焊接的定義及特點(diǎn)

1、第二章 焊接的定義及特點(diǎn)學(xué)習(xí)要求：掌握焊接的特點(diǎn)，焊接方法的分類，焊接電弧的產(chǎn)生及焊接電弧的結(jié)構(gòu)，焊接電弧的應(yīng)用，課時(shí)：3課時(shí)?；緝?nèi)容：一、 焊接定義：焊接是通過(guò)加熱或加壓或兩者并用，可以使用或不用填充材料，使焊件達(dá)到原子間結(jié)合的一種加工方法。二、 焊接的優(yōu)點(diǎn)：焊接與螺釘連接、鉚接、鑄件及鍛件相比有以下優(yōu)點(diǎn)。節(jié)省了金屬材料，減輕結(jié)構(gòu)重量，且經(jīng)濟(jì)效益好。（焊接結(jié)構(gòu)比鉚接結(jié)構(gòu)重量可減輕15%20%，比鑄件輕30%40%，比鍛件輕30%）。簡(jiǎn)化了加工與裝配的工序，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，接頭密封性好，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高較大的靈活性。焊接過(guò)程易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。三、焊接方法的分類焊接方法可

2、大致分為熔焊與壓焊，列表如下：螺 柱 焊焊條電弧焊熔 化 極 式埋 弧 焊MIG 焊弧 焊CO2 焊TIG 焊原子氫 焊非 熔 化 極 式等離子弧 焊熔 焊氣 刨 焊氧 乙 炔 焊氣 焊氫 氧 焊空 氣 乙 炔 焊鋁熱焊電渣焊電子束焊激光焊氣體壓焊點(diǎn) 焊搭 接 焊凸 焊焊 接電 阻 焊縫 焊壓 焊對(duì) 焊對(duì) 焊閃 光 對(duì) 焊對(duì) 滾 焊鍛 焊冷 壓 焊超 聲 波 焊感 應(yīng) 加 熱 焊摩 擦 焊硬 釬 焊釬 焊軟 釬 焊四、焊接特點(diǎn)：焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中變化范圍比鉚接結(jié)構(gòu)大。焊接結(jié)構(gòu)有較大的焊接應(yīng)力和變形。焊接接頭具有較大的性能不均勻性。焊接接頭中存在一定數(shù)量缺陷。焊接接頭的整體性。五、焊接電?。?、

3、 焊接電弧的產(chǎn)生焊接電弧的產(chǎn)生：電弧是由焊接電源供給的，具有一定電壓的兩電極間，或電極與焊件間在氣體介質(zhì)中產(chǎn)生的強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象。電弧放電時(shí)，能產(chǎn)生大量而集中的熱量，同時(shí)發(fā)出強(qiáng)烈的弧光。接觸短路引弧法：將焊條或焊絲端部與焊件接觸短路，利用短路產(chǎn)生高溫，其次，在短路以后，迅速將焊條或焊絲拉開，這時(shí)在焊條或焊絲端部與焊件表面之間立即產(chǎn)生一個(gè)電壓，并產(chǎn)生焊接電弧。手工電弧焊，埋弧焊，和熔化極氣體保護(hù)焊都時(shí)采用接觸短路引弧法。高頻高壓引弧法：在鎢極和焊件之間留有2-5mm的間隙，然后加速2000-3000V的空載電壓，利用高電壓直接將空氣擊穿，引燃電弧。2、 焊接電弧的結(jié)構(gòu)焊接電弧由陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)

4、、弧柱區(qū)三部分組成。 陰極區(qū)：從陰極表面起靠近陰極的地方，此區(qū)域很窄，陰極表面堆積有一批正離子，形成一個(gè)電壓降，稱為陰極電壓U陰 。在陰極表面上有一個(gè)光亮的斑點(diǎn)，稱為“陰極斑點(diǎn)”。陰極通過(guò)該斑點(diǎn)發(fā)射電子，電流密度很大，故呈“亮點(diǎn)”。 陽(yáng)極區(qū)：從陽(yáng)極表面起靠近陽(yáng)極的地方，此區(qū)比陰極區(qū)寬。陽(yáng)極表面堆積有一批電子，所有形成一個(gè)電壓降，稱為陽(yáng)極電壓降U陽(yáng)。在陽(yáng)極表面上也有一個(gè)光亮的斑點(diǎn)，稱為“陽(yáng)極斑點(diǎn)”。陽(yáng)極斑點(diǎn)的電流密度比陰極斑點(diǎn)小些。 弧柱區(qū)：弧柱區(qū)是指陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)中間的區(qū)域，弧柱區(qū)占電弧長(zhǎng)度的絕大部分，平時(shí)所說(shuō)的弧長(zhǎng)就是指弧柱區(qū)長(zhǎng)度。電弧兩端（兩電極）之間的電壓降稱為電弧電壓。電弧電壓=陰極電

5、壓降（U陰）+陽(yáng)極電壓降+弧柱電壓降，試驗(yàn)證明：當(dāng)電極材料、電源種類、極性、和氣體介質(zhì)一定時(shí)，電弧電壓僅決定于電弧長(zhǎng)度，即當(dāng)電弧拉長(zhǎng)時(shí)，電弧電壓升高，當(dāng)電弧縮短時(shí)，電弧電壓降低。3、 電弧力在焊接過(guò)程中，電弧不僅是熱源，而且也是一個(gè)力源。電弧產(chǎn)生的機(jī)械作用力與焊縫的熔深、熔滴過(guò)渡、焊縫成形等都有直接關(guān)系。如果電弧力控制不當(dāng)，它將破壞焊接過(guò)程，使焊絲金屬不能過(guò)渡到熔池而形成飛濺，甚至形成焊瘤、咬邊、燒穿等缺陷。焊接電弧力主要包括電磁力、等離子流力、斑點(diǎn)壓力、短路爆破力。電磁收縮力：當(dāng)電流在導(dǎo)體內(nèi)流過(guò)時(shí)，整個(gè)電流可看成由許多平行的電流線組成，這些電流線間將產(chǎn)生相互吸引力，使導(dǎo)體斷面有收縮的傾向稱為

6、電磁收縮效應(yīng)。等離子流力：在電弧中由于電弧推力引起高溫氣流的運(yùn)動(dòng)所形成的力稱為等離子流力。電弧中等離子氣流具有很大的速度和加速度，等離子流產(chǎn)生的動(dòng)壓力在電弧中心線上最強(qiáng)，電流越大，中心線上的壓力越大，分散的區(qū)間越小。熔化極氬弧焊采用射流過(guò)渡規(guī)范時(shí)，這種電弧動(dòng)壓力較明顯，容易形成指狀熔深。（見圖1）斑點(diǎn)力：當(dāng)電極上形成斑點(diǎn)時(shí)，由于斑點(diǎn)上導(dǎo)電和導(dǎo)熱的特點(diǎn)，在斑點(diǎn)上將產(chǎn)生斑點(diǎn)力。 陽(yáng)極接受電子的撞擊，陰極接受正離子的撞擊，由于正離子的重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電子的重量，同時(shí)在陰極壓降大于陽(yáng)極壓降，故這種斑點(diǎn)力在陰極上表現(xiàn)較大，在陽(yáng)極上表現(xiàn)較小。 由于斑點(diǎn)上的電流密度很高，局部溫度很高而產(chǎn)生強(qiáng)烈的蒸發(fā)，使金屬蒸汽

7、以一定速度從斑點(diǎn)發(fā)射出來(lái)，它將施加給斑點(diǎn)一定的反作用力。由于陰極斑點(diǎn)的電流密度比陽(yáng)極斑點(diǎn)的高，蒸汽發(fā)射要強(qiáng)烈，因此，陰極斑點(diǎn)力比陽(yáng)極斑點(diǎn)力大。在直流正接熔化極焊接時(shí)，焊絲為陰極，陰極斑點(diǎn)力將對(duì)熔滴過(guò)渡起阻礙座椅，造成飛濺。（見圖2）（4） 、爆破力：熔滴短路時(shí)電弧瞬時(shí)熄滅，因短路時(shí)電流很大，短路金屬液柱中電流密度很高，在金屬液柱內(nèi)產(chǎn)生很大的電磁收縮力，縮緊變細(xì)，電阻熱使金屬液柱溫度急劇升高，使液柱汽化爆斷，此爆破力可能使液體金屬形成飛濺。（見圖3）電弧極性及其應(yīng)用；鎢極氬弧焊極性的應(yīng)用；鎢極氬弧焊焊接鋁、鎂及其合金，則選用交流焊接為最好，鋁、鎂及其合金也可選用直流反接，但不能用直流正接。 直流

8、正接時(shí)鎢極氬弧焊最常用的電流類型。鎢極氬弧焊時(shí)70%的熱量產(chǎn)生在陽(yáng)極，30%熱量產(chǎn)生在陰極。所以直流正接時(shí)，鎢極因發(fā)熱量小，不易過(guò)熱。同樣大小直徑的鎢極可以采用較大的電流，工件發(fā)熱量大，熔深大，生產(chǎn)率高。由于鎢極為陰極，熱電子發(fā)射能力強(qiáng)，電弧穩(wěn)定而集中。因此大多數(shù)金屬宜采用直流正接焊接。反之，直流反接時(shí)，鎢極容易過(guò)熱熔化，同樣大小直徑的鎢極許用電流要小得多，且熔深淺而寬。生產(chǎn)率低，電弧穩(wěn)定性差。直流反接性只有在焊接鋁、鎂及其合金和易氧化的銅合金（鋁青銅，鈹銅）時(shí)才被采用，因?yàn)樗腥コ趸さ淖饔茫ㄒ话惴Q為“陰極破碎”或“陰極霧化”）。鋁、鎂及其焊接焊接時(shí)，它形成一層致密的高熔點(diǎn)氧化膜覆蓋在熔池

9、表面和坡口邊緣，該氧化膜如不及時(shí)清除，就會(huì)妨礙焊接正常進(jìn)行。當(dāng)工件為負(fù)極時(shí)，表面氧化膜在電弧的作用下可以被清除掉，而獲得光亮美觀的表面，形成良好的焊縫。這是因?yàn)榻饘傺趸莩龉π?，易發(fā)射電子，陰極斑點(diǎn)總是優(yōu)先在氧化膜處形成，在質(zhì)量很大的氬正離子高速撞擊下，表面氧化膜破壞而被清除掉。正接時(shí)，工件為陽(yáng)極，無(wú)論哪種氣體都不會(huì)產(chǎn)生這種清理作用。為了同時(shí)兼顧陰極清除作用和兩級(jí)發(fā)熱量的合理分配，對(duì)于鋁合金，一般都采用同時(shí)具有正接和反接特點(diǎn)的交流鎢極氬弧焊。熔化極氣體保護(hù)焊的應(yīng)用。 為了獲得穩(wěn)定細(xì)小的軸向熔池過(guò)渡，通常都采用直流反接，直流反接電弧穩(wěn)定，熔深大，焊縫成形好，焊縫金屬含氫低，氫是以離子形態(tài)溶于熔池中的，直流反接時(shí)熔池為負(fù)極，它發(fā)射大量電子，使熔池表面的氫離子有復(fù)合為原子，因而減少氫氣孔的趨向，焊接鋁及其合金還有良好的陰極破碎作用。采用直流正接時(shí)，電弧的陰極斑點(diǎn)可上爬到焊絲的固態(tài)部分，焊絲端部的電流有一部分不流經(jīng)液體金屬，熔滴受到的電磁收縮力顯著減小。熔滴過(guò)渡在較大程度上要依靠重力，因而熔滴尺寸較大，過(guò)渡不很穩(wěn)定。4、 電弧偏吹;電弧偏吹定義：由于弧柱時(shí)有高溫電離氣體組成的柔性導(dǎo)體，故受外力作用時(shí)很容易產(chǎn)生擺動(dòng)。在焊接過(guò)程中，