熔焊方法及设备总结

熔焊方法及设备总结

第一章

非自持放电时气体导电需要的带电粒子需要外加措施才能产生，不能通过导电过程本身产生，自持放电不 需要外加措施

导电机构(1)弧柱区：电子质量小，在同样eE作用下，速度高，载流能力强，电子流占99.9%,正 离子流占0.1%,电流l=0.999le+0.001li ；呈中性，大电流、低电压；弧 柱温度5000〜50000K热电离

(2)阴极区：电子流占(60〜80) %，有时超过97.5%,导电机构类型有热发射型、场致发射型、等离子型；

( 3)阳极区：接受弧柱区99.9%电子流，提供

弧柱区0.1%正离子流，提供正离子的方式有场致电离和热电离

最小电压原理：在电流和周围条件一定的情况下，稳定燃烧的电弧将自动选择一适当的 截面以保证电弧的 电场强度具有最小值，即在固定弧长上的电压最小

产热公式：(1 )阳极区：PA=I (UA+UW+UT) (2 阴极区：PK=I (UK-UW-UT) ; (3)弧柱 区:PC=IUC焊接电弧力、及其影响因素：焊接电弧中的作用力统称电弧力，主要包括电磁力、等离子流力、斑 点压力、短路爆破力等。

电磁力：当电流在一个导体中流过时，整个电流可看成是由许多平行的电流线组成，这些电流线间将产生 相互吸引力，使导体断面有收缩的倾向，这种收缩现象谓之电磁收缩效应，而作用的力称为电磁收缩力或电磁 力。

电磁力合成方向：小断面指向大断面，靠近电极处电磁力大

等离子流力：由等离子流的高速运动产生的气动力，也称电磁动压力。

等离子流力形成原因：沿电弧轴向存在电磁压力梯度，使得电弧中的高温等离子体从 高电磁压力区(焊 丝)向低压力区流动，形成一股等离子流，同时，又将从上方吸入新气体，被加热电离后继续向低压处流动。

等离子流力除影响焊缝形状外，它还有促进熔滴过渡、搅拌熔池、增加电弧的挺度等作用。等离子流是由 焊条与工件形成锥形电弧而引起的，因此与电流种类和极性无关，运动方向总是由焊条指向工件。

斑点力构成：①电磁收缩力 ②正离子或电子对电极的撞击力 ③金属蒸发反作用力•

这三个力中，阴极斑点力均较大；斑点力在一定条件下将阻碍焊条熔化金属的过渡。

阴极斑点和阳极斑点：(1)阳极斑点形成条件：①阳极上某些点产生金属的蒸发。②电弧通过这些点可 使弧柱消耗的能量最少。

由于阳极斑点的形成条件之一是金属的蒸发，因此金属表面覆盖氧化膜时，同阴极斑点的情况相反，阳极 斑点则有避开氧化膜而去自动寻找纯金属表面的倾向。

(2 )阴极斑点形成条件：①阴极上存在热发射和电场发射能力较高的微区②在这些微

区导电电弧消耗能量最小。阴极表面上的热发射性能强的物质有吸引电弧的作用；阴极斑点有自动跳向温度高、热发射强的物质上的性能。如果金属表面有低逸出功的氧化膜存在时，阴极斑点有自动寻找氧化膜的倾向。

斑点力：正离子和电子对电极的撞击力阴极大于阳极

电磁收缩力阴极斑点尺寸小，阴极大于阳极

电极材料蒸发产生的反作用力阴极斑点的电流密度大，阴极大于阳极

阳性斑点力与阴极斑点力特点、原理

自由电弧与压缩电弧

压缩电弧：借助水冷喷嘴等外部拘束条件使弧柱受到压缩的电弧■-等离子弧 直流、交流电弧磁偏吹：

（1）磁偏吹：由于磁场不均匀对称分布而使得电弧偏离电极轴线的现象。（偏向磁力线稀疏的一侧）；（2）

直流磁偏吹大于交流磁偏吹；（3）引起磁偏吹的情况：地线接 线位置偏向电弧一侧 电弧一侧放置铁磁物质 平行 电弧（同吸异斥）其他因素（铁锈，水分，油污，降低

电弧稳定性）

（4）控制措施：以交代直工件消磁，避免周围铁磁物质选择好接线点选用厚皮药条短弧焊

（5）外加磁场的作用：外加横向磁场应用：摆动电弧，用于薄板焊接

外加纵向磁场应用：磁压缩，有助于提高能量密度

外加尖角型磁场

第二章焊丝的熔化和熔滴过渡

1. 焊丝的加热热源及极性：加热热源：电弧热、电阻热

（D电弧热对焊丝的加热：阴极区的产热Pk=l（Uk-Uw-UT） H（Uk -Uw）阳极区的产热 PA=I（UA+Ww+UT） IUw在细丝熔化极焊及使用含有CaF2焊剂的埋弧焊等条件 下,Uk»Uw,故Pk>PA焊丝为阴极（正接）的产热量比反接时大，即正接比反接的焊丝熔化快

（2）电阻热对焊丝的加热:PR=I2R加热总热源Pm=l（Um+IRs）正接极：Um=Uk-Uw反接极：

Um=Uw

2. 焊丝熔化速度影响因素：（1）焊接电流：1增大，焊丝熔化速度加快（2）电弧电压：电压较高时 无影响，反之,Ua降低，弧长缩短，焊丝熔化系数增加（3）焊丝直径及伸出长度：直径越小，伸出长度越大，焊 丝熔化速度越快（4）焊丝材料：材料不同，电阻率不同对熔化速度和熔化系数的影响不同（5）气体介质 及极性：正接熔化速度大于反接

3. 熔滴上的作用力：重力表面张力电弧力爆破力电弧气体吹力

4. 熔滴过渡形式：自由过渡（滴状喷射）接触过渡（短路搭桥）渣壁过渡5. 各种焊接方法熔滴过渡形式：埋弧焊■渣壁TIG-搭桥过渡MIG・短路、射滴、射流亚射流C02

电弧焊■短路（细丝）滴状或喷射（粗丝）

第三章母材熔化和焊缝成型

焊缝的形状一般指焊缝横截面的形状，通常用焊缝熔深 H,焊缝熔宽B,和焊缝熔高h

来描述。

形状尺寸：熔深H熔宽B余高h成形系数◎=B/H熔合比

熔合比：单道焊缝时，在焊缝横截面上熔化的母材所占的面积与焊缝总面积之比。

焊缝成形系数和余高系数用来表征焊缝成型特点。余高系数 2 =B/h

焊接规范与焊缝成形：1•焊接电流：其他条件不变时，随着焊接电流I增大，焊缝的熔深、熔宽和余高 均增大，其中以熔深随电流增大最明显，而熔宽只是略有增大。 H=Kml

2. 焊接电压：其他条件不变时，随电弧电压U增大焊

缝熔宽显著增加，而熔深和余高

略有减小3.焊速提高时，焊接线能量减小，熔深和熔宽都明显减小，余高略有减小。

第四章电弧焊自动控制基础

电弧焊程序自动控制内容：所谓电弧焊程序自动控制，就是以合理的次序使电弧焊设 备的各个部件进入特 定的工作状态，从而使电弧焊设备的各个坏节能够协调工作，必须明确程序自动控制的对象和基本要求，了解程 序自动控制的转换方法以及电弧焊各个基本坏节的实现方法。

电弧焊程序自动控制的转换方式：时间转换、行程转换、条件转换

引弧方式及适用的焊接方法：1.爆裂引弧法：直接短路爆裂引弧法（细丝 C02半自动

焊）；慢送丝爆裂引弧法（粗丝C02电弧焊，MIG焊）；提高短路电流增长速度法 2回抽

引弧法：发动机一电动机可逆拖动法（埋弧焊）；电弧电压继电器控制法；高频引弧（非熔化极电弧焊）

熄弧方式：焊丝返烧熄弧、剪球熄弧、电流衰减熄弧、电弧后退熄弧电弧焊自动调节系统：电弧自身调节系统，电弧电压反馈调节系统，焊接电流反馈变送丝调节系统等

电弧自身调节系统调节过程：1・弧长缩短时，焊接电流la增大，电弧电压Ua减小，引起焊丝熔化速度 Vm增大，使Vm>Vf,弧长增大自动恢复到原长度。 2弧长增大时，焊接

电流la减小，电弧电压Ua增大，引起焊丝熔化速度Vm减慢，Vm

电弧自身调节系统的规范：在长弧焊的条件下：通过调节送丝速度调节焊接电流。电弧电压则是通过改变电 源外特性曲线的位置来调节，焊接电流的调节范围取决于送丝速度的调节范围，电弧电压的调节范围取决于电源外 特性的调节范围。断弧焊的条件下：焊接电流由电源外特性调节，电弧电压的调节由送丝速度来实现。

电弧电压反馈系统调节过程：先把书上P88的图。如图，如果电弧稳定燃烧的最初工作点是Oo点，对应 的焊接电流为Io,电弧电压为Ua当外界干扰使弧长突然缩短时，Lo—— LI,工作点从Oo点移到OI点，相应的 焊接电流从Io增大到II,电弧电压从Uo减小到UI,使焊丝送进速度Vf减慢；根据，电弧电压Ua减小，使焊丝 送进速度Vf减慢；根据，焊接电流la增大，又使焊丝的融化速度增大。这两者作用的结果都使电弧长度增 加。如果调节前后焊丝伸出长度不变，工作点会自动的从 OI点返回到稳定工作点OQ即

恢复到原来的焊接电流Io和电弧电压Uo值。

电弧电压反馈调节系统的规范：焊接电源外特性不变，改变送丝给定电压调节电弧电压，给定送丝给定电压 增大时系统静特性曲线平行上移使电弧电压增大。送丝给定电压不变，改变电源外特性曲线，右移时焊接电流增 大，电弧电压略有上升，故电弧焊的电弧电压调节范围，由送丝给定电压调节范围决定，焊接电流调节范围由电源 外特性调节范围决

第五章埋弧焊

自动埋弧焊原理：

焊接电源的两极分别接导电嘴和焊件。焊接时，颗粒状焊剂由焊剂漏斗经软管均匀的堆敷在焊件的待焊处， 焊丝由焊丝盘经送丝机构和导电嘴送入焊接区，电弧在焊剂下面的焊丝与母材之间燃烧，电弧热是焊丝、焊剂、母 材局部融化和部分蒸发，金属蒸气、焊剂蒸气和冶金过程中析出的气体在电弧周围形成一个空腔，融化的焊剂在空 腔上部形成一层熔渣膜，这层熔渣膜如同一个屏障，使电弧、液态金属、和空气隔离，而且能将弧光遮蔽在空腔 中，在空腔的下部，母材局部融化形成熔池，在空腔上部，焊丝熔化形成熔滴，并以渣壁过渡的形式向熔池中过 渡，只有少数采用自由过渡的形式。随着电弧向前移动，电弧力将液态金属推向后方并逐渐冷却凝固成焊缝，熔渣 则凝固成渣壳覆盖在焊缝表面。

自动埋弧焊特点：

优点：1、生产效率高2、焊接质量好3、劳动条件好4、节约金属及电能

缺点：焊接适用位置受限制 焊接厚度受限制 对坡口加工和装配要求较严

自动埋弧焊应用：

1 、应用领域：锅炉、压力容器、船舶、桥梁、起重机械、工程机械等

2 、适用于中厚板长焊缝的焊接3 、可焊接钢种：碳素结构刚、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢、复合钢、耐热耐蚀合金、鎳基合金、铜基合 金

埋弧焊电弧区保护：

焊剂在电弧作用下发生融化，并围绕电弧空间形成一个液态熔渣膜构成的天然屏障，能有效

的防止空气侵入电弧空间

埋弧焊焊剂分类：

按制造方法分熔炼焊剂和烧结焊剂两大类

按熔渣碱度分为酸、中、碱性焊剂三大类

按照化学成分分类（SiO2、MnQ CaF2）例如：中氟高氟低氟

埋弧焊设备的组成及应用：

包括埋弧焊及和各种辅助设备。埋弧焊机时核心部分由机械系统（作用：送丝、移动电弧、洒焊剂）控制系 统（作用：实现引弧、熄弧、送丝、移动电弧等的程序自动控制和保持焊接过程稳定）焊接电源（作用：提供电 能、提供埋弧焊工艺所需的电气特性）三 部分构成辅助设备作用：使焊缝处于最佳焊接位置、达到某些工艺目的所 配置的工艺装置，包括焊件准确定位、夹紧焊件的夹具等

埋弧焊的工艺特点：

稀释率高热输入高焊接速度快

第六章钩极惰性气体保护（TIG）

1. 鸽极氮弧焊原理、特点、应用（结构、材料）

工作原理：铸极被夹持在电极夹上，从TIG焊焊枪的喷嘴中伸出一定长度。在伸出的鹄极端部与焊件之间产 生电弧，对焊件进行加热。与此同时，惰性气体进入枪体，从鹄极的周围通过喷嘴喷向焊接区，以保护鸽极、电弧 和熔池，使其免受大气的侵害。当焊接薄板时，一般不需加填充焊丝，可以利用焊件被焊部位自身熔化形成焊缝。 当焊接厚板和开

有坡口的焊件时，可以从电弧的前方把填充金属以手动或自动的方式，按一定的速度向电弧中送 进。填充金属熔化后进入熔池，与母材熔化金属一起冷却凝固成焊缝。