下方的熔池金属在电弧力的作用下克服重力和表面张力被排向熔池尾部，冷却结晶形成焊缝。
焊缝的形状与熔池形状有直接联系。
因母材接头形状尺寸和所处空间位置的不同，在各种力的平衡作用下所形成的熔池呈现不同的形态。
焊缝成形系数HB /=ϕ会影响熔池中气体逸出的难易、熔池的结晶方向、成分偏析、裂纹倾向性。
余高α可避免熔池金属凝固收缩时形成缺陷，也可增加焊缝承载能力。
但余高过大将引起应力集中或降低抗疲劳强度。
2. 熔池金属的对流和对流驱动力熔池中金属的对流对材料焊接区的热输送现象及所形成的焊缝形状尺寸有很大的影响。
GTA焊接，阳极和阴极之间产生的电弧热主要是从阴极到阳极流动着的电子流以及等离子气流的热传导传送到母材，进入母材的热量使母材熔化并形成熔池。
即使相同数量的热量从电弧进入焊接熔池，因熔池内部熔化金属流动情况或热对流、热输送的不同，最终所形成的焊缝断面形状、尺寸也会有很大的差别。
1）熔池金属的对流驱动力a) 电弧等离子气流作用下产生的熔池金属的对流b) 由于熔池表面上的表面张力产生的对流，称作表面张力流。
第二章 电弧焊熔化现象
注意：微量元素会对熔深、熔宽有影响，当采用规范参数 不变时，可通过调整微量元素来改变熔深。
3） 焊接熔池表面张力流的研究（自学） 注意：微量元素会对熔深的影响原因是 引起表面张力的正温度系数变化。氧、
硫使熔深增加的原因如右图：
3
等离子流及电磁对流对熔化现象的影响 等离子流使熔池表面金属产生向着周边的流动。 电磁对流使熔池表面金属产生向着熔池中心的流动。
2）坡口和间隙
采用对接形式焊接薄板时不需留间隙，也不需开坡口； 板厚较大时，为了焊透工件需留一定间隙或开坡口，此时 余高和熔合比随坡口或间隙尺寸的增大而减小，因此，焊 接时常采用开坡口来控制余高和熔合比。
总之，影响焊缝成形的因素很多，想获得良好的焊缝 成形，需根据工件的材料和厚度、焊缝的空间位置、接头 形式、工作条件、对接头性能和焊缝尺寸要求等，选择合 适的焊接方法和焊接工艺参数；否则就可能造成焊缝的成
（一）熔滴上的作用力
1
重力
重力对熔滴过渡的影响依焊接位置的不同而不同。 平焊时，熔滴上的重力促使熔滴过渡；而在立焊及仰 焊位置则阻碍熔滴过渡。 FG＝mg＝(4／3)πRD³ρg
2
表面张力Fσ 此处的表面张力Fσ 是指焊丝端头上保持熔滴的 作用力。
Fσ ＝2π Rσ 式中 ： R——焊丝半径；σ ——表面张力系数。
3） 熔池内部的电流产生的电磁力：指向电流发散方向。
4）熔化金属密度差引起的浮力流。 2 表面张力流与微量元素的影响 1）液态金属的表面张力 （1） 表面张力随温度的增加而降低。
（2） 大多数液态金属，当其含有氧、硫等表面活性元素 时，表面张力会大幅度降低。 注意：当有表面活性元素存在时，表面张力的温度系数会 变为正值。见P65图2.11。 2） 微量元素对熔池现象的影响（自学）
第二章 焊丝的熔化和熔滴的过渡
图2-3 不锈钢焊丝熔化速度与电流的关系
第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡
5．焊丝材料的影响
焊丝材料不同，电阻率也不同， 焊丝材料不同，电阻率也不同，所产生的电阻热 不同，因而对熔化速度的影响也不同。 不同，因而对熔化速度的影响也不同。不锈钢电阻率 较大，对焊丝的熔化速度影响较明显。 较大，对焊丝的熔化速度影响较明显。
2.1.1焊丝的熔化热源 2.1.1焊丝的熔化热源
熔化极电弧焊时，焊丝的作用: 熔化极电弧焊时，焊丝的作用: 1.作为电弧的一个电极 作为电弧的一个电极； 1.作为电弧的一个电极； 2.作为填充材料 作为填充材料。 2.作为填充材料。 加热熔化焊丝的主要热量： 加热熔化焊丝的主要热量： 1.电弧热 电弧热； 1.电弧热； 2.焊丝自身的电阻热 焊丝自身的电阻热。 2.焊丝自身的电阻热。
第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡
1．焊接电流的影响
电流增大，熔化焊丝的电阻热和电弧热增加， 电流增大，熔化焊丝的电阻热和电弧热增加，焊 丝熔化速度加快。 丝熔化速度加快。
图2-2 铝焊丝熔化速度与电流的关系
第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡
图2-3 不锈钢焊丝熔化速度与电流的关系
第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡
第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡 2.2.5 电弧气体吹力
焊条电弧焊时，焊条药皮的熔化 滞后于焊芯的熔化，在焊条的端头形成套筒， 见图2-9。 药皮中造气剂分解产生的CO、CO2、H2及O2 等在高温作用下急剧膨胀，从套筒中冲出， 推动熔滴冲向熔池。 无论何种位置焊接，这种力都有 利于熔滴过渡。
图2-9 焊条药皮套筒示意
第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡
BC段的这种熔化特性在电弧焊中具有重要意义。 BC段的这种熔化特性在电弧焊中具有重要意义。 段的这种熔化特性在电弧焊中具有重要意义 称为“电弧的固有调节作用(Intrinsic 称为“电弧的固有调节作用(Intrinsic Self Characters)” Regulation Characters)”。
第二章 电弧焊熔化现象
35
第二章 电弧焊熔化现象
第 一 节 母 材 熔 化 和 焊 缝 成 形
36
第二章 电弧焊熔化现象
第 二 节 焊 丝 熔 化 与 熔 滴 过 渡
2.2.1 焊丝的熔化与熔化速度 1. 焊丝的熔化热 由焊丝前端产热和焊丝干伸长电阻产热两 部分构成： Pm＝I*(Um+I*Re) Um为电弧热等价电压； Re为干伸长焊丝等价电阻。
39
第二章 电弧焊熔化现象
第 二 节 焊 丝 熔 化 与 熔 滴 过 渡
比熔化量与焊 接电流无关！
40
第二章 电弧焊熔化现象
第 二 节 焊 丝 熔 化 与 熔 滴 过 渡
B
焊丝熔化速度 由来自电弧的热输入量及焊丝的电阻 产热所决定，与焊丝干伸长呈线性关系。 vf=α*I+Le*I*I 焊丝熔化速度与电流呈抛物线关系，与 干伸长呈正比。
焊丝极性及保护气混合比对熔化速度的影响
44
第二章 电弧焊熔化现象
第 二 节 焊 丝 熔 化 与 熔 滴 过 渡
熔滴过渡形态与焊丝熔化速度的关系
45
第二章 电弧焊熔化现象
第 二 节 焊 丝 熔 化 与 熔 滴 过 渡
铝焊丝熔化速度与电流及电弧电压的关系
46
第二章 电弧焊熔化现象
第 二 节 焊 丝 熔 化 与 熔 滴 过 渡
▲熔池中熔化金属的对流比较自由，热 量通过熔池和固体金属的界面流出。 ▲熔池横断面呈现半圆形。
9
第二章 电弧焊熔化现象
第 一 节 母 材 熔 化 和 焊 缝 成 形
中心熔化型 ▲与周围区域相比，电弧正下方产 生了很深的熔化。 ▲产生在细丝大电流焊接中。 ▲源于电弧力和等离子力对熔池的 挖掘作用。 Parc∝I*I
电弧焊基础第二章电弧焊熔化现象
? 余高过大将引起应力集中或降低抗疲劳强度 ? 熔合比γ ： γ=Fm/ （Fm+F H）
? 坡口和熔池形状改变时， γ都将发生变化 ? 电弧焊接中碳钢、合金钢和有时金属时，可通过改变 γ来调整
焊缝的化学成分，降低裂纹倾向和提高焊缝的机械性能。
3、影响焊丝熔化速度的因素
①焊接电流
3、影响焊丝熔化速度的因素
②焊丝干伸长（电阻热）
3、影响焊丝熔化速度的因素
③气体介质及焊丝极性
3、影响焊丝熔化速度的因素
④熔滴过渡形态
3、影响焊丝熔化速度的因素
⑤电弧电压
电弧的固有自身调节作用： 指在焊丝送丝速度发生变化时，焊丝熔化系
数随弧长的减小而增大的现象。 它使电弧自身具 有保持弧长稳定的能力。
（2）电压对焊缝尺寸 的影响
H、B、a 0
B H a
U
（3）焊速对焊缝尺寸的影响
H、B、a
B
H
a
a
0
υw
（二）电流种类和极性的影响
1、熔化极电弧焊：直流反接→B↑ H ↑ 直流正接→B↓ H↓ 交流介于反接和正接之间。
2、钨极氩弧焊：直流反接→B↓ H↓ 直流正接→B↑ H ↑
（三）其他工艺参数的影响
3、咬边和凹坑
? 咬边和凹坑的形成受到熔池形态的影响
对应于高速焊接的电弧 和熔池，由于焊速很快，焊 缝两侧的金属没有被很好熔 化，同时熔化金属受表面张 力的作用容易聚集在一起而 对焊趾部位的润湿性不好， 容易形成固液态剥离，凝固 后出现咬边
4、焊瘤
? 表现形态
? 熔化金属流淌到焊缝区以外未熔化母材上聚集 成金属瘤，这是由于填充金属过多引起的，或 熔池重力作用的结果；
《焊接工程基础》知识要点复习
《焊接工程基础》知识要点复习第一章电弧焊基础知识及第二章焊丝的熔化和熔滴过渡一焊接的概念：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。
焊接电弧的基础知识和特点及应用
焊件厚度 /mm
焊条直径 /mm
2 3 4-5 6-12 ＞13 2 3.2 3.2-4 4-5 4-6
28
二、焊接设备电源种类和极性的选择
用交流电焊接时，电弧稳定性差。
采用直流电焊接，电弧稳定、柔顺、 飞
溅少。但电弧磁偏吹较交流严重。
低氢型焊条稳弧性差，必须采用直 流弧
焊电源。
用小电流焊接薄板时，也常用直流弧 焊电
从而使两电极之间的气体空间成为导体，也就形成 了电弧。
4
5
二、电弧的构成 焊接电弧分为三个区：阴极区、阳极区和弧柱
区。各区温度分布情况如下： 1. 弧柱区的温度最高，但热量大部分通过对流的形
式流失了 2.阴极区的热量用于对阴极加热，这部分热量可用
于加热填充材料或工件 3. 阳极区的热量主要用于加热工件和焊材，阳极和
20
第三节 焊缝形式与焊缝分类
一、接头形式 焊条电弧焊用于结构工程的连接形
式是复杂多样的。 按零部件的特征分为板状连接、
管状连接、管板连接三种； 按施焊位置分为平焊、立焊、横
焊和仰焊四种；
21
焊工位置
22
二、坡口 坡口是根据设计或工艺需要，在工
件待 焊部位加工成一定的几何形状并经装配后构 成的沟槽。
➢操作灵活； ➢对接头的装配要求较低； ➢可焊材料广； ➢生产率低、劳动强度大； ➢焊接质量对焊工的依赖性强；
12
二.焊条电弧焊接过程
13
第二节 焊条电弧焊的焊接材料
一、焊条 焊条是由焊芯与药皮两部分组成。
焊 条直径共有φ1.6mm-φ8mm八种规格；焊条 长度200-600mm之间。
常用的是φ3.2mm 、φ4mm、 φ5mm 三 种；长度分别为350mm、400mm、450mm。
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（二）母材熔化的断面形状
中心熔化型
? 与周围区域相比，电弧正 下方产生了很深的熔化
? 产生在细丝大电流焊
接中 ? 源于电弧力或等离子气
流对熔池的挖掘作用
（二）母材熔化的断面形状
周边熔化型
? 周边区的熔化比中心区深 ? 熔池内金属向外侧流动
(如图中箭头指示 )，从 电弧正下方进入的热量 通过熔化金属的对流被 逐渐传送到周边区，促 进周边区的熔化 ? 电弧较长或焊接速度较慢时
? 内部缺陷和外部缺陷 ? 微观组织缺陷和宏观缺陷 等 ? 气孔、夹渣、裂纹缺陷除于焊接规范和工艺有关外，
更主要的是受到焊缝冶金因素和焊接热循环的影响
? 焊缝成形方面所表现出的明显缺陷
1、未焊透和未熔合
? 未焊透
? 单面焊接时，接头根部未完全焊透的现象
? 未熔合
? 单层焊、多层焊或双面焊时，焊道与母材之间、 焊道与焊道之间未能完全结合的部分称作
据焊接条件 (弧长、电流、速度 )、焊丝直径、熔滴 过渡形态等而有显著变化。
（二）母材熔化的断面形状
? 单纯熔化型 ? 中心熔化型 ? 周边熔化型
（二）母材熔化的断面形状
单纯熔化型(热传导）型熔化)
? 常见于SMAW 及TIG焊中 ? 在GMAW 中，采用小热输入的
短路过渡 ? 熔池中熔化金属的对流比较自由，
厚度δ↑ → B↓ H↓ 但H=0.6δ时,δ↑ → H ↑.
总之，影响焊缝成形的因素很多，要 获得良好的焊缝成形，需要根据工件的材料、 厚度、接头的形式及焊缝的空间位置，以及 对接头性能和焊缝尺寸方面的要求，选择适 宜的焊接方法、焊接规范和焊接工艺。
四、焊缝成形缺陷及形成原因
? 焊接缺陷有多种
2、母材的温度分布
铝合金
钢
? 铝合金熔池表面的温度远高于材料的熔点；
? 钢材料熔池金属过热程度较低，温度值比较接近于熔 点温度；
（二）母材熔化的断面形状
? 母材的熔化形态由母材热物理参数 (比热、热传 导率等 )、母材的形状、焊接速度等决定
? 受到电弧对母材的热输入量及电弧燃烧形态的影响 ? 理论计算所形成的焊缝断面形状是呈半圆形的 ? 实际焊接中得到的焊缝断面形状是多种多样的，依
35~45 16~23 20~26 28~36
焊接速度 /(m·h -1) 15~100 30~60
6~18
40~120
40~80 30~150 10~60 18~30
熔深系数 Km /(mm/100A)
1.0~1.7 0.7~1.3 0.8~1.8
1.5~1.8
1.1~1.6 0.8~1.2 1.2~2.0 1.5~2.4
MIG焊的熔池形状
? 指状熔深：等离子流力的挖掘作用导致 ? 圆形熔深：CO2焊接，SAW焊接 ? 梨形熔深：CO2（潜弧焊）
（三）焊缝形状尺寸
（三）焊缝形状尺寸
? 成形系数φ: φ=B/H
? φ 影响熔池中气体逸出、结晶方向、成分偏析、裂纹倾向。
? 深宽比(Depth to width ratio)=H/B ? 余高
等离子弧焊
各种电弧焊方法及规范（焊钢）时的熔深系数
电极直径
焊接电流
电弧电压
/mm
/A
/V
2
200~700
32~40
5
450~1200
34~44
3.2
100~350
10~16
1.2~2.4
210~550
24~42
2~4 0.8~1.6 1.6(喷嘴孔径 ) 3.4(喷嘴孔径 )
500~900 70~300 50~100 220~300
（2）电压对焊缝尺寸 的影响
H、B、a 0
B H a
U
（3）焊速对焊缝尺寸的影响
H、B、a
B
H
a
a
0
υw
（二）电流种类和极性的影响
1、熔化极电弧焊：直流反接→B↑ H ↑ 直流正接→B↓ H↓ 交流介于反接和正接之间。
2、钨极氩弧焊：直流反接→B↓ H↓ 直流正接→B↑ H ↑
（三）其他工艺参数的影响
1、焊丝直径及伸出长度 焊丝直径： d ↓ →H ↑ a ↑ B ↓。 伸出长度： Ls↑ → a ↑ H ↓。
2、焊丝倾角 3、工件倾角
焊丝倾角对焊缝成形的影响 （a） 后倾； （b） 前倾； （c） 后倾角的影响
工件倾角对焊缝成形的影响
（a） 上坡焊的影响； （b） 下坡焊的影响
4、接口间隙和坡口形状 坡口或间隙↑ → a ↓ γ↓ H ↑ 5、工件厚度及散热条件
1、未焊透和未熔合
? 未焊透、未熔合有相同的产生原因，
? 主要是焊接电流小、焊速过高， ? 或者是坡口尺寸不合适， ? 以及电弧中心线偏离焊缝、电弧产生偏吹等， ? 细丝短路过渡CO2焊接，由于工件热输入量少，
容易产生这种缺陷。 ? 薄板焊接中，如果夹具对焊件背面的散热程度
（三）焊缝形状尺寸
焊缝金属的结晶特征
二、熔池上的作用力及其影响
1、电弧的轴向推力→H↑ 2、 等离子流力→ H ↑ 3、熔池金属的重力：平焊、立向下焊→ H↓
仰焊、立向下焊→ H↑ 4、电磁力→ H ↑ 5、熔池金属的表面张力
熔池金属的表面张力是阻止熔池金属在电弧力 或熔池金属重力作用下流动的作用力，它既影响熔 池的轮廓形状，也影响熔池的表面形状
? 可避免熔池金属凝固收缩时形成缺陷，也可增加焊缝承 载能力
? 余高过大将引起应力集中或降低抗疲劳强度 ? 熔合比γ ： γ=Fm/ （Fm+F H）
? 坡口和熔池形状改变时， γ都将发生变化 ? 电弧焊接中碳钢、合金钢和有时金属时，可通过改变 γ来调整
焊缝的化学成分，降低裂纹倾向和提高焊缝的机械性能。
《电弧焊基础》
第二章、电弧焊熔化现象
第一节 母材熔化与焊缝成形
一、母材的熔化特征和焊缝形状尺寸 （一）母材的熔化热和温度分布
1、母材的熔化热
电弧焊方法
手工电弧焊 埋弧焊
CO2电弧焊
P=ηηPa=ηIUa电弧焊方法
0.65 ～0.85
熔化极氩弧焊
0.80 ～0.90
钨极氩弧焊
0.75 ～0.90
η
0.70 ～0.80 0.65 ～0.70
熔池金属的流动与表面张力梯度的关系
a)
dσ dr
?0
???
dσ dT
?0 ???
b)
d? dr
?0
???
d? dT
?0
???
三、焊接条件对焊缝成形的影响
（一）焊接规范参数的影响 1、焊接电流对焊缝尺寸的影响： H= KmI
H、B、a H
B
a
I 0
电弧焊方法
埋弧焊
TIG 焊 MIG 焊 CO 2 焊