《焊接電弧及其特性》課件

焊接電弧及其特性焊接電弧是焊接過程中的一種重要現(xiàn)象，它提供熱量和能量使金屬熔化并形成熔池。了解焊接電弧的特性對(duì)焊接質(zhì)量和效率至關(guān)重要，它決定了焊接過程的穩(wěn)定性、熔深和熔寬。什么是焊接電弧焊接電弧是什么？焊接電弧是電弧放電的一種特殊形式，在焊接過程中，將電極與工件之間的電氣距離減小到一定程度，電流通過空氣，產(chǎn)生高溫電離氣體，形成電弧。電弧是一種高溫電離氣體，具有很高的溫度和能量，可以用來(lái)熔化金屬，實(shí)現(xiàn)焊接。電弧放電的特點(diǎn)電弧放電的特點(diǎn)是電流密度大，溫度高，可以產(chǎn)生高溫等離子體，用于熔化金屬，實(shí)現(xiàn)金屬材料的連接。電弧的可見光電弧放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的可見光，并且會(huì)伴隨著高溫和噪聲，是焊接過程中的重要特征之一。焊接電弧的形成1電極與工件接觸電極與工件之間產(chǎn)生短路2電流通過短路電流使電極材料熔化3高溫等離子體熔化的金屬蒸汽形成等離子體4電弧穩(wěn)定形成穩(wěn)定的電弧，進(jìn)行焊接電弧的物理特性焊接電弧是一種高溫等離子體，具有獨(dú)特的物理特性，影響著焊接過程的質(zhì)量和效率。10,000溫度焊接電弧溫度可達(dá)10,000°C，可熔化金屬并形成熔池。100電流電弧電流通常在100-500安培之間，決定著熔化金屬的速率。10電壓電弧電壓通常在10-40伏之間，決定著電弧的長(zhǎng)度和穩(wěn)定性。100M速度電弧中的電子以極快的速度運(yùn)動(dòng)，可達(dá)每秒100公里。電弧的電壓特性電弧電壓陰極電壓降陽(yáng)極電壓降電弧柱電壓降電弧兩極間的電壓電弧電流經(jīng)過陰極時(shí)產(chǎn)生的電壓降電弧電流經(jīng)過陽(yáng)極時(shí)產(chǎn)生的電壓降電弧柱中電子和離子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電壓降焊接過程中，電弧電壓會(huì)受到多種因素的影響，包括電弧長(zhǎng)度、電流強(qiáng)度、電極材料、保護(hù)氣體等。電弧電壓的測(cè)量可以幫助了解電弧的穩(wěn)定性和焊接質(zhì)量。電弧的溫度特性電弧溫度極高，可達(dá)6000℃甚至更高。電弧溫度受多種因素影響，包括電流強(qiáng)度、電極材料、氣體種類等。電弧溫度決定了焊接熔池的溫度，影響著焊接質(zhì)量和熔透深度。電弧的振動(dòng)特性焊接電弧通常并非穩(wěn)定靜止的，而是存在一定程度的振動(dòng)現(xiàn)象。振動(dòng)是電弧的一種普遍特性，它會(huì)影響焊接質(zhì)量和效率。10頻率電弧振動(dòng)的頻率通常在幾百赫茲到幾千赫茲之間。100幅度振動(dòng)幅度通常在幾毫米到幾十毫米之間。1影響振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致焊接熔池的不穩(wěn)定，進(jìn)而影響焊接接頭的成形和質(zhì)量。1原因電弧振動(dòng)主要由電弧本身的特性、焊接電流和電壓等因素引起。電弧的光學(xué)特性電弧發(fā)出強(qiáng)烈的光輻射，主要由高溫電離氣體原子發(fā)射的光譜線組成。光譜線分布不均勻，不同波長(zhǎng)光輻射強(qiáng)度也不同?？梢姽廨椛浒喾N顏色，其中以黃色和橙色為主，也包含少量紫外線和紅外線。電弧光輻射可用于焊接過程的監(jiān)控和控制，例如，根據(jù)電弧光顏色變化來(lái)判斷焊接參數(shù)是否合適。電弧的聲學(xué)特性焊接電弧會(huì)發(fā)出獨(dú)特的聲響，這與電弧的物理特性密切相關(guān)。電弧產(chǎn)生的聲音，與電弧的電流、電壓、電極材料、保護(hù)氣體等因素有關(guān)。聲音頻率、強(qiáng)度和音色，可以反映電弧的穩(wěn)定性、熱量傳遞以及熔池形成過程。通過分析電弧的聲音，可以判斷焊接過程是否正常，以及焊接質(zhì)量的好壞。電弧長(zhǎng)度對(duì)焊接的影響熱量集中電弧長(zhǎng)度越短，熱量集中在焊縫區(qū)域，熔池更深，焊縫強(qiáng)度更高。熔深電弧長(zhǎng)度增加，熱量分散，熔深減小，焊縫強(qiáng)度降低。穩(wěn)定性電弧長(zhǎng)度過長(zhǎng)，容易導(dǎo)致電弧不穩(wěn)定，甚至熄滅，影響焊接質(zhì)量。電弧電壓電弧長(zhǎng)度增加，電弧電壓升高，電弧能量減弱，影響焊接效果。電流對(duì)電弧的影響11.電弧溫度焊接電流越大，電弧溫度越高，熔化金屬速度更快。22.電弧長(zhǎng)度電流增加，電弧長(zhǎng)度縮短，更容易產(chǎn)生熔滴過渡。33.電弧穩(wěn)定性電流過低，電弧不穩(wěn)定，容易熄滅，電流過高，電弧過強(qiáng)，容易造成焊縫缺陷。44.熔池尺寸電流越大，熔池尺寸越大，焊接速度更快，但熔池過大，也會(huì)造成焊縫缺陷。焊接電壓對(duì)電弧的影響電弧電壓焊接電壓直接影響電弧長(zhǎng)度，電弧長(zhǎng)度影響焊接過程和焊接質(zhì)量。電弧長(zhǎng)度焊接電壓越高，電弧長(zhǎng)度越長(zhǎng)，熱量集中度降低，熔池尺寸擴(kuò)大。熱量分布焊接電壓較低，熱量集中度高，易產(chǎn)生熔透不足或燒穿現(xiàn)象。電極材料對(duì)電弧的影響電極材料種類焊接電極材料種類繁多，包括碳鋼、不銹鋼、鋁、銅等。不同材料具有不同的熔點(diǎn)、電離電位、導(dǎo)電率等特性，影響著電弧的穩(wěn)定性和燃燒特性。電極材料特性熔點(diǎn)較高的電極材料，電弧溫度較高，更容易熔化和轉(zhuǎn)移，形成穩(wěn)定而集中的電弧。高導(dǎo)電率的電極材料，電弧更容易啟動(dòng)和維持。保護(hù)氣體對(duì)電弧的影響11.保護(hù)氣體種類氬氣、二氧化碳、混合氣體等，不同氣體對(duì)電弧的特性影響不同，如電弧穩(wěn)定性、熱量分布和金屬熔池表面形成的氧化層等22.保護(hù)氣體流量流量過低，保護(hù)效果差，容易氧化；流量過高，則會(huì)造成氣體浪費(fèi)和電弧不穩(wěn)定33.保護(hù)氣體純度氣體純度越高，保護(hù)效果越好；氣體純度過低，會(huì)影響焊接質(zhì)量，甚至產(chǎn)生焊接缺陷工件材料對(duì)電弧的影響熱導(dǎo)率工件的熱導(dǎo)率決定了熱量的傳遞速度，影響熔池的形狀和尺寸。熔點(diǎn)熔點(diǎn)較低的材料更容易熔化，焊接過程更容易進(jìn)行。氧化性氧化性強(qiáng)的材料更容易發(fā)生氧化，影響焊接質(zhì)量。電極尖端形狀對(duì)電弧的影響圓形電極圓形電極穩(wěn)定性較好，電流分布均勻，適合大部分焊接工藝。尖銳電極尖銳電極可以產(chǎn)生更高能量密度，使焊接速度更快，但容易造成電弧偏離。凹形電極凹形電極可以增強(qiáng)電弧穩(wěn)定性，減少熔滴過渡過程中的飛濺，適合精密焊接。電極伸出長(zhǎng)度對(duì)電弧的影響電極伸出長(zhǎng)度的影響電極伸出長(zhǎng)度是指電極末端到工件表面的距離。電極伸出長(zhǎng)度會(huì)影響電弧長(zhǎng)度、焊接電流、電壓和熱量輸入等因素。伸出長(zhǎng)度過短電弧容易熄滅，焊接電流降低，熔化金屬量減少，焊接接頭質(zhì)量下降。伸出長(zhǎng)度過長(zhǎng)電弧電壓升高，電弧容易失控，焊接熔池過大，容易產(chǎn)生焊縫缺陷。焊接位置對(duì)電弧的影響平焊平焊是最簡(jiǎn)單的焊接位置，電弧穩(wěn)定，熔池容易控制。立焊立焊時(shí)，熔池受重力影響容易下流，需要控制電弧方向和熔池形狀。仰焊仰焊是最難的焊接位置，熔池容易脫落，需要熟練的操作技巧。橫焊橫焊需要控制電弧角度，確保焊縫均勻平整。交流電弧與直流電弧的比較極性交流電弧在每個(gè)周期內(nèi)都會(huì)改變極性，而直流電弧的極性保持不變。穩(wěn)定性直流電弧更穩(wěn)定，更容易控制，而交流電弧受頻率影響，穩(wěn)定性較差。熱影響區(qū)直流電弧的熱影響區(qū)更深，而交流電弧的熱影響區(qū)更淺。應(yīng)用直流電弧更常用于焊接厚板，而交流電弧更常用于焊接薄板。脈沖電弧的特性脈沖電弧常規(guī)電弧電流周期性變化電流穩(wěn)定脈沖電流連續(xù)電流熱量輸入更集中熱量分布更均勻焊縫熔深更深焊縫熔深更淺焊接效率更高焊接效率相對(duì)較低焊縫成形更美觀焊縫成形可能不穩(wěn)定自動(dòng)控制電弧長(zhǎng)度的方法1電弧傳感器監(jiān)控電弧長(zhǎng)度變化2控制系統(tǒng)根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)調(diào)整電流或電壓3執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制電極位置或焊接速度4反饋機(jī)制不斷調(diào)整電弧長(zhǎng)度以保持穩(wěn)定自動(dòng)控制電弧長(zhǎng)度是現(xiàn)代焊接技術(shù)的重要組成部分，通過傳感器、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的協(xié)同作用，可以實(shí)現(xiàn)精確的電弧長(zhǎng)度控制，提高焊接質(zhì)量和效率。反饋機(jī)制保證了電弧長(zhǎng)度的穩(wěn)定性，避免了焊接缺陷的產(chǎn)生。電弧燒蝕和電極消耗電弧燒蝕電弧高溫使電極材料熔化并蒸發(fā)，這稱為電弧燒蝕。電弧燒蝕會(huì)導(dǎo)致電極縮短，并影響焊接質(zhì)量。電極消耗電極消耗是指電極在焊接過程中消耗的量。電極消耗與電弧電流、焊接速度、電極材料、保護(hù)氣體等因素有關(guān)。電弧的穩(wěn)定性和可控性1穩(wěn)定性焊接電弧的穩(wěn)定性是指電弧燃燒過程的穩(wěn)定程度，即電弧能保持穩(wěn)定的燃燒狀態(tài)，不發(fā)生熄滅、跳動(dòng)或轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。2可控性焊接電弧的可控性是指對(duì)電弧燃燒過程的控制程度，包括電弧長(zhǎng)度、電流、電壓等參數(shù)的控制。3影響因素影響電弧穩(wěn)定性和可控性的因素包括：焊接電流、電壓、電極材料、保護(hù)氣體、焊接位置等。電弧的熱效率熔化輻射對(duì)流傳導(dǎo)電弧熱效率是指電弧能量轉(zhuǎn)化為熔化金屬的能量的比例。熱效率取決于焊接條件、電極材料和保護(hù)氣體等因素。在焊接過程中，電弧產(chǎn)生的熱量一部分用于熔化金屬，一部分通過輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)散失到周圍環(huán)境中。電弧焊缺陷及其原因焊縫氣孔焊接過程中氣體無(wú)法及時(shí)逸出，導(dǎo)致焊縫內(nèi)部形成孔洞，影響強(qiáng)度和密封性。未熔合焊縫兩側(cè)金屬未完全熔合，導(dǎo)致焊縫強(qiáng)度不足，容易發(fā)生斷裂。裂紋焊接過程中金屬冷卻收縮過快，產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致焊縫或母材出現(xiàn)裂紋。焊縫咬邊焊接時(shí)電弧過熱，導(dǎo)致焊縫兩側(cè)金屬過度熔化，形成凹陷。電弧焊接質(zhì)量的控制安全第一佩戴必要的防護(hù)裝備，例如安全眼鏡和手套，可以有效防止焊接過程中的飛濺物和高溫?fù)p傷。嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范遵循焊接工藝規(guī)范，控制焊接參數(shù)，確保焊接質(zhì)量。精益求精通過對(duì)焊接過程的不斷優(yōu)化和改進(jìn)，提高焊接質(zhì)量。電弧焊接技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)智能化焊接機(jī)器人、智能焊接系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和高精度。新技術(shù)激光焊接、等離子焊接、超聲波焊接等新技術(shù)。數(shù)字化