焊接方法及工艺

学习情境焊接概论课程名称焊接方法及工艺班级学习情境绪论计划学时2知识目标1．了解焊接在现代工业中的地位，焊接方法的发展概况；2．理解本课程的学习方法；3．掌握焊接及其本质，焊接方法的分类及特点。能力目标1．理解本课程的学习方法；2．掌握焊接及其本质，焊接方法的分类及特点。教学重点焊接及其本质焊接方法的分类及特点[任务导入]：目前你所见的焊接有哪些？出现在哪些行业中？是否知道目前国内外先进的焊接方法和焊接技术？[知识链接]：一．焊接及其本质焊接是指通过适当的物理化学过程使两个分离的固态物体(工件)产生原子间或分子间结合力而连接成一体的连接方法。焊接过程的本质：就是通过适当的物理化学过程克服这两个困难，使两个分离焊件表面的原子接近到晶格距离而形成结合力。这些物理化学过程，归结起来不外乎是用各种能量加热和用各种方法加压两类。二．焊接方法的分类及特点根据它们的焊接过程特点可将其分为：熔焊、压焊和钎焊三大类。(1)熔焊定义将两被焊工件局部加热并熔化，以克服固体间阻碍结合的障碍，然后冷却结晶成为一体接头的方法称为熔焊。熔焊分为：电弧焊、气焊、铝热焊、电渣焊、电子束焊、激光焊等若干种。(2)压焊定义将被焊工件在固态下通过加压(加热或不加热)措施，克服其连接表面的不平度和氧化物等杂质的影响，使其分子或原子间接近到晶格之间的距离，从而形成不可拆连接接头的一类焊接方法称为压焊，也称为固相焊接。为了降低加压时材料的变形抗力，增加材料的塑性，压焊时在加压的同时常伴随加热措施。压焊分为：电阻焊、摩擦焊、超声波焊、扩散焊、冷压焊、爆炸焊和锻焊等。(3)钎焊定义用某些熔点低于被连接物体材料熔点的金属(即钎料)作为连接的媒介，利用钎料与母材间的扩散将两被焊工件连接在一起的焊接方法称为钎焊。钎焊分为：火焰钎焊、感应钎焊、电阻炉钎焊、盐浴钎焊和电子束钎焊等。钎焊又分为：硬钎焊(熔点450℃以上)和软钎焊(熔点在450℃以下)两类。三.教材的内容本教材讲述的主要内容为：1)各类基本焊接方法的过程本质、特点、接头形成条件以及合理的使用范围。2)各类基本焊接方法中影响焊接质量的工艺参数及其合理选择和控制。3)常用典型焊接设备的构成、工作原理及操作使用方法。四.学生在学完本教材后，应达到以下要求：1）了解电弧的物理本质和电弧的工艺特性，了解焊丝和母材的熔化特性，掌握熔滴过渡的主要形式和焊缝成形的基本规律。2）掌握各种常用电弧焊方法的特点、过程实质和应用范围，熟悉其影响质量的因素和保证质量的措施。3）深入了解电阻焊、钎焊的特点和过程实质及其应用范围。4）能正确确选择焊接方法和工艺参数，正确分析常见缺陷产生的工艺原因，并能提出解决的方法。5）了解常用电弧焊设备的特点、电气原理和应用范围；具有正确选择和合理使用电弧焊设备的能力。6）了解焊接新方法、新设备的发展情况，具有进一步自学和应用这些新方法、新设备的能力。概括地说，就是通过本教材的学习应该掌握主要焊接方法的原理、焊接质量的控制以及常用设备的使用维护这三个方面的有关知识，以达到正确应用的目的。[教学总结]：焊接方法的概念焊接方法的分类焊接方法分类是重点、难点，必须掌握。[作业]：1．什么是焊接?实现焊接的适当的物理化学过程指的是什么?2．焊接方法怎样分类?熔焊、压焊、钎焊各有什么特点，3．熔焊时，为什么要实施保护?常用的保护方法主要应用在哪些焊接方法中。教学后记焊接技术在现代工业中占有重要的地位，学生必须牢固掌握。学习情境一电弧焊基础知识课程名称焊接方法及工艺班级学习情境电弧焊基础知识计划学时8知识目标1．了解焊接电弧的物理基础，理解焊接电弧的导电特性，掌握焊接电弧的工艺特性；2．了解熔滴上的作用力，掌握熔滴过渡的主要形式；3．掌握焊缝的形成过程。能力目标1．能够分析焊缝形状与焊缝质量的关系、焊接工艺参数对焊缝成型的影响；；2．能够分析焊接过程中常见工艺缺陷的产生原因，提出解决问题的方法。教学重点焊接电弧的物理基础，熔滴过渡的主要形式焊缝的形成及主要缺陷。[工作任务]：任务一焊接电弧任务二焊丝的熔化与熔滴过渡任务三母材熔化与焊缝成形课程名称焊接方法及工艺班级授课时间教学内容任务一焊接电弧授课方法讲授法计划学时4教学目的了解焊接电弧的物理基础理解焊接电弧的导电特性掌握焊接电弧的工艺特性教学重点焊接电弧的工艺特性解决措施示频演示教学难点焊接电弧的导电特性解决措施示频演示教学过程[任务导入]：什么叫做焊接电弧？它是怎样产生的？[知识链接]：一、焊接电弧的物理基础（一）电弧及其电场强度分布定义:电弧是一种气体放电现象，它是带电粒子通过两电极之间气体空间的一种导电过程。带电粒子在电场作用下运动形成电流，从而使两电极之间的气体空间成为导体，也就形成了电弧。要使两电极之间的气体导电必须具备两个条件：①两电极之间有带电粒子；②两电极之间有电场。（二）电弧中带电粒子的产生气体电离和阴极发射电子是电弧中产生带电粒子的两个基本物理过程。1．电离种类根据外加能量来源的不同，气体电离种类可分为以下几种：热电离、场致电离、光电离2．阴极电子发射在电弧焊中，电弧气氛中的带电粒子一方面由电离产生，另一方面则由阴极电子发射获得。两者都是电弧产生和维持不可缺少的必要条件。电子发射与逸出功阴极中的自由电子受到一定的外加能量作用时，从阴极表面逸出的过程称为电子发射。电子发射的类型根据外加能量形式的不同，电子发射可分为以下四种类型：热发射、场致发射、光发射、粒子碰撞发射（三）带电粒子的消失电弧导电过程中，在产生带电粒子的同时，伴随着带电粒子的消失过程。在电弧稳定燃烧时，二者是处于动平衡状态的。带电粒子在电弧空间的消失主要有扩散、复合两种形式和电子结合成负离子等过程。二、焊接电弧的导电特性焊接电弧的导电特性是指由于电荷的运动并形成电流的带电粒子在电弧中产生、运动和消失的过程。(一)弧柱区的导电特性(二)阴极区的导电特性（三）阳极区的导电特性三、焊接电弧的工艺特性电弧焊以电弧为能源，主要利用其热能及机械能。焊接电弧与热能及机械能有关的工艺特性，主要包括电弧的热能特性、电弧的力学特性、电弧的稳定性等。[教学总结]：接电弧的物理基础焊接电弧的导电特性焊接电弧的工艺特性[作业]：1．什么是电弧?2．气体电离的种类有哪些？它们各有什么特点？教学后记电弧是学习焊接的基础，学生必须牢固掌握。课程名称焊接方法及工艺班级授课时间教学内容任务二焊丝的熔化与熔滴过渡授课方法讲授法计划学时2教学目的理解熔滴上的作用力掌握焊丝的熔化情况和熔滴过渡教学重点焊接时的熔滴过渡解决措施示频演示教学难点焊接的熔滴过渡部分解决措施示频演示教学过程[任务导入]：焊接时熔滴怎样形成的？它是如何滴入熔池中？[知识链接]：一、焊丝的加热和熔化特性(一)焊丝的热源电弧焊时，用于加热、熔化焊丝的热源是电弧热和电阻热。熔化极电弧焊时，焊丝的熔化主要靠阴极区(正接)或阳极区(反接)所产生的热量及焊丝伸出长度上的电阻热，弧柱区产生的热量对焊丝的加热熔化作用较小。非熔化极电弧焊(如钨极氩弧焊或等离子弧焊)的填充焊丝主要靠弧柱区产生的热量熔化。（二）焊丝的熔化特性焊丝在电弧热和电阻热的共同作用下加热熔化，焊丝的熔化速度即指在单位时间内熔化的焊丝长度。它主要与焊丝材料及直径有关。在采用熔化极电弧焊进行焊接时，必须使焊丝的熔化速度等于送丝速度，才能建立稳定的焊接过程。二、熔滴上的作用力电弧焊时，在电弧热作用下焊丝或焊条端部受热熔化形成熔滴。熔滴上的作用力是影响熔滴过渡及焊缝成形的主要因素。根据熔滴上的作用力来源不同，可将其分为重力、表面张力、电弧力、熔滴爆破力和电弧气体的吹力。1．重力重力对熔滴过渡的影响依焊接位置的不同而不同。平焊时，熔滴上的重力促使熔滴过渡；而在立焊及仰焊位置则阻碍熔滴过渡2．电弧力电弧力包括电磁收缩力、等离子流力、斑点力、熔滴冲击力及短路爆破力等。电弧力只有在焊接电流较大时才对熔滴过渡起主要作用，焊接电流较小时起主要作用的往往是重力和表面张力。3．熔滴爆破力当熔滴内部因冶金反应而生成气体或含有易蒸发金属时，在电弧高温作用下将使气体积聚、膨胀而产生较大的内压力，致使熔滴爆破，这一内压力称为熔滴爆破力。它在促使熔滴过渡的同时也产生飞溅。4．电弧的气体吹力这种力出现在焊条电弧焊中。三、熔滴过渡的主要形式及特点熔滴过渡过程不但影响电弧的稳定性，而且对焊缝成形和冶金过程也有很大的影响，熔滴过渡过程十分复杂，主要过渡形式有自由过渡，接触过渡和渣壁过渡三种。(一)自由过渡自由过渡是指熔滴经电弧空间自由飞行，焊丝端头和熔池之间不发生直接接触的过渡方式。常用的自由过渡是滴状过渡和喷射过渡。1．滴状过渡滴状过渡时电弧电压较高，根据电流大小、极性和保护气体的种类不同，滴状过渡又分为粗滴过渡和细滴过渡。2．喷射过渡喷射过渡容易出现在以氩气或富氩气体作保护气体的焊接方法，如熔化极氩弧焊、活性气体保护焊中。喷射过渡时，细小的熔滴从焊丝端部连续不断地以高速度冲向熔池，过渡频率快，飞溅少，电弧稳定，热量集中，对焊件的穿透力强，可得到焊缝中心部位熔深明显增大的指状焊缝。(二)接触过渡接触过渡是指焊丝(或焊条)端部的熔滴与熔池表面通过接触而过渡的方式。(三)渣壁过渡渣壁过渡是熔滴沿着熔渣的壁面流入熔池的一种过渡形式。这种过渡方式只出现在埋弧焊和焊条电弧焊中。[教学总结]：1．各种熔滴过渡特点2．熔滴过渡与焊接质量的关系[作业]：1．什么是焊丝的熔化特性?2．试分析熔滴过渡的主要形式及特点？教学后记熔滴过渡的主要形式比较难以理解，应重点掌握。课程名称焊接方法及工艺班级授课时间教学内容任务三母材熔化与焊缝成形授课方法讲授法计划学时2教学目的理解焊缝成形缺陷的产生及防止掌握母材熔化和焊缝成形情况教学重点焊接时的母材熔化情况焊缝成形中工艺及相关缺陷问题解决措施示频演示教学难点焊接工艺参数对焊缝成形的影响解决措施示频演示教学过程[任务导入]：焊接时焊缝怎样形成的？[知识链接]：1、焊缝形成过程在电弧热的作用下焊丝与母材被熔化，在工件上形成一个具有一定形状和尺寸的液态熔池。随着电弧的移动熔池前端的工件不断被熔化进入熔池中，熔池后部则不断冷却结晶形成焊缝。2、焊缝形状与焊缝质量的关系焊缝的形状即是指焊件熔化区横截面的形状，它可用熔深H、熔宽B和余高a三个参数来描述。合理的焊缝形状要求H、B和a之间有适当的比例。3、焊接工艺参数对焊缝成形的影响不同的工艺参数对焊缝成形的影响也不同。通常将对焊接质量影响较大的工艺参数有：焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等；其它工艺参数如焊丝直径、电流种类与极性、电极和工件倾角、保护气、工件的结构因数（坡口形状、间隙、工件厚度等）也会对焊缝成形造成一定的影响。（1）焊接电流焊接电流主要影响焊缝熔深。（2）电弧电压电弧电压主要影响焊缝熔宽。（3）焊接速度焊接速度的快慢主要影响母材的热输入量。（4）电流种类和极性电流种类和极性对焊缝形状的影响与焊接方法有关。（5）焊丝直径和伸出长度焊接电流、电弧电压及焊接速度给定时，焊丝直径越细，电流密度越大，对工件加热越集中；焊丝伸出长度增加，电阻增大，电阻热增加，焊丝熔化速度加快，余高增加，熔深略有减小。（6）结构因数焊件的结构因数通常指工件的材料和厚度、工件的坡口和间隙等。在一定条件下，工件的结构因数也会对焊缝成形造成影响。总之，影响焊缝成形的因素很多，想获得良好的焊缝成形，需根据工件的材料和厚度、焊缝的空间位置、接头形式、工作条件、对接头性能和焊缝尺寸要求等，选择合适的焊接方法和焊接工艺参数。否则就可能造成焊缝的成形缺陷。4、焊缝成形缺陷的产生及防止电弧焊时，因受焊接方法、焊接材料及焊接工艺等因素的影响，会产生不同类型的缺陷。1．焊缝外形尺寸不符合要求主要有焊缝表面高低不平、焊缝波纹粗劣、纵向宽度不均匀、余高过高或过低等。产生焊缝尺寸不符合要求的主要原因有：工件所开坡口角度不当、装配间隙不均匀、焊接参数选择不合适及操作人员技术不熟练等。为防止上述缺陷，应正确选择坡口角度、装配间隙及焊接参数，熟练掌握操作技术，严格按设计规定进行施工。2．咬边电弧将焊缝边缘熔化后，没有得到