焊接知識講座-原版

焊接根底知識講座薛家祥教授

華南理工大學(xué)2006年11月15日講座主要內(nèi)容第一講焊接的根本概念1.1焊接開展史簡述1.2焊接的根本概念1.3焊接方法的分類及應(yīng)用1.1焊接開展史簡述1.2焊接的根本概念焊接〔Welding〕：焊接是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且使用或不使用填充材料使工件到達(dá)結(jié)合的一種方法。其本質(zhì)就是通過適當(dāng)?shù)奈锢怼瘜W(xué)過程，使兩個別離外表的金屬原子接近到晶格距離〔0.3~0.5nm〕形成金屬鍵，從而使兩金屬連為一體。焊接方法〔Weldingprocess〕：焊接方法是指定某特定的焊接方法，如埋弧焊、氣體保護焊，其含義包括該方法所涉及的冶金、電、物理、化學(xué)及力學(xué)原那么等內(nèi)容。根據(jù)上述內(nèi)容的差異性區(qū)分出不同的焊接方法。焊接工藝方法的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，特別是在鋼結(jié)構(gòu)制成品中，它是最常用的一種加工方法，因此，往往被人們稱為工業(yè)縫紉機。1.3焊接方法的分類及應(yīng)用

1.總體分類金屬焊接方法主要分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。熔焊：是在焊接過程中將工件接口加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。熔焊時，熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化，形成熔池。在熔焊過程中，如果大氣與高溫熔池直接接觸，大氣中的氧就會氧化金屬和各種合金元素，大氣中的氮、水蒸汽等進入熔池會在焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，所以要采取保護氣體。壓焊：焊接過程中，必須對焊件施加壓力，加熱或不加熱的焊接方法，稱為壓焊。壓焊兩種形式：加熱并加壓，被焊金屬的接觸部位加熱至塑性狀態(tài)，或局部熔化狀態(tài)，然后加一定的壓力，使金屬原子間相互結(jié)合形成焊接接頭，如電阻焊、摩擦焊等。加壓，僅在被焊金屬接觸面上施加足夠大的壓力，借助于壓力引起的塑性變形，原子相互接近，從而獲得牢固的壓擠接頭，如冷壓焊、爆炸焊等。釬焊：采用熔點比母材低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點，但低于母材熔點的溫度，利用毛細(xì)作用使液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴散，連接焊件的方法，稱為釬焊。釬焊分為如下兩種：軟釬焊：用熔點低于450℃釬料〔鉛、錫合金為主〕進行焊接，接頭強度較低。硬釬焊：用熔點高于450℃釬焊〔銅、銀、鎳合金為主〕進行焊接，接頭強度較高。

2.詳細(xì)分類熔焊是目前應(yīng)用最廣泛的焊接方法。最常用的有手工電弧焊，埋弧焊，CO2氣體保護焊及手工鎢極氬弧焊弧焊等。第二講電弧焊工藝根底知識2.1電弧焊工藝的幾個概念2.2典型的焊接電流電壓波形2.3電弧焊工藝知識2.1電弧焊工藝的幾個概念

1.常用弧焊方法焊條電弧焊：用手工操縱焊條進行焊接的電弧焊方法，稱為手工焊條電弧焊，簡稱手弧焊。埋弧焊：電弧在焊劑層下燃燒，利用電氣和機械裝置控制送絲和移動電弧的焊接方法，稱為埋弧焊。氣體保護焊：是用外加氣體作為電弧介質(zhì)，并保護電弧、金屬熔滴、焊接熔池和焊接區(qū)高溫金屬的電弧焊方法。在生產(chǎn)中常用的外加氣體有氬氣、氦氣、二氧化碳?xì)狻寮佣趸己脱醯幕旌蠚怏w，氬和二氧化碳的混合氣體等，分為熔化極和非熔化極兩種。2.焊接電弧電弧：電弧是一種氣體放電現(xiàn)象，它把電能有效而簡便地轉(zhuǎn)化為熱能，機械能和光能。電弧放電的特點：電壓低、電流大、溫度最高、發(fā)光最強。焊接電弧：有焊接電源供給的，具有一定電壓的兩電極間與母材間，在氣體介質(zhì)中產(chǎn)生的強烈而持久的放電現(xiàn)象稱為焊接電弧。焊接電弧的根本特點：〔1〕維持電弧穩(wěn)定燃燒的電弧電壓很低，只有10-50V；〔2〕在電弧中能通過很大電流，可從幾安—幾千安；〔3〕電弧具有很高的溫度，弧柱溫度是不均勻的中心溫度最高，可到達(dá)5000-10000K，而遠(yuǎn)離中心那么溫度降低；〔4〕電弧能發(fā)出很強的光。包括：紅外線、可見光和紫外線3個局部。3.電弧的組成電弧組成：電弧是由3局部組成，即弧柱區(qū)、陰極區(qū)和陽極區(qū)?；≈鶇^(qū)：弧柱區(qū)呈中性，它是由分子、原子、受激原子、正離子、負(fù)離子及電子組成，其中正離子和負(fù)離子與帶負(fù)電荷的離子幾乎相等，所以又稱等離子體。陰極區(qū)：陰極是電子之源。它向弧柱提供99.9%的帶電離子〔電子〕．陽極區(qū)：陽極區(qū)主要是接受電子，同時向弧柱提供０.１％的帶電粒子〔正離子〕。4.電弧引燃方法不同的焊接方法其引燃電弧的方法不同，引弧方法主要如下兩種：〔1〕接觸短路引弧法：這種引弧方法包括兩個過程：首先是將焊條或焊絲與焊件接觸短路，利用短路產(chǎn)生高溫；其次，是在短路以后訊速地將焊條或焊絲拉開，這時在焊條或焊絲端部與焊件外表之間立即產(chǎn)生一個電壓，而產(chǎn)生焊接電弧。在熔化極電弧焊中，手工電弧焊、埋弧自動焊和熔化極氣體保護焊都采用接觸短路引弧法?！?〕高頻高壓引弧法：這種方法用于鎢極氬弧焊中，在鎢極和焊件之間留有2~5mm的間隙，然后加上2000—3000V的空載電壓，利用高電壓直接將空氣擊穿，引燃電弧。由于高壓電對人身有危險，通常將其頻率提高到150-260KHZ，利用高頻電強烈的集膚效應(yīng)，對人身不會造成危害。

2.2典型的焊接電流電壓波形

1.弧過程波形以下圖就是一個典型的電弧引燃過程的電流和電壓波形圖。2.弧焊中間過程波形電弧引燃后進入正常焊接焊接過程，以下圖就是一種典型的氣體保護焊的中間焊接過程的電流電壓波形圖。3.收弧過程波形焊接結(jié)束進入收弧過程，以下圖就是一個典型的收弧過程。2.3電弧焊工藝知識

1.焊接接頭形式焊接接頭的根本形式有四種：對接接頭、搭接接頭、T形接頭和角接接頭，接頭形式如以下圖。a)對接接頭b〕角接接頭c〕搭接接頭d〕T形接頭2.焊接位置焊接位置:

熔焊時，焊件接縫所處的空間位置，叫焊接位置。焊接位置有:平焊、立焊、橫焊、仰焊、船形焊、向上立焊、向下立焊、傾斜焊、上坡焊、下坡焊、全位置焊接。3.焊接電弧的極性采用直流弧焊電源時，焊接電弧的極性有正接和反接兩種。正接法—直流電弧焊時，焊件接電源輸出端的正極，電極接電源輸出端負(fù)極的接線法，稱為直流正接法。反接法—直流電弧焊時，焊件接電源輸出端的負(fù)極，電極接電源輸出端正極的接線法，稱為直流反接法。直流電弧的極性是以焊件為基準(zhǔn)的，焊件接正極為正接，焊件接負(fù)極為反接。4.焊接電弧的極性選擇選擇極性的原那么首先是滿足電弧穩(wěn)定性，其次才是焊絲的熔化系數(shù)和焊縫成形。熔化極氣體保護焊〔GMAW〕：熔化極氣體保護焊的陰極產(chǎn)熱大于陽極產(chǎn)熱。它們均采用直流反接，焊絲熔化速度低些，但電弧穩(wěn)定，熔透和焊縫成形好。鎢極氬弧焊：鎢極氬弧焊時，陽極比陰極產(chǎn)熱多，這不同于熔化極氣體保護焊。一般都采用直流正接，電弧比較穩(wěn)定，鎢極壽命長；采用反接時，鎢極因過熱而損失嚴(yán)重，使用壽命短。埋弧焊：均采用直流反接，熔深大。5.熔滴過渡形式熔滴：是指在電弧焊時，從焊絲端頭形成的，并向熔池過渡的滴狀液態(tài)金屬。溶滴過渡：電弧焊時，焊絲端頭形成的熔滴通過電弧空間向熔池轉(zhuǎn)移的過程。溶滴過渡分類：按短路與否，分為短路過渡和自由過渡；按熔滴大小分射滴過渡和噴射過渡〔進一步細(xì)分為射滴、射流和旋轉(zhuǎn)〕。a)短路過渡(CO2焊)b)射滴過渡(脈沖)c)射流過渡(較大電流)d)旋轉(zhuǎn)射流(過大電流)

射滴過渡用于角焊縫右圖是射滴過渡在角焊縫中的應(yīng)用情況6.焊接缺陷咬邊：在沿著焊趾的母材部位燒熔形成的溝槽或凹陷，稱為咬邊。焊接電流太大，以及運條速度不當(dāng)所造成。未焊透：焊接時，焊接接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象，稱為未焊透。坡口角度過小、間隙過小或鈍邊過大；焊接電流太小；焊接速度過快；電弧電壓偏低；焊〔或焊絲〕可焊性不好；清根不徹底。未熔合：熔焊時，焊道與母材之間或焊道與焊道之間，未完全熔化結(jié)合的局部，稱為未熔合。主要是焊接線能量太低，電弧偏吹，坡口側(cè)壁有銹垢及污物，層間清渣不徹底等。燒穿：焊接過程中，熔化金屬自坡口反面流出，形成穿孔的缺陷，稱為燒穿。焊接電流過大，焊接速度太慢，裝配間隙過大或鈍邊太薄等。焊瘤：焊接過程中，熔化金屬流淌到焊縫之外未熔化的母材上所形成的金屬瘤，稱為焊瘤。操作不熟練和運條不當(dāng)，埋弧焊工藝參數(shù)選擇不適宜等。氣孔：焊接時，熔池中的氣體在凝固時未能逸出而殘留在焊縫中所形成的空穴，稱為氣孔。7.幾種缺陷例如第三講焊接電源的特點分析3.1弧焊電源的開展歷程3.2弧焊電源的分類3.3弧焊變壓器3.4晶閘管整流式弧焊電源3.5逆變式弧焊電源3.6弧焊電源型號與系列3.7焊接電源特性及工藝參數(shù)3.1弧焊電源的開展歷程一、弧焊電源發(fā)展歷程：弧焊發(fā)電機弧焊內(nèi)燃發(fā)電機組弧焊電動發(fā)電機組弧焊變壓器弧焊整流器硅弧焊整流器可控硅弧焊整流器脈沖弧焊整流器晶體管弧焊整流器逆變式弧焊機二、弧焊電源定義弧焊電源是對焊接電弧提供能量的專用裝置，它具有電弧焊接所要求的電氣特性，這些電氣特性主要包括：外特性（也稱為靜特性）、動特性和控制特性?；『赴l(fā)電機（arcweldinggenerator）用電動機或內(nèi)燃機驅(qū)動的向焊接電弧供給電能的發(fā)電機。按供電種類可分為交流弧焊發(fā)電機和直流弧焊發(fā)電機?；『竷?nèi)燃發(fā)電機組(combustionenginedrivenarcweldingset)弧焊發(fā)電機與內(nèi)燃機的組合體。弧焊電動發(fā)電機組(motordrivenarcweldingset)弧焊發(fā)電機與電動機的組合件?；『缸儔浩鳎╝rcweldingtransformer）將電網(wǎng)的交流電變成適宜于電弧焊的交流弧焊電源，它由初、次級線圈相隔離的主變壓器及所需要的調(diào)節(jié)裝置和指示裝置等組成?；『刚髌?arcweldingrectifier)一種直流弧焊電源。它由主變壓器、整流器組以及為獲得所需外特性的調(diào)節(jié)裝置和指示裝置等組成。硅弧焊整流器(siliconarcweldingrectifier)采用硅二極管作為整流元件的弧焊整流器?？煽毓杌『刚髌?SCRarcweldingrectifier)采用可控硅作為整流元件的弧焊整流器。脈沖弧焊整流器(pulsedarcweldingrectifier)能提供脈沖電流的弧焊整流器。晶體管弧焊電源(transistorarcweldingpowersource)采用晶體管作為主控管的弧焊電源。3.2弧焊電源的分類

1.分類方法之一

弧焊電源按控制方法，主要有：機械式控制、電磁式控制、電子式控制和數(shù)字式控制。2.分類法之二弧焊電源按輸出電流的性質(zhì)不同，主要有：〔1〕交流弧焊電源：弧焊變壓器、矩形波交流弧焊機；〔2〕直流弧焊電源：弧焊整流器、弧焊逆變器、弧焊發(fā)電機〔用于野外無動力電源的場合〕；〔3〕脈沖弧焊電源：脈沖MIG焊等。a)交流b)直流c)脈沖3.分類方法之三弧焊電源按工藝方法來分，主要有：焊條電弧焊機、氣體保護非熔化極電焊機、氣體保護熔化極電焊機、埋弧焊機、自保護電弧焊〔藥芯焊絲焊接〕、螺柱焊。氣體保護焊機按保護氣體的成分不同可分為：氬弧焊機〔熔化極MIG/非熔化極TIG〕、CO2/MAG自動/半自動焊機〔MAG焊使用混合氣體為：80%氬氣+20%CO2〕?，F(xiàn)在氣體保護弧焊機上往往組合多種焊接工藝方法，如：交/直流TIG氬弧焊機、CO2/MAG氣保焊機、MIG/MAG氣保焊機。

4.電弧焊方法分類圖5.常見縮略語

幾個常見的縮略語：GTAW：GasTungstenArcWeldingGMAW：GasMetalArcWeldingTIG：TungstenInertGasArcWeldingMIG：MetalInertGasArcWeldingMAG：MetalActiveGasArcWeldingSAW：SubmergedArcAutomaticWeldingPAW:PlasmaArcWelding6.電焊機型號及含義電焊機型號及焊接材料

BX1-xxx——動鐵式交流弧焊機；

WSE-xxx——交直流氬弧焊機；ZX7-xxx——逆變式手工弧焊機；WSM-xxx——IGBT逆變脈沖焊機；NBC-xxx——半自動CO2焊機；LGK-xxx——等離子切割機。MZ-xxx——埋弧焊機電焊機型號編排原那么：1〕產(chǎn)品型號由漢語拼音字母及阿拉伯?dāng)?shù)字組成；2〕產(chǎn)品型號的編排順序：3.3弧焊變壓器

1.工作原理弧焊變壓器是一類特殊的降壓變壓器，為滿足弧焊工藝要求而有以下特點：為穩(wěn)弧要有一定的空載電壓和較大的電感；主要用于手工弧焊、埋弧焊和鎢極氬弧焊；為了調(diào)節(jié)電弧電流、電壓，外特性應(yīng)可調(diào)節(jié)。電磁關(guān)系：

2.分類及型號弧焊變壓器的分類：1.串聯(lián)電抗器式由正常漏磁〔漏磁很少，可忽略〕的變壓器和串聯(lián)電抗器構(gòu)成，按結(jié)構(gòu)不同可分為：分體式：變壓器和電抗器是獨立的個體，BN系列弧焊變壓器和BP-3×500型多站式弧焊變壓器屬于此類；同體式：變壓器與電抗器鐵心組成一體，二者之間非但有電的串聯(lián)，還有磁的聯(lián)系。BX2系列弧焊變壓器屬于此類；2.增強漏磁式在這類變壓器中人為地增大了自身的漏抗，而無需再串聯(lián)電抗器，按增強和調(diào)節(jié)漏抗的方法不同又可分為：動鐵心式在初、次級繞組間設(shè)置可動的磁分路，以增強和調(diào)節(jié)漏磁。BX1系列弧焊變壓器即屬此類；動線圈式通過增大初、次級繞組之間距離來增強漏磁，改變繞組之間距離以資調(diào)節(jié)，BX3系列弧焊變壓器屬于此類；抽頭式也是將初、次級繞組分開來增加漏磁，通過繞組改變繞組匝數(shù)來調(diào)節(jié)漏抗。BX6-120型弧焊變壓器屬于次類。3.串聯(lián)電抗器式

這類電源由變壓器和電抗器所組成。前者為正常漏磁的普通降壓變壓器，將電網(wǎng)電壓降至所要求的空載電壓。變壓器本身的外特性是接近于平的。為了得到下降外特性及調(diào)節(jié)電流需串聯(lián)電抗器。〔1〕調(diào)節(jié)間隙式結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)空氣隙式有單間隙和雙間隙之分，都是靠改變磁路磁阻來調(diào)節(jié)電抗的?？諝忾g隙δ增大，那么電抗Xk減少。

a)b)c)單氣隙式b)、c)雙氣隙式

1定鐵心2繞組動鐵心〔2〕調(diào)節(jié)線圈式結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)線圈式

它的優(yōu)點是沒有活動的鐵心，無振動問題，結(jié)構(gòu)簡單。調(diào)節(jié)線圈匝數(shù)Nk，就可調(diào)節(jié)Xk調(diào)節(jié)繞組匝數(shù)的電抗器〔3〕飽和電抗器式結(jié)構(gòu)飽和電抗器鐵心中無空氣隙和活動鐵心，防止了前面的電抗器的缺點。鐵磁材料的μ是隨其飽和程度而變化的。改變直流電流的大小，可改變鐵心飽和程度從而改變導(dǎo)磁率μ和磁阻Rm，從而調(diào)節(jié)了Xk。飽和電抗器4.分體式弧焊變壓器它由變壓器和電抗器兩種獨立部件組成，只是將其串聯(lián)使用，故稱為分體式。它可供作單站和多站交流弧焊接變壓器。單站分體式弧焊變壓器：這種電源供單個焊工使用故稱為單站式。它由變壓器B和電抗器DK組成。變壓器初級繞組1和次級繞組2共同繞在二側(cè)心柱上。初、次級繞組之間磁的耦合緊密，漏磁很少。DK為電抗器，裝有連著傳動機構(gòu)的手柄3，搖動它可調(diào)節(jié)空氣隙的大小。多站式分體式弧焊變壓器：在造船、鍋爐等工廠的焊接車間，焊接生產(chǎn)任務(wù)繁重，往往可以采用多站式弧焊變壓器集中供電。盡管多站式弧焊變壓器本身的外特性是平的，而各焊接站在焊接時仍要求有下降的外特性，以及各自能獨立地調(diào)節(jié)焊接電流，因而各站需另串電抗器?！?〕單站式結(jié)構(gòu)

這種電源供單個焊工使用故稱為單站式。它由變壓器B和電抗器DK組成。變壓器初級繞組1和次級繞組2共同繞在二側(cè)心柱上。初、次級繞組之間磁的耦合緊密，漏磁很少。DK為電抗器，裝有連著傳動機構(gòu)的手柄3，搖動它可調(diào)節(jié)空氣隙的大小。同體式弧焊變壓器器〔2〕多站式結(jié)構(gòu)

在造船、鍋爐等工廠的焊接車間，焊接生產(chǎn)任務(wù)繁重，往往可以采用多站式弧焊變壓器集中供電。盡管多站式弧焊變壓器本身的外特性是平的，而各焊接站在焊接時仍要求有下降的外特性，以及各自能獨立地調(diào)節(jié)焊接電流，因而各站需另串電抗器。多站式弧焊變壓器5.動鐵心式弧焊變壓器動鐵心式弧焊變壓器：它是一種增強漏磁式弧焊變壓器，靠增強本身漏磁獲得下降外特性，為增加漏磁需使初級繞組N1和次級繞組N2耦合的不緊密。N1和N2是各自分開繞在變壓器鐵心I上的，兩者之間相距δ12。并且在N1、N2之間設(shè)有鐵心II，用它構(gòu)成磁分路，以減小漏磁磁路磁阻，從而使漏磁顯著增強。鐵心II可以移動，進出于鐵心I的窗口〔在圖中是垂直于紙面移動〕以調(diào)節(jié)漏磁，故稱為動鐵心式。動鐵心式弧焊變壓器6.動線圈式弧焊變壓器動線圈式弧焊變壓器：它的鐵心形狀特點是高而窄，在兩側(cè)心柱上套有初級繞組N1和次級繞組N2。N1和N2是各自分開纏繞的。N1在下面是固定不動的；N2在上方是活動的，搖動手柄可令其沿鐵心柱上下移動，以改變其與N1之間的距離δ12。由于鐵心窗口較高，δ12可調(diào)范圍較大。這種結(jié)構(gòu)特點，使得初級與次級繞組之間磁的耦合不緊密而有很強的漏磁。由此產(chǎn)生的漏抗就足以得到下降外特性，而不必附加電抗器。動線圈式弧焊變壓器7.抽頭式弧焊變壓器抽頭式弧焊變壓器：它的結(jié)構(gòu)是在心柱I上繞有初級繞組的一局部N1I；在心柱II上繞有初級繞組的另一局部N1II，和次級繞組N2。N1II和N2是同軸纏繞的，它們之間的漏磁可以忽略不計。而N1I和N2那么分別繞在不同心柱上，彼此間有較大的漏磁。λ表示初級繞組中與Ｎ２在同一心柱上的那一局部占初級繞組總匝數(shù)的比率，λ值小那么說明N1、N2耦合不緊密，總漏抗就大；反之亦然。抽頭式弧焊變壓器3.4晶閘管整流式弧焊電源

1.工作原理

三相工頻網(wǎng)絡(luò)電壓經(jīng)三相主變壓器T降為幾十伏的交流電壓，通過晶閘管組的整流和功率控制，并經(jīng)直流電抗器L濾波，在輸出端就得到波形平滑的焊接電流。大功率晶閘管組受控于觸發(fā)電路，觸發(fā)電路脈沖的移相可以改變晶閘管的導(dǎo)通角的大小，晶閘管的導(dǎo)通角大，那么焊接電流〔或電壓〕輸出也大，反之亦然。對晶閘管式弧焊整流器輸出外特性的控制，是借助于電壓、電流反響信號mUf、nIf，與給定電壓Ug、給定電流Ig進行比較，并改變觸發(fā)脈沖的相位角，以控制大功率晶閘管組導(dǎo)通角大小，從而獲得所需的外特性。2.電路組成晶閘管整流式弧焊電源的工作原理框圖3.5逆變式弧焊電源

1.工作原理單相或三相50Hz的交流網(wǎng)路電壓經(jīng)整流器〔VD1〕整流后變成直流電壓，輸入濾波器將使輸入電壓變得更加平滑，通過大功率開關(guān)電子元件構(gòu)成的逆變器的開關(guān)作用，變成幾千至幾萬赫茲的中頻電壓，再經(jīng)過中頻變壓器T降至適合于焊接的幾十伏電壓，并借助于PWM電子控制電路和反響電路及焊接回路的阻抗，獲得弧焊所需的外特性和動特性。MOSFET為電壓型控制，控制功率極小，開關(guān)速度很高，可達(dá)幾百kHz，但電流電壓容量較小，只適合中小功率場合。晶體管為電流型器件，控制功率大，會發(fā)生二次擊穿，開關(guān)速度較高，可達(dá)20-30kHz,電流和電壓容量較大，適合與較大功率的場合。IGBT為它MOSFET和晶體管的復(fù)合型器件，與MOSFET的控制方式相同，是電壓型控制，控制功率?。粚?dǎo)電能力具有晶體管的特點，電流電壓的容量大。晶閘管為電流型控制，驅(qū)動功率大，開關(guān)頻率較低，一般為0.5-5kHz，但其電流電壓容量大，且抗電流電壓的沖擊能力強，可靠性高。2.電路組成逆變式弧焊電源的工作原理框圖3.性能特點4.傳統(tǒng)與逆變焊機的比較傳統(tǒng)的弧焊電源采用工頻50Hz來傳遞電能和變換電能，而弧焊逆變器那么把工頻50Hz提高到幾千到幾萬Hz在進行電能的傳遞和變換，因而使它在結(jié)構(gòu)和性能上具有突出的特點：高效、輕巧、控制性能優(yōu)良。其主要原因如下：U=4.44fNSBm上式可變換為：N·S=U/4.44fBm從上式可看出變壓器的體積、重量直接取決于繞組匝數(shù)N與鐵心截面積S的乘積NS，而NS之積與頻率f成反比。當(dāng)Bm取一定數(shù)值時，假設(shè)使頻率從工頻50Hz提高到幾千或幾萬Hz，那么繞組匝數(shù)與鐵心截面積的乘積就大大降低，而主變壓器在弧焊整流器中通常所占的重量達(dá)1/3至2/3。所以，逆變式弧焊電源的體積重量比傳統(tǒng)弧焊電源的體積重量大大減少。3.6弧焊電源型號與系列根據(jù)焊接電源輸出的電流不同將焊接電源分為：交流、直流、脈沖等電源。

根據(jù)電極在焊接過程中是否熔化來區(qū)分熔化極、非熔化極電弧焊。熔化極電弧焊如：手工電弧焊、埋弧焊、氣體保護電弧焊等。非熔化極電弧焊如：鎢極氬弧焊、等離子弧焊等。此外，還有等離子切割、電阻點焊機等焊接設(shè)備。

1.交流焊機系列

交流焊機國標(biāo)型號：BX1,BX3,BX6動鐵式交流弧焊機BX1-XXX:其中B代表弧焊變壓器，X代表下降特性，1代表動鐵芯式;動圈式交流弧焊機BX3-XXX:其中B代表弧焊變壓器，X代表下降特性，3代表動圈式;抽頭式交流弧焊機BX6-XXX:其中B代表弧焊變壓器，X代表下降特性，6代表抽頭式。

2.直流焊機系列一

1、手工焊機硅整流手工弧焊機ZXG-XXX：其中Z代表弧焊整流器，X代表下降特性，G代表硅整流式;可控硅手工弧焊機ZX5-XXX：其中Z代表弧焊整流器，X代表下降特性，5代表可控硅式;IGBT逆變手工弧焊機ZX7-XXX：其中Z代表弧焊整流器，X代表下降特性，7代表IGBT逆變式。2、氬弧焊機IGBT逆變氬弧焊機WS-XXX：其中W代表鎢極氬弧焊，S代表手工焊。3、脈沖氬弧焊機IGBT逆變脈沖氬弧焊機WSM-XXX：其中W代表鎢極氬弧焊，S代表手工焊，M代表脈沖。

2.直流焊機系列二

4、CO2氣體保護焊機抽頭式氣保焊機〔一體式〕NBC-XXX：其中N代表熔化極氣體保護焊，B代表半自動焊，C代表CO2；抽頭式氣保焊機〔分體式〕NBC-XXX：字母含義同一體式；有時在寫國標(biāo)型號時簡寫成NB;KR—松下型。5、埋弧焊機硅整流埋弧焊機MZ-XXX：其中M代表埋弧焊，Z代表自動焊，稱ZXG系列埋弧焊機；可控硅埋弧焊機MZ-XXX：其中M代表埋弧焊，Z代表自動焊，稱SCR系列埋弧焊機；IGBT逆變埋弧焊機MZ-XXX：其中M代表埋弧焊，Z代表自動焊。6、碳弧氣刨焊機ZGF-1000〔略〕3.交、直流兩用焊機系列

1、交直流兩用手工焊機交直流兩用硅整流弧焊機ZXE1-XXX：其中Z代表弧焊整流器，X代表下降特性，E代表交流、直流兩用。多頭交直流兩用硅整流弧焊機(3頭)ZXE1-500/400ｘ3-XXX：其中Z，X含義同上，500為交流時額定電流500A,400為直流時額定電流400A，ｘ3代表3工位；

多頭交直流兩用硅整流弧焊機(6頭)ZXE1-500/400ｘ6其中Z，X含義同上，500為交流時額定電流500A,400為直流時額定電流400A，ｘ6代表6工位；2、交直流兩用氬弧焊機交直流兩用氬弧焊機〔交直流方波〕WSE-XXX：其中W代表鎢極氬弧焊，S代表手工焊，E代表交流、直流兩用;以上焊機中交流焊機系列、直流焊機系列和交直流兩用焊機系列中，-XXX中XXX為額定(最大)焊接電流XXXA。4.切割設(shè)備

5.其他焊接設(shè)備

對焊機UN-75；氣動點焊機DTN-60；移動式點焊機DNJ-10；腳踏式點焊機DN-10；變位機；操作機；滾輪架。3.7焊接電源特性及工藝參數(shù)

1.焊接方法選擇1、根據(jù)母材金屬的物理性能，正確選擇焊接方法母材金屬的導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性能、熔點等物理性能會直接影響其焊接性及焊接質(zhì)量。當(dāng)焊接熱導(dǎo)率較高的金屬如銅、鋁及其合金時，應(yīng)選擇熱輸入強度大、具有較高焊透能力的焊接方法，以使被焊金屬在最短的時間內(nèi)到達(dá)熔化狀態(tài)，并使工件變形最小。對于電阻率較高聚物金屬那么更宜采用電阻焊。對于熱敏感材料，那么應(yīng)注意選擇熱輸入較小的焊接方法，如激光焊、超聲波焊等。2、根據(jù)母材金屬的力學(xué)性能，正確選擇焊接方法各種焊接方法對焊縫金屬及熱影響區(qū)的金相組織及其力學(xué)性能的影響程度不同，因此，也會不同程度地影響產(chǎn)品的使用性能。所選擇的焊接方法應(yīng)便于通過控制熱輸入，從而控制接頭的熔深、熔合比和熱影響區(qū)，來獲得力學(xué)性能與母材金屬相接近的接頭。例如電渣焊、埋弧焊時由于熱輸入較大，從而使焊接接頭的沖擊韌度降低。2.焊接方法選擇〔續(xù)〕

3.弧焊電源的外特性

在規(guī)定范圍內(nèi)，弧焊電源穩(wěn)態(tài)輸出電流和輸出電壓間的關(guān)系。典型的外特性有：垂降特性、陡降特性、緩降特性、平特性及上升特性等。不同的焊接方法，要求電源具有不同的外特性。

4.弧焊電源的動特性

當(dāng)負(fù)載狀態(tài)發(fā)生瞬時變化時，弧焊電源輸出電流和輸出電壓與時間的關(guān)系。用以表征對負(fù)載瞬時變化的反響能力，簡稱動特性。動特性好的焊機容易起弧，焊接過程電弧突然拉長一些也不容易熄滅，飛濺也較少。動特性差的焊機，引弧時焊條容易粘在工件上，焊條拉開的距離稍大一些就不能起弧，焊接過程中電弧偶然拉長一點，就容易熄弧，有時飛濺較嚴(yán)重。

5.弧焊電源的工藝參數(shù)

焊接電流：焊接電流是指焊接時，流經(jīng)焊接回路的電流。焊接電流是決定熔深的主要因素。適當(dāng)提高電流能提高生產(chǎn)效率。額定電流：在約定焊接工件、約定負(fù)載電壓下約定焊接電流最大值稱為額定電流。焊接電壓：焊接電壓是決定熔寬的主要因數(shù)。負(fù)載持續(xù)率：焊機負(fù)載的時間占選定工作時間的百分率稱為負(fù)載持續(xù)率。一般情況下，選定工作時間為10分鐘。約定負(fù)載電壓Uf與約定焊接電流If關(guān)系：1〕對于手弧焊電源U=20+0.04I2〕對于TIG焊電源U=10+0.04I3〕對于MIG/MAG/CO2焊電源U=14+0.05I4〕對于埋弧焊電源下降特性按1〕，平特性按2〕第四講電弧焊工藝及設(shè)備4.1焊條電弧焊工藝及設(shè)備4.2TIG焊工藝及設(shè)備

4.3MIG/MAG氣體保護焊工藝及設(shè)備

4.4CO2焊工藝及設(shè)備4.5埋弧焊工藝及設(shè)備4.6自保護電弧焊工藝〔藥芯焊絲〕

4.7等離子弧焊接工藝與設(shè)備4.8等離子弧切割工藝與設(shè)備4.1焊條電弧焊工藝及設(shè)備

1.工作原理在焊條與母材〔被焊材料〕之間引燃電弧，利用電弧熱進行熔化焊接。其工作原理見以下圖。電弧及焊接區(qū)受到焊條藥皮〔藥劑〕分解產(chǎn)生的氣體及熔渣的保護，使其與大氣相隔離。焊條芯受到電弧的加熱而熔化，形成熔滴過渡到熔池，與母材的熔化金屬共同形成焊縫金屬。

2.工藝特點焊條藥皮是由石灰石〔CaCO3〕、熒石〔CaF2〕、TiO2、SiO2、Mn鐵粉按一定比例混合制成的。藥皮的成分不同，電弧穩(wěn)定性、焊接操作性、焊縫裂紋傾向性等焊接特性是有差異的。焊條藥皮的作用如下：有利于電弧放電的產(chǎn)生，并且能夠提高電弧的穩(wěn)定性；產(chǎn)生氣體和形成熔渣，隔離空氣，保護電弧、熔滴及焊縫金屬；提高熔渣—金屬反響使金屬復(fù)原〔脫氧〕、精練焊縫金屬；根據(jù)需要對焊縫金屬添加合金元素；熔渣覆蓋在焊接金屬外表，焊縫外表形狀規(guī)整。3.典型產(chǎn)品4.2TIG焊工藝及設(shè)備

1.工作原理非熔化極焊接多使用鎢電極作為電弧的一極，并且更多的情況是使用氬氣進行保護。氬氣是惰性氣體〔InertGas〕，所以該工藝方法也叫做TIG〔TungstenInertGas〕焊，其工作原理見以下圖。保護氣體在化學(xué)性質(zhì)上是惰性，使其可用于鋁、鎂等非鐵合金及各種金屬焊接。

2.類型及選用TIG焊采用的保護氣體在化學(xué)性質(zhì)上是惰性，使其可用于鋁、鎂等非鐵合金及各種金屬焊接，能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的焊接。在需要熔敷金屬的場合，可使用焊絲〔不作為電極〕向熔池中填加熔敷金屬。直流TIG焊適合于不銹鋼、耐熱鋼、銅合金、鈦合金等材料；交流TIG用于焊接鋁合金、鎂合金、鋁青銅等；脈沖焊用來焊接薄板〔0.3mm〕、全位置管道焊、高速焊及對熱敏感性強的材料。

3.工藝特點采用惰性氣體Ar作為保護氣體具有極好的保護作用，氬氣既不與金屬發(fā)生任何化學(xué)反響，也不溶解于高溫金屬中，使焊接熔池的冶金反響簡單容易控制；電弧在氬氣中燃燒非常穩(wěn)定，在小電流〔<10A〕的情況下仍然穩(wěn)定燃燒；填絲焊接不通過電流，不存在熔滴過渡問題，焊接過程沒有飛濺，焊縫成形美觀；氬氣在焊接過程中僅起保護隔離作用，對工件外表狀態(tài)要求較高，焊前需要進行外表清洗，除油、去銹、去灰塵等雜質(zhì)；鎢極承載電流的能力有限，TIG焊的焊接電流會受到鎢極棒的限制，故焊接速度較小，生產(chǎn)率較低；TIG焊采用的氬氣純度較高，要求到達(dá)99.8%以上，而氬氣較貴，所以TIG焊本錢較高；氬弧受周圍氣流影響較大，不適宜在室外和有風(fēng)處進行操作。4.系統(tǒng)組成5.典型產(chǎn)品4.3MIG/MAG氣體保護焊工藝及設(shè)備

1.工作原理氣體保護金屬極電弧焊〔GMAW—GasMetalArcWelding〕。在使用氬氣等惰性氣體作為保護氣體時，稱為MIG焊；在使用二氧化碳?xì)怏w作為保護氣時，稱為CO2電弧焊；當(dāng)使用氬氣和二氧化碳?xì)獾然旌蠚怏w作為保護氣體時稱為混合氣體保護焊〔MAG焊〕。GMAW是MIG焊、CO2焊、MAG焊的統(tǒng)稱。該方法一般利用恒流恒壓特性電源，鋁合金焊接也可以采用直流恒流特性電源，通常采用反極性接法。2.MIG/MAG原理圖3.MIG/MAG焊工藝特點在氬或富氬氣體保護下的焊接電弧穩(wěn)定，不但射滴過渡與射流過渡時電弧穩(wěn)定，小電流短路過渡下飛濺量??；MIG/MAG焊熔滴過渡均勻和穩(wěn)定，焊縫成形均勻、美觀；電弧氣氛的氧化性很弱，甚至無氧化性，不但可以碳鋼、高合金鋼，還可焊接活潑金屬及合金，如鋁、鎂及合金。MIG/MAG焊采用直流電源，一般采用反極性接法。4.系統(tǒng)組成5.典型產(chǎn)品4.4CO2焊工藝及設(shè)備

1.工作原理CO2電弧焊是利用CO2作為保護氣體的氣體保護焊。當(dāng)焊絲與工件短路引燃電弧后，電弧及其周圍區(qū)域得到CO2氣體的保護，防止熔滴和熔池金屬被空氣氧化和氮化。同時，在電弧高溫下，CO2氣體發(fā)生分解，其分解反響是吸熱反響，對電弧產(chǎn)生強烈的冷卻作用，引起弧柱收縮，使電弧熱量集中，焊絲熔化率高，熔深大，焊接速度快。根據(jù)焊絲的直徑，CO2焊采用如下的焊接參數(shù)和熔滴過渡形式：

〔1〕細(xì)絲〔1.2mm以下〕，一般以小電流、低電弧電壓的短路過渡進行焊接，焊絲端部的熔滴以與熔池短路接觸的形式向熔池過渡?！?〕中絲〔1.6~2.4mm〕，大都采用較大電流和較高電壓進行焊接，熔滴過渡呈細(xì)滴排斥過渡，甚至射滴過渡?！?〕粗絲〔2.4~5mm〕，常采用大電流和較低電壓進行焊接，這時電弧根本上潛入熔池凹坑內(nèi)，熔滴呈射滴過渡，甚至射流過渡。2.CO2焊工藝特點生產(chǎn)效率高和節(jié)省能量；焊接本錢低；焊接變形?。粚τ秃弯P的敏感性很低；由于保護氣體的氧化性，焊縫中含氫量少，提高了焊接低合金高強度鋼抗冷裂紋的能力；當(dāng)CO2能電弧焊采用短路過渡形式時，可用于立焊、仰焊和全位置焊接；電弧可見性好，有利于觀察，使焊絲對準(zhǔn)焊縫位置；3.系統(tǒng)組成CO2焊系統(tǒng)

4.典型產(chǎn)品4.5埋弧焊工藝及設(shè)備

1.工作原理埋弧焊〔SubmergedArcWelding〕方法，在焊接開始前在焊接線上堆積顆粒狀焊劑，以自動方式向焊劑中送進裸焊絲，在焊劑覆蓋狀態(tài)下引燃電弧進行熔化焊接。焊劑受到電弧的加熱而熔化、分解，對焊接區(qū)起到保護作用。埋弧焊的工作原理見以下圖。

2.工藝特點由于焊劑是分散的，從利用上考慮，只適用于平焊及橫焊位置焊接，這是埋弧焊的缺乏之處。電弧被焊劑覆蓋著，弧光受到焊劑的遮擋，煙塵及飛濺也較少。焊接以自動焊方式進行，能夠利用大電流進行焊接。這是埋弧焊的優(yōu)點。如果使用粗徑焊絲，焊接電流可以使用到2000A，具有較高的生產(chǎn)率。埋弧焊作為高生產(chǎn)率的自動焊接方法，廣泛應(yīng)用于造船、橋梁、大型建筑、壓力容器等的焊接中。3.系統(tǒng)組成埋弧焊系統(tǒng)

4.典型產(chǎn)品4.6自保護電弧焊工藝〔藥芯焊絲〕

1.工作原理自保護電弧焊接方法〔SelfShieldArcWelding〕，它與焊條電弧焊、埋弧焊一樣，是采用焊劑進行保護的電弧焊接法。采用焊劑—焊絲一體的藥芯焊絲〔flux-coredwire〕，在焊絲與母材間引燃電弧進行焊接。該方法除了不需供給保護氣體之外，焊接裝置的構(gòu)成與氣體保護熔化極電弧焊是相同的。

2.工藝特點4.7等離子弧焊接工藝與設(shè)備

1.等離子弧的形成等離子弧是利用等離子槍將陰極〔如鎢極〕和陽極之間的自由電弧壓縮成高溫、高電離度及高能量密度的電弧。等離子槍的作用如同消防水管前端的噴頭，加上這個噴頭便極大地增大水的流速與揚程。等離子弧可用于焊接、噴涂、堆焊和切割。鎢極氬弧所使用的電弧為自由電弧，利用等離子槍將自由電弧進一步壓縮便形成等離子弧。噴嘴是等離子弧焊槍的關(guān)鍵部件，一般需要水冷。電離了的離子氣從噴嘴孔徑流出時受到噴嘴壓縮及電弧壓降都隨電流密度增加而增加，所以等離子弧的電弧溫度比自由電弧高30%，電弧功率高100%。

2.工作原理等離子弧焊接分為穿透型等離子弧焊及熔透型等離子弧焊。穿透型等離子焊接〔也稱為小孔型等離子弧焊〕：進行穿透型等離子弧焊時，電弧在熔池前將工件穿透形成一個小孔，隨著熱源移動在小孔后形成焊道，主要用于厚度1.6~9mm工件的單道焊接。熔透型等離子弧焊〔微束等離子弧焊〕：其成形原理與氬弧焊類似，主要用于薄板焊接及厚板多層焊。

3.工藝特點穿透型等離子焊接的優(yōu)缺點：氣孔少；由于穿透型等離子弧焊產(chǎn)生覺為對稱的焊縫，焊接橫向變形小；電弧穿透能力強，對厚板可實現(xiàn)單道焊接；不開坡口實現(xiàn)對接焊，焊前對工件坡口加工量減少；缺點是：焊接可變參數(shù)少，參數(shù)區(qū)間窄；厚板焊接對操作要求高，穿透型等離子弧焊僅限于自動焊接；焊槍對焊接質(zhì)量影響大，噴嘴壽命短；

除鋁合金外，大多數(shù)穿透型等離子弧焊仍限于平焊位置。熔透型等離子弧焊的特點：熔透法比穿透型等離子弧焊容易掌握，當(dāng)離子氣流量較小，弧柱壓縮較弱時，等離子弧的穿透能力下降，弧柱只能熔化工件而不能產(chǎn)生小孔效應(yīng)，焊縫成形過程與氬弧焊接類似，但焊接質(zhì)量及焊接速度要優(yōu)于氬弧焊，熔透法主要用于薄板焊接及厚板多層焊。4.系統(tǒng)組成

5.典型產(chǎn)品4.8等離子弧切割工藝與設(shè)備

1.工作原理2.工藝特點

電流相同時，弧壓越高，切割厚度及切割速度也越大。氮氣弧壓約150~200V，切割厚度小于120mm；

氮氬混合氣弧壓約150~200V，切割厚度小于120mm；氮氣弧壓約120~200V，切割厚度小于150mm；氮氫混合氣弧壓約180~300V，切割厚度小于200mm；氬氫混合氣弧壓約150~300V，切割厚度小于200mm；空氣弧壓110~150V，廣泛用于切割30mm以下材料。與機械切割相比，等離子弧切割具有切割厚度大、切割靈活、裝夾工件簡單及可以切割曲線等優(yōu)點。與氧乙炔焰相比，等離子弧具有能量集中，切割變形小及起始切割時不用預(yù)熱等優(yōu)點。等離子弧切割的缺點是：與機械切割相比等離子弧切割公差大，切割過程中產(chǎn)生弧光輻射、煙塵及噪聲等公害。與氧乙炔焰相比，等離子弧切割設(shè)備費較貴。3.系統(tǒng)組成

4.典型產(chǎn)品5.1高速焊方法綜述薄板焊接中的高效化焊接主要是高速焊。通常熔化極氣體保護焊的焊接速度只有0.3~0.5m/min，當(dāng)焊速>1m/min，將產(chǎn)生咬邊〔Undercut〕、甚至駝峰〔Humping〕。單絲高速焊：它有兩種方法。一種是波控CO2焊法，它的特點是燃弧電流保持不變，使熔池保持平靜，焊趾局部的液體金屬難以向熔池中部聚集，焊速可達(dá)1.5m/min。另一種為中頻脈沖MIG焊法，它的頻率大約500Hz。熔池金屬始終在中頻脈沖電流的電弧作用下，該電弧力與熔池金屬的聚集力相平衡，阻礙液體的聚集，焊速可達(dá)2.5m/min。雙絲高速焊：2001年埃森展上歐美推出，兩根焊絲的電弧在同一個熔池上燃燒，也稱為Tandem焊。高熔敷率焊：使用大干伸長和四元保護氣體，即T.I.M.E.氣體〔0.5%O2、8%CO2、26.5%He、65%Ar〕，T.I.M.E.能較大地提高焊接熔敷率。A