焊接方法與設備第一章課件

焊接方法與設備2022/12/191第一章電弧焊基礎知識電弧焊重要性高效本章基本內容電弧物理基礎工藝特性焊絲熔化與熔滴過渡母材熔化及焊縫成型2022/12/192楊建國主要章節(jié)電弧焊基本歷史焊接電弧焊絲的熔化與熔滴過渡母材熔化與焊縫成形2022/12/193楊建國電弧焊基本歷史1907瑞典人焊條電弧焊1912瑞典人開發(fā)出保護良好的厚涂層焊條1920英國人全焊接船下水焊條電弧焊問題：有限長度焊條2022/12/195楊建國電弧焊基本歷史2022/12/196楊建國電弧焊基本歷史1930埋弧焊2022/12/197楊建國電弧焊基本歷史1930美國GTAW1940美國成功應用該方法于焊接鎂及不銹鋼薄板2022/12/198楊建國第一節(jié)焊接電弧焊接電弧物理基礎焊接電弧導電特性焊接電弧工藝特性2022/12/1910楊建國焊接電弧物理基礎氣體是良好的絕緣體帶電粒子密度<10-8/m3使氣體導電的條件：電場帶電粒子2022/12/1912楊建國焊接電弧物理基礎金屬導電符合歐姆定律原因：導電機制沒有發(fā)生變化2022/12/1914楊建國焊接電弧物理基礎非自持放電自持放電電流最大、電壓最低、溫度最高、發(fā)光最強2022/12/1915楊建國焊接電弧物理基礎沿電弧方向電場強度分布不均勻分為三個區(qū)域陰極、陽極區(qū)尺寸很小，約為10-2-10-6cm電場分布的不均勻性表明電弧電阻的非線性2022/12/1916楊建國焊接電弧物理基礎金屬導電機制：自由電子定向移動電弧導電機制：電子、正離子、負離子都參與導電是復雜的導電過程產生機制？？？？2022/12/1917楊建國焊接電弧物理基礎帶電粒子產生來源：中性氣體粒子的電離金屬電極發(fā)射電子負離子形成正離子形成基本物理過程2022/12/1918楊建國焊接電弧物理基礎中性氣體粒子失去第一個電子所需要的最小能量成為第一電離能失去第二個電子所需的能量稱為第二電離能?！瓎挝唬弘娮臃╡V）為：1.6*10-19J

電離電壓2022/12/1920楊建國焊接電弧物理基礎氣體的電離電壓的大小反映了帶電粒子產生的難易程度。電離電壓低----帶電粒子容易產生有利于電弧導電電離電壓高----帶電粒子難以產生電弧導電困難2022/12/1921楊建國焊接電弧物理基礎激勵定義：當中性氣體粒子受外加能量作用而不足以使其電離時，但可能使其內部的電子從原來的能級躍遷到較高的能級，這種現(xiàn)象稱為~。使中性粒子激勵所需要的外加能量叫做激勵能2022/12/1923楊建國焊接電弧物理基礎受激勵的電子沒有脫離原子的束縛=>粒子呈中性受激勵的粒子處于不穩(wěn)定狀態(tài)=>穩(wěn)定狀態(tài)時間短約為：10-2-10-8s激勵狀態(tài)的粒子有兩種出路又轉變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)，伴隨著這個過程能量以輻射光的形式釋放出來=>電弧輻射光接受外部能量電離2022/12/1924楊建國焊接電弧物理基礎Fe電離電壓為7.8V,K電離電壓為4.3V2022/12/1926楊建國焊接電弧物理基礎電弧的電離與激勵同時存在電離與激勵所需的最低能量為固定值2022/12/1927楊建國焊接電弧物理基礎電離的種類：熱電離場致電離光電離電離度：電弧內單位體積內電離的粒子數(shù)與氣體電離前粒子總數(shù)的比值X=電離的粒子密度/電離前中性粒子密度碰撞電離2022/12/1928楊建國焊接電弧物理-電離電離度與材料、溫度之間的關系2022/12/1930楊建國焊接電弧物理基礎基本規(guī)律：溫度壓力電離電壓電離度帶電粒子數(shù)電弧穩(wěn)定性2022/12/1931楊建國焊接電弧物理基礎場致電離定義：在兩電極間的電場的作用下，氣體中的帶電粒子被加速，電能轉化為帶電粒子的動能，當帶電粒子的動能達到一定數(shù)值時，則可能與中性粒子發(fā)生非彈性碰撞而使之電離，這種電離被稱為場致電離2022/12/1932楊建國焊接電弧物理基礎場致電離發(fā)生的位置主要是兩級區(qū)，由于在這兩個區(qū)域內電場強度可達105-107V/cm而弧柱區(qū)電場強度為：10V/cm左右，電場作用不明顯2022/12/1933楊建國焊接電弧物理基礎由于電子質量遠小于其他粒子的質量，因而在電場的作用下，速度快，動能大，其余其他粒子發(fā)生非彈性碰撞，幾乎將本身的動能全部傳遞給相應的粒子，使中性粒子發(fā)生電離或激勵。因而場致電離中電子起到主要的作用。2022/12/1934楊建國焊接電弧物理基礎2022/12/1935楊建國焊接電弧物理基礎光電離定義：中性氣體粒子受到光輻射的作用而產生的電離過程范圍：電弧的輻射只可能對K、Na、Ca、Al等金屬蒸汽直接引起電離，而對焊接電弧氣氛中的其他氣體則不能直接引起電離光電離是產生帶電粒子的次要途徑2022/12/1936楊建國焊接電弧物理基礎陰極電子發(fā)射電離和陰極電子發(fā)射是電弧產生和維持不可缺少的必要條件陰極發(fā)射出的電子，在電場的加速下碰撞電弧空間的中性粒子使之電離，從而是陰極電子發(fā)射充當了維持電弧導電的原電子之源。2022/12/1937楊建國焊接電弧物理基礎電子發(fā)射與逸出功定義：電子發(fā)射：陰極中的自由電子受到一定的外加能量作用，從陰極表面逸出的過程逸出功：一個電子從金屬表面逸出所需的最低外加能量。單位電子伏或者逸出電壓逸出功的大小受電極材料及表面狀態(tài)的影響。2022/12/1938楊建國焊接電弧物理基礎金屬表面存在氧化物時逸出功會減小2022/12/1939楊建國焊接電弧物理基礎陰極斑點定義：陰極表面經常可以看到發(fā)出閃爍的區(qū)域，這個區(qū)域稱為電子發(fā)射最集中的區(qū)域電流最集中流過的區(qū)域熱陰極：斑點固定WC冷陰極：斑點不規(guī)則移動CuFeAl2022/12/1940楊建國焊接電弧物理基礎陰極清理作用（陰極破碎）在鋁合金焊接中作用最為明顯2022/12/1941楊建國焊接電弧物理基礎電子發(fā)射的類型熱發(fā)射場致發(fā)射光發(fā)射粒子碰撞發(fā)射實際焊接過程中常常是幾種發(fā)射形式共存2022/12/1942楊建國焊接電弧物理基礎熱發(fā)射（對電極有冷卻作用）定義：陰極表面受熱，自由電子動能加大，一部分電子達到或超過逸出功而產生的電子發(fā)射現(xiàn)象熱發(fā)射強弱受到陰極材料沸點的影響，沸點高的鎢或碳做陰極時，電極可以被加熱到比較高的溫度，通過熱發(fā)射可以提供足夠多的電子2022/12/1943楊建國焊接電弧物理基礎場發(fā)射定義：陰極表面空間存在一定強度的正電場時，陰極內部的電子將受到電場力的作用，當力達到一定程度電子就會逸出陰極表面，這種電子發(fā)射現(xiàn)象冷陰極主要是這種發(fā)射電子的機理2022/12/1944楊建國焊接電弧物理基礎光發(fā)射（對電極無冷卻作用）粒子碰撞發(fā)射正離子堆積-〉正離子加速-〉碰撞-〉電子發(fā)射2022/12/1945楊建國焊接電弧物理基礎帶電粒子的消失動態(tài)平衡：電弧穩(wěn)定燃燒時，帶電粒子的產生與消失處于動態(tài)平衡主要形式：擴散、復合及負離子形成2022/12/1946楊建國焊接電弧物理基礎擴散（濃度梯度）定義：電弧空間中如果帶電粒子的分布不均勻，則帶電粒子將從濃度高的地方向濃度低的地方遷移，而使?jié)舛融呌诰鶆颍@種現(xiàn)象稱為帶電粒子的擴散。總趨勢：從弧柱中心向周圍擴散電子輕速度快外圍濃度上升阻礙進一步擴散并吸引正離子結果：電弧中帶電粒子減少并帶走部分熱量2022/12/1947楊建國焊接電弧物理基礎復合定義：電弧空間的正負帶電粒子在一定條件下相遇而結合成為中性粒子的過程位置：在電弧的周邊（速度慢）影響以輻射和熱能的形式釋放出部分能量電弧復燃困難2022/12/1948楊建國焊接電弧物理基礎負離子位置：電弧周邊中性粒子吸附電子形成負離子其內能減少，以熱和輻射光的形式釋放能量，該能量稱為中性粒子的親和能。中性粒子親和能大，則表明該粒子吸附電子后系統(tǒng)內能下降幅度大，系統(tǒng)穩(wěn)定。2022/12/1949楊建國焊接電弧物理基礎大多數(shù)粒子親和能比較小，不易形成負離子F、Cl、O2、OH、NO等離子親和能比較大，易于形成負離子。放熱過程，在高溫下不易穩(wěn)定存在影響：電子數(shù)量減少，導電困難，電弧穩(wěn)定性降低負離子運動速度慢，不能很好的導電易于正離子復合2022/12/1950楊建國焊接電弧物理基礎2022/12/1951楊建國焊接電弧導電特性焊接電弧的導電特性是指參與電荷的運動并形成電流的帶電粒子在電弧中產生、運動和消失的過程，在焊接電弧的弧柱區(qū)、陰極區(qū)和陽極區(qū)其相應的導電特性也是不同。2022/12/1952楊建國焊接電弧導電特性弧柱區(qū)導電特性弧柱溫度：5000~50000K弧柱呈電中性弧柱是包含大量電子、正離子等帶電粒子和中性粒子聚合在一起的氣體狀態(tài)，被稱為電弧等離子體。弧柱電阻較小2022/12/1953楊建國焊接電弧導電特性弧柱電流（主要是電子電流99.9%）負離子數(shù)量少，作用被忽略正離子在電場作用下，運動速度遠小于電子但正離子的作用非常大，保證了電弧放電的低電壓大電流的特點。2022/12/1954楊建國焊接電弧導電特性弧柱電場強度（E）：弧柱單位長度上的電壓降意義：E的大小表征電弧弧柱的導電能力。電場強度E和電流I的乘積EI相當于電源供給單位弧長的電功率，他與弧柱的熱損失相平衡。2022/12/1955楊建國焊接電弧導電特性影響弧柱電場強度的因素弧柱氣體介質（H2、He；單元子、多原子）弧柱的熱損失（強迫氣流冷卻等）2022/12/1956楊建國焊接電弧導電特性最小電壓原理：電弧在穩(wěn)定燃燒時，有一種使其自身能量消耗最小的特性，即當電流和電弧周圍的條件（氣體介質、溫度、壓力）一定時，穩(wěn)定燃燒的電弧將選擇一個確定的導電截面，使電弧的能量消耗最少。當電弧長度也是定值的時候，電場強度的大小即代表了電弧產熱量的大小，因此，能量消耗最小的時候電場強度最低，即在固定弧長上的電壓降最小，這就是最小電壓原理2022/12/1957楊建國焊接電弧導電特性電流和電弧周圍條件一定時，如果電弧截面面積大于或小于其自動確定的截面，就會引起電場強度的增大，是消耗的能量增多，違反最小電壓原理。面積增大面積減小2022/12/1958楊建國焊接電弧導電特性陰極區(qū)的導電特性陰極區(qū)接收正離子，發(fā)射電子熱發(fā)射型和電場發(fā)射型2022/12/1959楊建國焊接電弧導電特性熱發(fā)射型（熱陰極、大電流）陰極斑點在電極表面十分穩(wěn)定，其面積較大且十分均勻，在此位置弧柱不呈收縮狀態(tài)，陰極區(qū)電流密度與弧柱區(qū)相近，陰極電壓降較小。2022/12/1960楊建國焊接電弧導電特性電子帶走的熱量的補充途徑正離子的碰撞正離子的復合，放出電離能電阻熱2022/12/1961楊建國焊接電弧導電特性電場發(fā)射型（冷陰極或者熱陰極小電流）電荷過剩=>正電場=>場致發(fā)射=>電子加速=>場致電離=>形成電流正離子的作用正電場撞擊陰極，加強熱發(fā)射2022/12/1962楊建國焊接電弧導電特性冷陰極中存在熱發(fā)射和場發(fā)射，其所占的份額受以下因素影響電極種類（沸點高或逸出功小，熱發(fā)射主導，陰極壓降?。╇娏鞔笮。娏鞔螅瑹岚l(fā)射主導，陰極壓降小）氣體介質（不易于電離，熱發(fā)射主導，陰極壓降?。?022/12/1963楊建國焊接電弧導電特性陽極區(qū)的導電特性接收電子，提供正離子陽極斑點電流密度比陰極斑點小，其形態(tài)與電極材料和電流大小有關。由于金屬蒸汽的電離電壓比周圍氣體介質的低，因而電離易在金屬蒸汽處發(fā)生，如果陽極表面某一區(qū)域產生均勻的金屬熔化和蒸發(fā)，或蒸發(fā)比其他區(qū)域強烈，則此區(qū)域為陽極導電區(qū)。2022/12/1964楊建國焊接電弧導電特性純金屬熔點沸點低于相應氧化物，所以純金屬容易蒸發(fā)，陽極斑點自動尋找純金屬而避開氧化物。因而出現(xiàn)陽極斑點的跳躍現(xiàn)象。2022/12/1965楊建國焊接電弧導電特性陽極不能發(fā)射正離子，弧柱所需要的正離子是通過陽極區(qū)電離提供的。陽極區(qū)導電形式（場致電離、熱電離）場致電離（電弧電流小）電子數(shù)大于正離子數(shù)，形成負的空間電場，從而電子加速，碰撞到中性粒子產生電離。2022/12/1966楊建國焊接電弧導電特性熱電離（大電流）陽極過熱程度劇烈，金屬發(fā)生蒸發(fā)，陽極區(qū)也有很高的溫度，陽極區(qū)的電離方式由金屬蒸汽的熱電離取代高能量電子的碰撞產生的場致電離，完成陽極區(qū)向弧柱提供正離子流的作用。這種情況下，陽極區(qū)的壓降較低。2022/12/1967楊建國焊接電弧的工藝特性焊接電弧與熱能及機械能有關的工藝特性，主要包括電弧的熱能特性、電弧的力學特性和電弧的穩(wěn)定性等。2022/12/1968楊建國焊接電弧的工藝特性電弧的熱能特性電弧的溫度分布熔點限制導熱條件各個區(qū)域的產熱機制？2022/12/1969楊建國焊接電弧的工藝特性電弧熱的形成機構弧柱產熱陰極區(qū)產熱陽極區(qū)產熱2022/12/1970楊建國焊接電弧的工藝特性弧柱產熱：帶電粒子在電場的作用下，將電能轉化成為熱能。電子的運動速度比正離子運動速度大得多，因而從電源吸取電能轉化為熱能的作用幾乎完全由電子來承擔，進而將電能轉化為熱能。2022/12/1971楊建國焊接電弧的工藝特性單位弧長弧柱的電能為EI，它的大小決定了弧柱產熱量的大小電弧處于穩(wěn)定狀態(tài)時，弧柱的產熱與弧柱的熱損失處于動態(tài)平衡狀態(tài)。電流一定時，單位長度的弧柱的熱量由E決定，而E的數(shù)值由最小電壓原理自動調節(jié)。2022/12/1972楊建國焊接電弧的工藝特性I一定，E升高，則弧柱的產熱量增加，焊件獲得的熱量也增加，可以強迫冷卻電弧，獲得高的能量密度。一般電弧焊，弧柱損失的熱量中，對流損失占80%以上，傳導與輻射損失占10%，僅有很少的一部分能量通過輻射傳遞給焊件和焊絲。2022/12/1973楊建國焊接電弧的工藝特性陰極區(qū)的產熱陰極區(qū)靠近電極或者工件，其產熱直接影響焊接過程中電極或者工件所受到的熱的作用。陰極區(qū)有兩種粒子：電子和正離子。這兩種粒子不斷的產生，運動和消失，同時伴隨著能量轉換與傳遞。2022/12/1974楊建國焊接電弧的工藝特性由于電子流占整個電流的99%以上，所以電子流對于陰極產熱影響很大。分析作為陰極產熱的主導的電子流的能量轉化過程，即可以分析陰極產熱。2022/12/1975楊建國焊接電弧的工藝特性陰極壓降為Uk電子電流越為I電子逸出功IUw進入弧柱的的電子本身具有一定的能量，IUT所以陰極區(qū)產熱功率:Pk=IUk-IUw-IUT獲得的總能量為IUk2022/12/1976楊建國焊接電弧的工藝特性陽極區(qū)的產熱特性Pa=IUk+IUw+IUT熱量主要用于對陽極的加熱和陽極的熱量損失，這部分熱量也可以用于加熱填充材料或者焊件。2022/12/1977楊建國焊接電弧的工藝特性焊接電弧的熱效率及能量密度PQ=Pe=IUA其中PQ為電弧的熱功率

Pe為電弧的電功率

UA為電弧電壓，包括陰極、陽極及弧柱電壓2022/12/1978楊建國焊接電弧的工藝特性用于加熱、熔化填充金屬及焊件的電弧熱功率稱為有效熱功率，表示為：PQ’=ηPQ其中η為有效功率系數(shù)，或稱為熱效率系數(shù)，它受焊接方法、焊接工藝參數(shù)及周圍條件等因素的影響。2022/12/1979楊建國焊接電弧的工藝特性焊接方法對熱效率的影響焊接參數(shù)中電壓的影響比較大焊接方法焊條電弧埋弧焊CO2焊熔化極鎢極氬弧焊熱效率系數(shù)0.65-0.850.8-0.900.75-0.900.70-0.800.65-0.702022/12/1980楊建國焊接電弧的工藝特性能量密度：采用特定的焊接方法的時候，單位面積上的有效熱功率稱為~，單位為：W/cm2.同一種方法，在不同的位置上的能量密度也是不同的2022/12/1981楊建國焊接電弧的工藝特性能量密度大的時候，可有效的利用熱源熔化金屬，并減少熱影響區(qū)，獲得窄而深的焊縫，有利于提高焊接生產率。2022/12/1982楊建國焊接電弧的工藝特性電弧的力學特性電弧的機械能以電弧力的形式表現(xiàn)出來電弧力影響著熔深及熔滴的過渡，而且影響到熔池的攪拌、焊縫成形及金屬的飛濺等電弧力主要包括：電磁收縮力、等離子流力、斑點力等2022/12/1983楊建國焊接電弧的工藝特性電磁收縮力電磁力：電流流經距離不遠的兩根平行導線時，電流同向相吸，異向相斥。他的大小與流過的電流大小成正比，與兩根導線之間的距離成反比。2022/12/1984楊建國焊接電弧的工藝特性電流流過導體時可以看作很多距離很近的平行同向電流線組成。這些電流線將相互吸引。2022/12/1985楊建國焊接電弧的工藝特性電磁收縮效應：如果為可變形導體，電磁力將使導體產生收縮。產生電磁收縮效應的力稱為電磁收縮力。2022/12/1986楊建國焊接電弧的工藝特性電弧為氣態(tài)導體，在電流的作用下，也產生電磁收縮效應。電弧被看作圓錐形氣態(tài)導體，電極端直徑小，焊件端直徑大。力大力小2022/12/1987楊建國焊接電弧的工藝特性電磁靜壓力：電弧軸向推力在電弧橫截面上分布不均勻，弧柱軸線處最大，向外逐漸減小，在焊件上表現(xiàn)為對熔池形成的壓力結果：碗狀熔深焊縫形狀。電磁攪拌（細化晶粒，排出氣體及熔渣）2022/12/1988楊建國焊接電弧的工藝特性電弧靜壓力作用高溫氣體推向焊件電極上方氣體補充新進入氣體電離2022/12/1989楊建國焊接電弧的工藝特性等離子流力：高溫氣流的高速運動，持續(xù)的沖向焊件，對熔池形成附加壓力。也稱為電磁動壓力。電弧中等離子氣流具有很高的速度和加速度，可達數(shù)百米/秒。電弧中心線上等離子流力最大。電流越大，中心線上的動應力幅值越大，分布區(qū)域越小。2022/12/1990楊建國焊接電弧的工藝特性鎢極氬弧焊的鎢極錐角較小，電流較大，或者熔化極電弧焊采用噴射過渡工藝時，這種電弧的動壓力較為顯著。結果：指狀熔深。增加電弧挺度，促進過渡，增大熔深，攪拌2022/12/1991楊建國焊接電弧的工藝特性斑點力：電極上形成斑點時，由于斑點受到帶電粒子的撞擊，或金屬蒸汽的反作用而對斑點產生的壓力，稱為~，或斑點壓力。2022/12/1992楊建國焊接電弧的工藝特性陰極斑點力大于陽極斑點力原因：正離子的質量遠大于電子的質量陰極斑點電流密度大，蒸汽反作用力也大2022/12/1993楊建國焊接電弧的工藝特性斑點力阻礙熔滴過渡利用陽極斑點壓力小的特點，直流焊接時，采用直流反接利于熔滴過渡，減小飛濺2022/12/1994楊建國焊接電弧的工藝特性電弧力的主要影響因素：焊接電流和電壓焊絲直徑電極極性氣體介質鎢極端部幾何形狀2022/12/1995楊建國焊接電弧的工藝特性電流和電壓的影響2022/12/1996楊建國焊接電弧的工藝特性焊絲直徑的影響焊絲越細，電流密度越大，造成電弧錐形越明顯。2022/12/1997楊建國焊接電弧的工藝特性極性的影響陰極收縮嚴重斑點力作用，熔滴尺寸不同2022/12/1998楊建國焊接電弧的工藝特性氣體介質的影響導熱性強或多原子氣體消耗的熱量多，引起電弧收縮，電弧力增強。氣體流量及電弧空間壓力增強，也會引起電弧收縮。2022/12/1999楊建國焊接電弧的工藝特性鎢極端部幾何形狀2022/12/19100楊建國焊接電弧的工藝特性焊接電弧的穩(wěn)定性定義：電弧產生穩(wěn)定燃燒（不產生斷弧、飄移和偏吹等）的程度意義：是保證焊接質量的一個重要因素影響因素：操作技術、焊接電源特性、焊接材料特性、焊接工藝特性及磁偏吹等2022/12/19101楊建國焊接電弧的工藝特性焊接電源的影響：電弧的靜特性：電弧燃燒時，兩極間穩(wěn)態(tài)的電壓和電流關系曲線稱為電弧靜特性曲線。電弧靜特性曲線是在某一電弧長度數(shù)值下，在穩(wěn)定的保護氣流量和電極條件下，改變電弧電流數(shù)值，在電弧達到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)下，所對應的電弧電壓曲線2022/12/19102楊建國焊接電弧的工藝特性靜特性曲線形狀負阻特性平特性上升特性熱損失小于熱輸入，提高了電弧溫度及電離度金屬蒸汽發(fā)射等離子流2022/12/19103楊建國焊接電弧的工藝特性負阻特性：電流較小，電弧熱量較低，其間的電子電離度低，電弧的導電性較差，需要有較高的電場推動電荷運動；電弧陰極區(qū)，由于電極溫度低，電子提供能力較差，不能實現(xiàn)大量的電子發(fā)射，會形成比較強的陰極電壓降。2022/12/19104楊建國焊接電弧的工藝特性電流增加時，弧柱溫度增加，電弧中的粒子的電離度增加，電弧的導電性增強，同時電極溫度提高，陰極熱發(fā)射能力增強，陰極電壓降低；陽極蒸發(fā)加劇，陽極電壓降低。即在電極溫度和電弧溫度較高的情況下，電弧中產生和運動等量的電荷不需要更強的電場。2022/12/19105楊建國焊接電弧的工藝特性對于弧柱區(qū)，主要從弧柱產熱和散熱的平衡的角度考慮：在小電流區(qū)，如果電流增加4倍，假設電流密度一定，即弧柱直徑增加2倍，弧柱向周圍的熱量損失隨之增加2倍，而弧柱內的熱量卻增加4倍，這時如果電弧電壓仍然保持不變，那么就違背了最小電壓原理。2022/12/19106楊建國焊接電弧的工藝特性平特性：電流進一步增大，電弧等離子氣流增強，除電弧表面積增加造成的熱損失外，等離子氣流的流動對電弧產生附加的冷卻作用，因此在一定的電弧區(qū)間內，電弧電壓自動的維持一定的數(shù)值，保證產熱和散熱的平衡。2022/12/19107楊建國焊接電弧的工藝特性上升特性：在大電流區(qū)，電弧中的等離子氣流更加強烈，而由于電弧自身磁場的作用，電弧的截面不能隨電流的增加而同步增加，電弧的電導率減小，要保證較大的電流通過相對比較小的截面，需要更高的電場。2022/12/19108楊建國焊接電弧的工藝特性電弧靜特性的3各階段，并不是各種電弧中都能夠表現(xiàn)出來，還受到電弧形態(tài)和電極的條件的影響。GTA焊接的靜特性一般可以明顯的表現(xiàn)出3個區(qū)段特性2022/12/19109楊建國焊接電弧的工藝特性GMA焊接由于通常采用較細的電極焊絲，可使用的電流一般在中等數(shù)值以上，電弧多呈現(xiàn)圓錐形，等離子氣流作用強烈，靜特性一般呈現(xiàn)上升特性。2022/12/19110楊建國焊接電弧的工藝特性SAW電弧埋在焊劑層的下邊，受到焊劑層的覆蓋，電弧的熱損失小，且沒有等離子氣流的存在，一般使用較粗的焊絲大電流焊接，一般為下降特性。2022/12/19111楊建國焊接電弧的工藝特性焊接電弧動特性：焊接電流隨時間以一定的形勢變化時，電弧電壓的表現(xiàn)，反映的是電弧導電性能對電流變化的響應能力。2022/12/19112楊建國焊接電弧的工藝特性直流電弧的動特性：采用一定形式的變動電流進行焊接時，電流電壓的關系曲線。恒定直流電弧沒有動特性問題。2022/12/19113楊建國焊接電弧的工藝特性交流電弧動特性2022/12/19114楊建國焊接電弧的工藝特性電源種類對電弧穩(wěn)定性的影響（交流、直流）空載電壓對電弧穩(wěn)定性的影響2022/12/19115楊建國焊接電弧的工藝特性焊接材料藥皮成分（穩(wěn)弧劑、電離能高的成分）藥皮偏心、局部脫落2022/12/19116楊建國焊接電弧的工藝特性焊接電流（越大越穩(wěn)定）電離度、熱發(fā)射能力增強斷弧弧長增加2022/12/19117楊建國焊接電弧的工藝特性電弧的剛直性（挺直性、挺度）：電弧作為柔性導體抵抗外界干擾，力求保持焊接電流沿電極軸向流動的性能，這種性能是電弧自身磁場決定的。電磁力是產生電弧剛直性的主要原因。2022/12/19118楊建國焊接電弧的工藝特性磁偏吹：實際焊接過程中，由于受到很多因素的影響，電弧周圍磁力線均勻分布的狀態(tài)被破壞，使電弧偏離焊絲（條）軸線方向，這種現(xiàn)象稱為~，或者電弧偏吹。結果：影響焊接質量2022/12/19119楊建國焊接電弧的工藝特性磁偏吹影響因素導線連接位置電弧附近電磁鐵磁性回路焊接位置2022/12/19120楊建國焊接電弧的工藝特性導線接線位置引起的磁偏吹

2022/12/19121楊建國焊接電弧的工藝特性

平行電弧間的磁偏吹

2022/12/19122楊建國焊接電弧的工藝特性電弧附近的鐵磁性物質引起的磁偏吹

2022/12/19123楊建國焊接電弧的工藝特性電弧處于工件端部時產生的磁偏吹

2022/12/19124楊建國焊接電弧的工藝特性減少磁偏吹的措施可能時采用交流電源代替直流電源盡量采用短弧進行焊接對于長和大的工件采用兩端接地的方法如果工件有剩磁，焊接前應消除避免周圍鐵磁性物質的影響用厚藥皮焊條代替薄藥皮焊條2022/12/19125楊建國焊接電弧的工藝特性其他影響穩(wěn)定性的因素：表面清潔狀態(tài)氣流2022/12/19126楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡熔滴過渡定義：電弧焊時，焊絲的末端在電弧的高溫作用下加熱熔化，形成熔滴通過電弧空間向熔池轉移的過程，稱為~焊絲形成的熔滴作為填充金屬與熔化的母材共同形成焊縫，因此，焊絲的加熱熔化及熔滴的過渡過程將對焊接過程和焊縫質量產生直接的影響。2022/12/19127楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡焊絲的加熱與熔化特性熔滴上的作用力熔滴過渡的主要形式及特點2022/12/19128楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

-------------焊絲的加熱與熔化特性熔化極電弧焊：焊絲的熔化主要依靠陰極區(qū)或者陽極區(qū)產生的熱量以及焊絲伸出長度上的電阻熱。弧柱區(qū)產生的熱量對于焊絲的加熱熔化作用比較小。非熔化極電弧焊：弧柱區(qū)產熱熔化焊絲熔化系數(shù)：單位時間內通過單位電流時焊絲的熔化量[g/(A.h)]2022/12/19129楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

-------------焊絲的加熱與熔化特性電弧熱陰極區(qū)：Pk=IUk-IUw-IUT陽極區(qū)：Pa=IUa+IUw+IUTUk陰極壓降Ua陽極壓降Uw逸出電壓UT弧柱溫度等效電壓電流密度較大時：近似為0電弧溫度6000K時：小于1V2022/12/19130楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

-------------焊絲的加熱與熔化特性陰極區(qū)：Pk≈IUk-IUw=I（Uk-Uw）焊絲接負時：焊絲的加熱與熔化取決于（Uk-Uw）。很多因素影響陰極電子發(fā)射，即影響的Uk大小。陽極區(qū)：Pa≈IUw焊絲接正時：主要取決于材料逸出功和電流的大小。當電流一定時，由于逸出功為常數(shù)，此時，焊絲熔化系數(shù)為定值2022/12/19131楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

-------------焊絲的加熱與熔化特性熔化極氣體保護焊時，焊絲材料為冷陰極材料，Uk>>Uw，則Pk>Pw。所以，同種材料，在相同的電流的作用下，焊絲作為陰極的產熱將比焊絲作為陽極時產熱多。因為散熱條件相近，所以焊絲接負時比焊絲接正時熔化快。2022/12/19132楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

-------------焊絲的加熱與熔化特性電阻熱在自動和半自動焊時，從焊絲與導電嘴接觸點到焊絲端頭的一段焊絲（即焊絲伸出長度，用Ls表示）有焊接電流通過，所產生的電阻熱對焊絲有預熱作用，從而影響焊絲的熔化速度。特別是焊絲比較細和焊絲的電阻系數(shù)比較大時（如不銹鋼），這種影響更加明顯。2022/12/19133楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

-------------焊絲的加熱與熔化特性Rs=ρLs/SPR=I2Rs電阻熱與伸出長度部分的電阻以及通過的電流有關材料不同，則電阻率不同，相應的電阻就會不同。相同伸出長度，相同電流條件下，電阻熱也不同。2022/12/19134楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

-------------焊絲的加熱與熔化特性熔化極其體保護焊時，通常伸出長度Ls=10~30mm，對于導電良好的鋁和銅等金屬，PR與PA或PK相比很小，可以忽略不計；而對于鋼和鈦等材料，電阻率高。PR與PA或PK相比很大。用于加熱和熔化焊絲得總熱量Pm是單位時間內電弧熱和電阻熱提供的能量。2022/12/19135楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

-------------焊絲的加熱與熔化特性焊絲的熔化特性焊絲的熔化速度：單位時間內，熔化的焊絲的長度。焊絲的熔化特性：焊絲的熔化速度和焊接電流之間的關系。其主要與焊絲材料及焊絲直徑有關。2022/12/19136楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

-------------焊絲的加熱與熔化特性材料不同：電阻率、熔化系數(shù)不同伸出長度：電阻不同焊絲直徑：電阻不同、導熱能力不同2022/12/19137楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

-------------熔滴上的作用力重力表面張力電弧力熔滴爆破力電弧的氣體吹力2022/12/19138楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

-------------熔滴上的作用力表面張力在焊條端頭上主要保持熔滴的主要作用力。Fσ=2Rπσ表面張力系數(shù)與材料成分、溫度、氣體介質等因素有關焊絲半徑2022/12/19139楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

-------------熔滴上的作用力2022/12/19140楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

-------------熔滴上的作用力平焊時，表面張力阻礙熔滴過渡，，因此只要能使Fσ減小的措施，都有利于平焊時的熔滴過渡。使用小直徑焊絲或者表面張力小的焊絲就能達到減小表面張力的目的。2022/12/19141楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

-------------熔滴上的作用力2022/12/19142楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

-------------熔滴上的作用力在液滴上有少量的表面活性物質時，可以降低表面張力系數(shù)。在液態(tài)鋼中，最大的表面活化物質是O和S，純鐵被氧飽和后，表面張力系數(shù)由1220*10-3N/m變?yōu)?030*10-3N/m。因此，影響這些雜質含量的各種因素（金屬的脫氧程度、渣的成分等）都會影響熔滴的過渡。增加熔滴溫度會降低金屬的表面張力系數(shù)，從而減小熔滴尺寸。2022/12/19143楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

-------------熔滴上的作用力重力：當焊絲直徑較大而電流較小時，在平焊位置的情況下，使熔滴脫離焊絲的力主要是重力。Fg=mg=4/3ρgπr3重力大于表面張力時，熔滴就要脫離焊絲。立焊和氧焊時，重力阻礙熔滴過渡。2022/12/19144楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

-------------熔滴上的作用力電弧力：電弧對熔滴和熔池的機械作用力，包括電磁收縮力、等離子流力、斑點力。電弧力只有在焊接電流較大的時候，才對熔滴過渡起主要作用；電流小時，重力表面張力其主要作用2022/12/19145楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

-------------熔滴上的作用力電磁力對熔滴過渡的影響取決于電弧形態(tài)，如果弧根面積籠罩整個熔滴，此處的電磁力促進熔滴過渡；如果弧根面積小于熔滴直徑，此處電磁力形成斑點壓力的一部分阻礙熔滴過渡。電流比較大的時候，高速等離子流力對熔滴產生很大的推力，使之沿軸線方向運動。2022/12/19146楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

-------------熔滴上的作用力斑點壓力：斑點面積比較小的時候，斑點壓力常常阻礙熔滴過渡；斑點面積比較大的時候，籠罩整個熔滴，斑點壓力促進熔滴過渡。2022/12/19147楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

-------------熔滴上的作用力熔滴爆破力：當熔滴內部因冶金反應而生成氣體或者含有易蒸發(fā)金屬時，在電弧高溫的作用下，使氣體體積膨脹而產生的內壓力，致使熔滴爆破，這一內壓力稱為~，它促進熔滴過渡，但產生飛濺。2022/12/19148楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

-------------熔滴上的作用力電弧的氣體吹力造氣劑碳元素氧化2022/12/19149楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

----------熔滴過渡的主要形式和特點熔滴過渡現(xiàn)象十分復雜，但規(guī)范條件變化時，過渡形態(tài)可以相互轉化，因此必須按照熔滴過渡的形態(tài)及電弧形態(tài)，對熔滴過渡加以分類。分類：自有過渡、接觸過渡和渣壁過渡2022/12/19150楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

----------熔滴過渡的主要形式和特點自由過渡：熔滴經電弧空間自由飛行，焊絲的端頭和熔池不發(fā)生直接接觸。接觸過渡：焊絲端部的熔滴與熔池的表面通過接觸而過渡。熔化極氣體保護焊時，焊絲短路并重復的引燃電弧，稱為短路過渡TIG焊時，焊絲作為填充金屬，它與工件之間不引燃電弧，搭橋過渡渣壁過渡，與渣保護有關，發(fā)生在埋弧焊時，熔滴從熔渣的空腔壁上流下。2022/12/19151楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

----------熔滴過渡的主要形式和特點粒狀過渡噴射過渡爆破過渡短路過渡搭橋過渡渣壁過渡套筒過渡2022/12/19152楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

----------熔滴過渡的主要形式和特點粒狀過渡電弧電壓高，根據(jù)電流大小、極性和保護氣體種類不同，又可分為粗滴過渡和細滴過渡2022/12/19153楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

----------熔滴過渡的主要形式和特點粗滴過渡：電流比較小和電壓比較高時，弧長較長，使熔滴不易與熔池短路。因電流比較小，弧根面積的直徑小于熔滴直徑，熔滴與焊絲之間的電磁力不易使熔滴形成縮頸，同時斑點壓力又阻礙熔滴過渡。隨著焊絲熔化，顆粒長大，最后重力克服表面張力作用，而形成大的顆粒過渡。電弧穩(wěn)定性和焊縫質量都比較差。2022/12/19154楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

----------熔滴過渡的主要形式和特點氬氣介質中，由于電弧電場強度低，弧根比較擴展，并且在熔滴下部弧根的分布是對稱于熔滴的，因而形成粗滴過渡CO2氣體保護焊時，由于氣體分解吸熱對電弧的冷卻作用，使電弧的電場強度提高，電弧收縮，弧根面積減小，增加了斑點壓力而阻礙熔滴過渡，并形成大顆粒排斥過渡。直流正接，由于斑點壓力很大，無論氬氣還是二氧化碳保護，都有明顯的大顆粒排斥過渡2022/12/19155楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

----------熔滴過渡的主要形式和特點細滴過渡：電流比較大，相應的電磁收縮力增大，表面張力減小，熔滴存在的時間短，熔滴細化，過渡頻率增加，電弧穩(wěn)定性比較高，飛濺少，焊縫質量高氣體介質或焊接材料不同時，細滴過渡的特點不同。CO2和酸性焊條電弧焊，熔滴非軸向過渡；鋁合金熔化極氬弧焊或大電流活性氣體保護焊焊鋼則軸向過渡2022/12/19156楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

----------熔滴過渡的主要形式和特點噴射過渡（射流過渡）易于出現(xiàn)于氬氣或者富氬氣體保護的焊接方法中。過渡時，細小的熔滴從焊絲端部連續(xù)不斷的高速沖向熔池，過渡頻率快，飛濺少，電弧穩(wěn)定，熱量集中，對焊件的穿透能力強，易形成指狀熔深，適合焊接較厚的板材（>3mm），不適合薄板.2022/12/19157楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

----------熔滴過渡的主要形式和特點在Ar或者富Ar保護氣體電流小2022/12/19158楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

----------熔滴過渡的主要形式和特點接觸過渡：焊絲（或焊條）端部的熔滴與熔池表面通過接觸而過渡的方式分類：短路過渡，搭橋過渡短路過渡：小滴電磁收縮力大于表面張力搭橋過渡：大滴電磁收縮力小于表面張力2022/12/19159楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

----------熔滴過渡的主要形式和特點短路過渡電弧引燃后隨著電弧的燃燒，焊絲或者焊條端部形成熔滴并逐漸長大。當電流較小，電弧電壓比較低，弧長比較短，熔滴未長成大滴就與熔池接觸形成液態(tài)金屬短路，電弧隨之熄滅，金屬熔滴過渡到熔池中去。熔滴脫落后，電弧重新引燃，如此交替，這種過渡稱為~2022/12/19160楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

----------熔滴過渡的主要形式和特點出現(xiàn)場合：堿性焊條的焊條電弧焊細絲氣體保護電弧焊（φ≤1.6mm）短路過渡由燃弧和熄弧兩個交替的階段組成，電弧的燃燒是不連續(xù)的。2022/12/19161楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

----------熔滴過渡的主要形式和特點實質：熔化速度與送絲速度不一致2022/12/19162楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

----------熔滴過渡的主要形式和特點短路過渡特點：燃弧熄弧交替進行平均電流小，峰值電流大，適合薄板及全位置焊接小直徑焊條或焊絲，電流密度大，產熱集中，焊接速度快弧長短，焊件加熱區(qū)小，質量高2022/12/19163楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

----------熔滴過渡的主要形式和特點搭橋過渡：非熔化極電弧焊。再表面張力、重力及電弧力的作用下，熔滴進入熔池。2022/12/19164楊建國焊絲的熔化與熔滴過渡

----------熔滴過渡的主要形式和特點渣壁過渡：熔滴沿著熔渣壁面流入熔池的一種過渡形式出現(xiàn)場合：埋弧焊和焊條電弧焊2022/12/19165楊建國母材熔化與焊縫成形主要內容：單道焊縫的形成規(guī)律與影響因素缺陷的形成原因及改善措施2022/12/19166楊建國母材熔化與焊縫成形

----------------------焊縫形成過程在電弧熱的作用下，焊絲與母材被熔化，在焊件上形成一個具有一定形狀和尺寸的液態(tài)熔池。隨著電弧的移動熔池前端的焊件不斷的被熔化進入熔池中，熔池后部則不斷的冷卻結晶形成焊縫。2022/12/19167楊建國母材熔化與焊縫成形

----------------------焊縫形成過程溫度分布不均勻：距熱源中心距離、散熱條件2022/12/19168楊建國母材熔化與焊縫