焊接電弧的基本知識

1、第二章第二章 焊接電弧的基本知識焊接電弧的基本知識 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo): : 1 1理解與掌握理解與掌握電弧焊有關(guān)電弧焊有關(guān)的基礎(chǔ)理論，包括的基礎(chǔ)理論，包括焊接電弧、焊絲熔焊接電弧、焊絲熔化與過渡及焊接接頭的組織和力學(xué)性化與過渡及焊接接頭的組織和力學(xué)性能；能； 2 2 重點(diǎn)理解與掌握重點(diǎn)理解與掌握焊接應(yīng)焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因和防止措施。力與變形產(chǎn)生的原因和防止措施。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述一、焊接的特征一、焊接的特征 1.1.焊接已成為最流行的連接技術(shù)焊接已成為最流行的連接技術(shù) 2 .2 .焊接已成為關(guān)鍵的制造技術(shù)焊接已成為關(guān)鍵的制造技術(shù)3.3.焊接已成為現(xiàn)代工業(yè)不可分離的組成部分焊接已成為現(xiàn)

2、代工業(yè)不可分離的組成部分第二節(jié)第二節(jié) 焊接電弧的產(chǎn)生和組成焊接電弧的產(chǎn)生和組成 電弧電弧是所有電弧焊方法的是所有電弧焊方法的能源能源，能有效而簡便地把弧，能有效而簡便地把弧焊電源的焊電源的電能電能轉(zhuǎn)換成焊接過程所需要的轉(zhuǎn)換成焊接過程所需要的熱能和機(jī)械能熱能和機(jī)械能。 一、焊接電弧的產(chǎn)生一、焊接電弧的產(chǎn)生 焊接電弧焊接電弧是是由焊接電源提供的、具有一定電壓的兩極間或由焊接電源提供的、具有一定電壓的兩極間或電極與焊件間，氣體介質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象。電極與焊件間，氣體介質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象。 短路短路-空載空載-燃弧燃弧 氣體的電離氣體的電離 鋼焊條焊接鋼材時的焊接電弧鋼焊條焊接鋼材時的

3、焊接電弧1 1、陰極區(qū)：長度極短、電壓較大、陰極區(qū)：長度極短、電壓較大、E E（電場強(qiáng)度）極高（電場強(qiáng)度）極高2 2、陽極區(qū)：長度也極短、電壓較大、陽極區(qū)：長度也極短、電壓較大、E E極高極高3 3、弧柱區(qū)長度基本上等于電弧長度，、弧柱區(qū)長度基本上等于電弧長度，E E較小。較小。UA UCUK陽極區(qū)陽極區(qū)陰極區(qū)陰極區(qū)弧柱弧柱-+10-5 10-6cm10-2 10-4cm二、焊接電弧的二、焊接電弧的靜特性靜特性 在電極材料，氣體介質(zhì)和電弧長度一定時，電弧兩在電極材料，氣體介質(zhì)和電弧長度一定時，電弧兩端的電壓與焊接電流之間的關(guān)系稱為端的電壓與焊接電流之間的關(guān)系稱為電弧靜特性電弧靜特性，或稱，或稱

4、伏安伏安特性特性。電弧靜特性曲線呈。電弧靜特性曲線呈U U形。如圖形。如圖4 44 4曲線曲線2 2所示。所示。 在一般情況下，在一般情況下，電弧電壓電弧電壓U Uh h與弧長與弧長L L成正比變化成正比變化，如圖如圖4 45 5示，即電弧越長電壓越高示，即電弧越長電壓越高。 圖圖4 44 4 普通電阻靜特性與電弧靜特性曲普通電阻靜特性與電弧靜特性曲線線 1 1普通電阻靜特性；普通電阻靜特性； 2 2電弧靜特性。電弧靜特性。Ua小小電電流流TIGTIGSAWMMAMIGMAG分三個階段：分三個階段：下降區(qū)（負(fù)阻特性區(qū)）：下降區(qū)（負(fù)阻特性區(qū)）：電流密度不變電流密度不變, ,很少采用；很少采用；平

5、特性區(qū)：平特性區(qū)：E E不變不變, ,電弧焊一般是平特性段電弧焊一般是平特性段上升特性區(qū)：上升特性區(qū)：當(dāng)焊接電流較大時才在上升段當(dāng)焊接電流較大時才在上升段。5 5、電弧磁偏吹、電弧磁偏吹 電弧偏離焊條軸線的現(xiàn)象叫電弧偏吹。電弧偏離焊條軸線的現(xiàn)象叫電弧偏吹。電弧偏吹使溫度分布不均勻，容易產(chǎn)生咬邊、未熔合、夾渣等缺陷，故必須研究引起偏吹的原因及預(yù)防措施。 藥皮偏心藥皮偏心 接地線位置不當(dāng)接地線位置不當(dāng)導(dǎo)線接線位置引起的磁偏吹導(dǎo)線接線位置引起的磁偏吹平行電弧間的磁偏吹平行電弧間的磁偏吹四、焊接時的極性四、焊接時的極性 使用直流電源焊接時有使用直流電源焊接時有正接、反接法正接、反接法兩種：兩種： 正接

6、法：正接法：焊件焊件接電焊機(jī)的接電焊機(jī)的正極（陽極），焊條正極（陽極），焊條接接負(fù)極（陰負(fù)極（陰 極）極）, ,因此，焊件溫度較高，能獲得較大熔深，適用于焊接厚因此，焊件溫度較高，能獲得較大熔深，適用于焊接厚 板。板。 反接法：反接法：焊件接負(fù)極焊件接負(fù)極，焊條接正極焊條接正極，適合于焊接薄板，適合于焊接薄板， 以防燒穿。以防燒穿。 交流焊機(jī)、無正反接特點(diǎn)，溫度均為交流焊機(jī)、無正反接特點(diǎn)，溫度均為2500K2500K。 交直流交直流電焊機(jī)電焊機(jī)的比的比較較 交流交流電焊機(jī)電焊機(jī) 直流直流正極正極性性 直流反極性直流反極性 焊劑是由焊劑是由SiO2，MnO、MgO及及CaF等組成的等組成的硅酸鹽

7、硅酸鹽。焊劑保護(hù)的效果焊劑保護(hù)的效果 形成熔融的液態(tài)形成熔融的液態(tài)焊劑薄膜焊劑薄膜，使熔池與空氣隔絕，大大減，使熔池與空氣隔絕，大大減少焊縫中的含氣量，提高焊縫韌性。少焊縫中的含氣量，提高焊縫韌性。 延長延長熔池存在時間熔池存在時間，加強(qiáng)了冶金反應(yīng)，有利于氣孔、夾，加強(qiáng)了冶金反應(yīng)，有利于氣孔、夾渣的析出。渣的析出。n熔滴通過電弧空間向熔池轉(zhuǎn)移的過程叫熔滴通過電弧空間向熔池轉(zhuǎn)移的過程叫熔滴過渡熔滴過渡。熔滴重力熔滴重力其他位置焊接時，表面張力對熔滴過渡有利。其他位置焊接時，表面張力對熔滴過渡有利。表面張力重力 電弧力電弧力指電弧對熔滴和熔池的機(jī)械作用力，指電弧對熔滴和熔池的機(jī)械作用力，包括 電磁

8、收縮力電磁收縮力、等離子流力、斑點(diǎn)力、等離子流力、斑點(diǎn)力等。 必須指出的是，電弧力只有在焊接電流較大時才對熔滴過渡起主要作用，焊接電流較小時起主要焊接電流較小時起主要作用的往往是重力和表面張力。作用的往往是重力和表面張力。流態(tài)導(dǎo)體中電磁收縮力的影響流態(tài)導(dǎo)體中電磁收縮力的影響柱形導(dǎo)體中的電磁收縮力柱形導(dǎo)體中的電磁收縮力 它在促使熔滴過渡的同時也產(chǎn)生飛濺。CO2CO2焊接飛濺的主要原因焊接飛濺的主要原因爆破力爆破力3、形式形式圖圖 熔滴過渡形式及電弧形狀特征熔滴過渡形式及電弧形狀特征1) 1) 滴狀過渡滴狀過渡 2 2、3) 3) 射狀過渡射狀過渡 4 4、5) 5) 短路過渡短路過渡熔滴過渡的形

9、式熔滴過渡的形式 ( (一一) )焊縫的組織和性能焊縫的組織和性能 焊縫組織是由熔池金屬結(jié)晶得到的柱狀的鑄造組織焊縫組織是由熔池金屬結(jié)晶得到的柱狀的鑄造組織。焊接熔池的結(jié)晶。焊接熔池的結(jié)晶 首先從熔合區(qū)中處于半熔化狀態(tài)的晶粒表面開始，晶粒沿著與散熱最快的首先從熔合區(qū)中處于半熔化狀態(tài)的晶粒表面開始，晶粒沿著與散熱最快的 方向的相反方向長大，因受到相鄰的正在長大的晶粒的阻礙，向兩側(cè)生長方向的相反方向長大，因受到相鄰的正在長大的晶粒的阻礙，向兩側(cè)生長 受到限制，因此，焊縫中的晶體是方向指向熔池中心的受到限制，因此，焊縫中的晶體是方向指向熔池中心的柱狀晶體柱狀晶體， 焊縫中的鑄態(tài)組織，晶粒粗大，組織不

10、致密，但是，由于焊接熔池小，焊縫中的鑄態(tài)組織，晶粒粗大，組織不致密，但是，由于焊接熔池小， 冷卻快，焊條藥皮、焊劑或焊絲在焊接過程中的冶金處理作用，冷卻快，焊條藥皮、焊劑或焊絲在焊接過程中的冶金處理作用，使得焊縫使得焊縫 的金屬的化學(xué)成分優(yōu)于母材，硫、磷含量較低，所以容易保證焊縫金屬的的金屬的化學(xué)成分優(yōu)于母材，硫、磷含量較低，所以容易保證焊縫金屬的 性能不低于母材，特別是強(qiáng)度容易達(dá)到。性能不低于母材，特別是強(qiáng)度容易達(dá)到。 焊縫寬度焊縫寬度焊縫余高焊縫余高焊縫的熔深焊縫的熔深 焊接參數(shù)決定焊縫輸入的能量，是影響焊縫成形的主要焊接參數(shù)決定焊縫輸入的能量，是影響焊縫成形的主要 工藝參數(shù)工藝參數(shù)。焊接

11、參數(shù)對焊縫熔深s、焊縫熔寬c和余高h(yuǎn)的影響 如圖4-8所示。焊接電流主要影響焊縫熔深焊接電流主要影響焊縫熔深s s；電弧電壓主要電弧電壓主要 影響焊縫熔寬影響焊縫熔寬c c；焊接速度的快慢主要影響母材的熱入，提高 焊速焊縫熔深s、焊縫熔寬c、余高h(yuǎn)均減少。圖圖48 焊接參數(shù)對焊縫熔深焊接參數(shù)對焊縫熔深s、焊縫熔寬、焊縫熔寬c和余高和余高h(yuǎn)的影響的影響 a)焊接電流的影響；焊接電流的影響；b)焊接電壓的影響；焊接電壓的影響；c)焊接速度的影響。焊接速度的影響。 （三）熔合區(qū)的特征（三）熔合區(qū)的特征 熔合區(qū)，又稱半熔化區(qū)，是焊縫與母材的交界區(qū)熔合區(qū)，又稱半熔化區(qū)，是焊縫與母材的交界區(qū) 加熱溫度：加熱溫度：149014901