焊接工程学基础

图2 射吸式焊炬示意图 1-乙炔阀 2-乙炔导管 3-氧气导管 4-氧气阀
6-射吸管 7-混合气管 8-焊嘴
5-喷嘴
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常见焊接方法 气焊
• 气焊用焊接材料：气焊丝
焊丝的选用原则 力学性能考虑：应根据焊件的成分和受力情况选 用焊丝
接头强度要求高：选用比母材金属强度高或等 强度焊丝 焊件承受冲击力：应选用韧性好的焊丝
的火焰作为热源，将接头部位母材金属和焊丝熔 化，使被熔化的金属形成熔池，冷却后形成一个 牢固的接头，从而使两焊件连接成一个整体的焊 接方法。
常见焊接方法 气焊
图1 气焊（氧乙炔焊）示意图 1-混合气管 2-焊件 3-焊缝 4-焊丝 5-火焰 6-焊嘴
常见焊接方法 气焊
• 气焊的优点
1. 设备简单，移动方便，在无电力供应地区可以方便进行焊接 2. 可以焊接很薄的工件 3. 焊接铸铁和部分有色金属时焊缝质量好
焊接工艺：气焊火焰
乙炔和氧混合燃烧时，不同混合比会产生三种不同火焰
◆中性焰：氧与乙炔混合比为1.1-1.2时形成的火焰。在亮白色的 焰心端部有淡白色火焰闪动，内焰区气体为CO和H2，无过量
氧游离碳。焰心外2-4mm处温度最高，达3150℃。 ◆碳化焰：氧乙炔混合比（体积比）小于1.1时形成的火焰。内焰
电弧焊：焊接电弧
电弧 是一种气体放电现象，即当两电极之间存在 电位差时，电荷通过两极之间的气体空间的一种导电现象。
电弧放电示意图
常见焊接方法 电弧焊
电弧焊：焊接电弧
电弧是由两个电极和它们之间的气体放电空间构成,电弧 的带电粒子主要由气体的电离和电极发射电子产生。
电弧放电区是气体放电中电压最低、电流最大、温度最高、 发光最强的一个放电区域。
焊接工程学基础
常见 焊接 方法
焊接
金属 焊接 性
焊缝 相关
气焊
电弧焊
常见焊接方 法
气体保护电弧焊
电阻焊 高频焊
金
金属焊接性和碳钢的焊接
属
合金结构钢和铸铁的焊接
焊
接
耐热钢和不锈钢的焊接
性
有色金属的焊接
焊缝相关
应力变形 断裂
疲劳
常见焊接方法 气焊
• 气焊的概述
• 气焊是利用可燃气体与助燃气体混合后燃烧产生
电场发射 光发射
当金属表面存在一定强度的正电场时，金属内 部的电子会受到电场力的作用，当电场力足够 大时电子飞出金属表面的现象。
当金属表面受光能照射时，内部自由电子冲破 表面束缚而产生电子发射的现象。
碰撞发射 当正离子撞击阴极表面时，其动能将传递给阴
极内部的电子，从而使其逸出金属表面的发射 过程。
常见焊接方法 电弧焊
常见焊接方法 气焊
焊接工艺：气焊火焰选择
常见焊接方法 气焊
气焊焊接参数：火焰性质选择
对于需要尽量减少元素烧损和减少增碳的材料，应选中性焰
对于允许和需要增碳及还原气氛的材料，可选碳化焰
对于母材金属含有低沸点元素（Sn、Zn等）的材料，因需要 生成氧化薄膜覆盖在熔池表面以保护这些元素不再蒸发，应 选氧化焰
常见焊接方法 气焊
气焊焊接参数：焊炬倾角的选择
焊炬倾角大，热量散失少，焊件得到的热量多，升温快 焊炬倾角小，热量散失多，焊件受热少，升温慢
在焊接厚度大、熔点较高或导热性较好的焊件时，或焊接开 始时，为了较快地加热焊件和迅速形成熔池，焊炬的倾角要 大些；反之，可小些。
常见焊接方法 气焊
气焊焊接参数：焊炬倾角的选择
空气中的氧或火焰中的氧化合生成氧化物，使焊缝 中产生气孔和夹渣等缺陷。
为防止金属氧化及消除氧化物，焊接有色金 属、铸铁和不锈钢时，必须采用气焊熔剂。
常见焊接方法 气焊
焊接工艺：气焊火焰
乙炔和氧混合燃烧时，不同混合比会产生三种不同火焰
◆中性焰：氧与乙炔混合比为1.1-1.2时形成的火焰。在亮白色的 焰心端部有淡白色火焰闪动，内焰区气体为CO和H2，无过量
要求焊件耐磨：应选用耐磨材料焊丝
常见焊接方法 气焊
• 气焊用焊接材料：气焊丝
焊丝的选用原则 焊接性考虑：
应考虑焊缝金属和母材金属的熔合及组织均匀性
要求焊丝的熔点应等于或略低于母材金属的熔点
否则容易形成烧穿、咬边或夹渣等缺陷
常见焊接方法 气焊
• 气焊用焊接材料：气焊溶剂
气焊熔剂的作用 气焊过程中，被加热的熔化金属极易与周围
常见焊接方法
• 气焊用气体
气焊
气焊用气体由两部分组成
常见焊接方法 气焊
表1 可燃气体的发热量及火焰温度
气体 乙炔 氢 丙烷、丁烷 煤气 沼气
发热量/J·L-1 火焰温度/℃
52753 10048 8876 20934 33076
3200 2160 2000 2100 2000
常见焊接方法 气焊
电弧：能量平衡
当电弧的弧柱区、阴极区和阳极区的能量交换达到平 衡时，电弧便处于稳定的燃烧状态。
常见焊接方法 电弧焊
电弧焊：电离
电离： 在一定的条件下，中性气体分子或原子分离成为
电子和正离子的现象。 为了将气体电离，就必须施加足够的能量，使气体分子或
原子中的电子脱离原子核的束缚而成为自由电子，同时使原 子成为正离子。
光电离
场电离
热电离
电离
常见焊接方法 电弧焊
电离：电子发射
热发射
金属表面由于受热将使其内部的自由电子的热 运动加剧，当自由电子的动能大于逸出功时， 飞出金属表面参加电弧的导电现象。
氧游离碳。焰心外2-4mm处温度最高，达3150℃。 ◆碳化焰：氧乙炔混合比（体积比）小于1.1时形成的火焰。内焰
有多余的游离碳，故为淡白色，有较强的还原和渗碳作用。 ◆氧化焰：氧乙炔混合比大于1.2时形成的火焰。火焰有过量的氧，
呈氧化性。焰心端部无淡白色火焰闪动，内、外焰分不清。
常见焊接方法 气焊
有多余的游离碳，故为淡白色，有较强的还原和渗碳作用。 ◆氧化焰：氧乙炔混合比大于1.2时形成的火焰。火焰有过量的氧，
呈氧化性。焰心端部无淡白色火焰闪动，内、外焰分不清。
常见焊接方法 气焊
焊接工艺：气焊火焰
图3 氧乙炔焰示意图 a-中性焰 b-碳化焰 c-氧化焰 1-焰心 2-内焰（暗红色） 3-内焰（淡白色） 4-外焰
图4 焊炬倾角与焊件厚度的关系
常见焊接方法 气焊
气焊焊接参数：焊接速度及焊接方向选择
对于厚度大、熔点高的焊件，焊接速度要慢些，以免 发生未熔合的缺陷
对于厚度小、熔点低的焊件，焊接速度要快些，以免 烧穿或使焊件过热，降低焊缝质量
左向焊适用于焊接薄板
右向焊适用于焊接厚度较大 的工件
常见焊接方法 电弧焊