焊接电弧及冶金知识（PPT125页）

讲课内容焊接接头的强度计算铸铁的焊接异种金属的焊接焊接电弧及焊接冶金知识焊接结构的破坏与分析焊接结构生产焊接质量的管理论文写作与答辩要点1.绪论熔焊压焊焊接钎焊焊接电弧及冶金熔焊是在焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。压焊是在焊接的同时对焊件施加压力(加热或不加热)，以完成焊接的方法。钎焊是采用比母材熔点低的钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料且低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。焊接就是通过加热或加压，或两者并用，用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工工艺方法。焊接电弧及冶金1.绪论2.焊接电弧焊接电弧及冶金1）焊接电弧的概念电弧是一种空气导电的现象，在两电极之间产生强烈而持久的放电现象，称为电弧。由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与焊件间的气体介质中产生的，强烈而持久的放电现象称为焊接电弧。其主要性质为：1）维持电弧放电的电压较低一般为10～50V。2）电弧中的电流很大，可从几安到几千安。3）具有很高的温度，弧柱中心温度可达5000～30000K，某些情况下可达50000K以上（等离子弧）。电弧产生和维持的重要条件气体电离阴极电子发射使中性的气体分子或原子释放电子形成正离子的过程称为气体电离。阴极的金属表面连续地向外发射出电子的现象，称为阴极电子发射。热电离电场作用下的电离光电离热发射电场发射撞击发射2.焊接电弧焊接电弧及冶金2.焊接电弧焊接电弧及冶金2)电弧构造通常测出的电弧电压就是阴极区、阳极区和弧柱区电压降之和。U弧=U阴+U阳+U柱＝U阴+U阳+bl弧式中U弧——电弧电压，V；U阴——阴极电压降，V；U阳——阳极电压降，V；U柱——弧柱电压降，V；B——单位长度的弧柱电压降一般为20-40V／cm；l弧——电弧长度，cm。阴极区：长度极短10-510-6cm、电压较大、E电场强度极高。阳极区：长度也极短10-210-4cm、电压较大、E极高。弧柱区：长度基本上等于电弧长度，E较小。阳极区弧柱区阴极区温度2330-3980oC5730-7730oC2130-3230oC热量分布43%21%36%3）电弧温度和热量分布2.焊接电弧焊接电弧及冶金2.焊接电弧焊接电弧及冶金4）电弧周围的磁场电磁力熔滴过渡的作用力表面张力熔滴的重力斑点压力气体的吹力2.焊接电弧焊接电弧及冶金5）熔滴过渡电弧焊时，焊条(或焊丝)端部在电弧高温作用下熔化成的液态金属滴，通过电弧空间不断地向熔池中过渡的过程称之为熔滴过渡。滴状过渡短路过渡喷射过渡滴状过渡：滴状过渡分为粗滴过渡和细滴过渡。粗滴过渡是熔滴呈粗大颗粒状向熔池自由过渡的形式。当电流较小时，熔滴主要依靠重力的作用克服表面张力的束缚而下落，此时熔滴尺寸较大，呈粗滴过渡。由于粗滴过渡飞溅较大，电弧不稳定，通常不采用。当电流较大时，电磁力随之增大，使熔滴细化，过渡频率提高，飞溅减小，电弧较稳定，这种过渡形式称为细滴过渡。焊丝直径为φ1.6的C02气体保护焊，焊接电流达400A以上时，即为细滴过渡，在生产中广泛应用。使用酸性焊条时也多为细滴过渡。短路过渡：采用小电流焊接的同时降低电弧电压，可实现电弧稳定，飞溅较小，成形良好的短路过渡。细丝(Φ0．8～Φ1．2mm，C02气体保护焊时，常采用短路过渡形式。碱性焊条手弧焊时，在大电流范围内，可呈滴状过渡和短路过渡。喷射过渡：熔滴呈细小颗粒，并以喷射状态快速通过电弧空间向熔池过渡的形式。采用氩气或富氩气气体保护焊反极性焊接时，随着焊接电流的逐渐增大，熔滴尺寸略有减小，当焊接电流达到某一临界电流值时，即出现喷射过渡状态。需要强调指出的是，产生喷射过渡除要求一定的电流密度外，还必须有一定的电弧长度(电弧电压)。如果弧长太短(电弧电压太低)，无论电流数值有多大，也不能产生喷射过渡。喷射过渡的特点是：过渡频率高，熔滴以极细的颗粒沿电弧轴线高速射向熔池，发出“咝咝”声。喷射过渡具有电弧稳定，飞溅小，焊缝成形美观等优点。2.焊接电弧焊接电弧及冶金6）焊接电弧的静特性和动特性在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系称为电弧静特性。表示它们关系的曲线叫做电弧的静特性曲线。U（V）I（A）钨极氩弧焊埋弧焊细丝熔化极气体保护焊焊条电弧焊2.焊接电弧焊接电弧及冶金焊接电弧的动特性，是指在一定弧长下，当电弧电流很快变化时，电弧电压和电流之间的关系：Uf=f(if)，由于热惯性对电离度的影响，焊接电弧的动特性曲线不同于静特性曲线特性电流快速减小时，由于电弧电离度较高，电弧电压低于静态值，V-A特性曲线低于静特性曲线。电流快速增加时，由于电弧电离度较低，电弧电压高于静态值，V-A特性曲线高于静特性曲线。电流增加过程中，动态性曲线上的电弧电压比静特性曲线上的电弧电压值高；电流下降时，每一瞬间电弧电压低于静特性曲线。电流变化速度愈小，静、动特性曲线就愈接近。2.焊接电弧焊接电弧及冶金7）电源的极性和弧焊电源电弧中阳极区和阴极区的温度因电极材料不同而有所不同。用钢焊条焊接钢材时，阳极区温度约为2600K，阴极区约为2400K，电弧中心区温度最高，可达6000～8000K。由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定差异及其它一些原因，使用直流电源焊接时，有正接和反接两种接线方法。2.焊接电弧焊接电弧及冶金如果焊接时使用的是交流弧焊机(弧焊变压器)，因为电极每秒钟正负变化达一百次之多，所以两极加热温度一样，都在2500K左右，因而不存在正接和反接问题。弧焊机的空载电压就是焊接时的引弧电压，一般为：50～90V电弧稳定燃烧时的电压称为电弧电压，它与电弧长度(即焊条与工件间的距离)有关：电弧长度越大，电弧电压也越高（一般情况下，电弧电压在16～35V范围之内）2.焊接电弧焊接电弧及冶金•焊接时采用什么极性，主要是根据焊条的性质和工件所需要的热量来决定的。•（1）焊接厚钢板时，采用直流正接法，以获得较大的熔深；•（2）而在焊接薄钢板时，则采用直流反接法，可防止烧穿；•（3）当焊接重要结构使用低氢型药皮的焊条时，则无论焊薄板或厚板，均应采用直流反接法。因为只有这样才能使电弧稳定燃烧，并可减少飞溅现象和降低气孔倾向。2.焊接电弧焊接电弧及冶金电弧焊机常用的手弧焊机弧焊发电机（AX-320）弧焊变压器(BX1-330)弧焊整流器(ZXG-300)直流电交流电按照电流性质2.焊接电弧焊接电弧及冶金6)电弧热效率焊接电弧的热效率就是电弧中用于熔化焊条与焊件的功率与整个电弧功率的比率。2.焊接电弧焊接电弧及冶金7）电弧偏吹•电弧轴线偏离焊条轴线方向的现象，称它为电弧的偏吹。•1焊接电弧产生偏吹的原因•（1）电弧周围气流的干扰•（2）焊条偏心度过大图2-9•（3）磁场的影响（磁偏吹）图2-10•总之，引起焊接电弧产生磁偏吹现象的根本原因是由于电弧周围磁场分布不均匀，而这种情况只有在使用直流电源焊接时才明显发生，并且焊接电流越大，电弧磁偏吹现象越严重。2.焊接电弧焊接电弧及冶金2减少或防止电弧偏吹的方法•（1）对于因气体流动过强引起的电弧偏吹，应首先根据具体情况查明气流来源、方向，再采取相应措施。•（2）在操作时适当调整焊条角度，使焊条向偏吹的一侧倾斜。•（3）采用短弧焊接及小电流焊接，对减小电弧偏吹也能起一定作用。•（4）为防止磁偏吹的影响，在条件许可的情况下应尽量使用交流电焊接。2.焊接电弧焊接电弧及冶金8)焊缝接头形式1焊接接头的组成焊接接头由焊缝金属、熔合区、热影响区组成熔焊焊接接头的组成对接接头的断面图搭接接头的断面图2.焊接电弧焊接电弧及冶金低合金结构钢焊接接头宏观形貌焊趾焊根熔合区焊缝热影响区母材区2.焊接电弧焊接电弧及冶金2焊接接头的基本形式2.焊接电弧焊接电弧及冶金对接接头的几种形式①对接接头两焊件端面相对平行的接头称为对接接头。对接接头是各种焊接结构中采用最多的一种接头形式。6mm以下的焊件，一般不开坡口6～40mm时，采用V形坡口12～60mm时，可采用x形坡口20～60mm时，可采用U形坡口2.焊接电弧焊接电弧及冶金对接焊缝的典型坡口形式602026383311260122.焊接电弧焊接电弧及冶金②T形接头一焊件端面与另一焊件表面构成直角或近似直角的接头，称为T形接头。T形接头是典型的电弧焊接头，能承受各种方向的力和力矩，这类接头应避免采用单面角焊缝，因为这种接头的根部有很深的缺口，其承载能力低，用于船体。2.焊接电弧焊接电弧及冶金③角接接头两焊件端面间构成大于30o，小于135o。夹角的接头，称为角接接头。角接接头多用于箱形构件。2.焊接电弧焊接电弧及冶金④搭接接头两焊件部分重叠构成的接头称为搭接接头。搭接接头的应力分布不均匀，疲劳强度较低，不是理想的接头形式。但由于焊前准备及装配工作较为简单，故多用于受力较小且不要求密封性的结构中。搭接接头中，最常见的是角焊缝组成的搭接接头，一般用于12mm以下的钢板焊接。除此之外，还有开槽焊、塞焊、锯齿状搭接等多种形式。2.焊接电弧焊接电弧及冶金FF2δFF2.焊接电弧焊接电弧及冶金上述各种接头形式在选择坡口形式时，应尽量减少焊缝金属的填充量，便于装配和保证焊接接头的质量，因此应考虑下列几条原则：1)保证焊件焊透；2)坡口的形状容易加工；3)尽可能节省焊接材料，提高生产率；4)焊接后焊件变形尽可能小。3坡口的选择原则2.焊接电弧焊接电弧及冶金9)焊缝尺寸符号焊缝符号：在图纸上标注出焊缝形式、焊缝尺寸和焊接方法的符号。由GB/T324－1998《焊缝符号表示法》(适用于金属熔焊和电阻焊)和GB/T5185－1999《金属焊接及钎焊方法在图样上的表示代号》进行了规定。焊缝的符号组成：基本符号、辅助符号、补充符号、焊缝尺寸符号和指引线。表7-1常用焊缝基本符号基本符号：是表示焊缝横截面形状的符号，它采用近似于焊缝横截面形状的符号表示。表7-2焊缝的辅助符号辅助符号：是表示对焊缝表面形状特征辅助要求的符号。辅助符号一般与焊缝基本符号配合使用，当对焊缝表面形状有特殊要求时使用。焊缝补充符号：是为了补充说明焊缝某些特征的符号指引线：采用细实线绘制，一般由带箭头的指引线（称为箭头线）和两条基准线（其中一条为实线，另一条为虚线，基准线一般与图纸标题栏的长边平行）必要时可以加上尾部符号（90°夹角的两条细实线），如图7-31所示。图7-31焊缝的指引线焊缝尺寸符号：是表示坡口和焊缝各特征尺寸的符号。标注原则：1)焊缝横截面上的尺寸标注在基本符号的左侧，如：钝边高度p，坡口高度H，焊角尺寸K，焊缝余高h，焊缝有效厚度S，根部半径R，焊缝宽度C，焊核直径d；2)焊缝长度方向的尺寸标注在基本符号的右侧，如：焊缝长度L，焊缝间隙e，相同焊缝的数量n；3)坡口角度α、坡口面角度β、根部间隙b等尺寸标注在基本符号的上侧或下侧；4)相同焊缝数量符号标注在尾部；5)当需要标注的尺寸数据较多又不易分辨时，可在数据前面增加相应的尺寸符号。焊缝图示法：•焊缝在图样视图中可以用粗实线或细实线来表示，在焊缝端面视图中，可以用粗实线或细实线绘出焊缝轮廓，在剖视图中，通常将焊缝区域涂黑来表示。（见下面图例）焊缝符号标注实例注：确定焊缝位置的尺寸不在焊缝符号中给出而是将其标注在图样上2.焊接电弧焊接电弧及冶金10)焊接材料49一、焊接材料作用焊接生产中广泛使用的焊接材料主要包括焊条、焊丝、焊剂和保护气体等。焊接材料的质量对保证焊接过程的稳定和获得满足使用要求的焊缝金属起着决定的作用。归纳起来，焊接材料应具有以下作用：•1.保证电弧稳定燃烧和焊接熔滴顺利过渡；•2.在焊接过程中保护液态熔池金属，以防止空气侵入；•3.进行冶金反应和过渡合金元素，调整和控制焊缝金属的成分与性能；•4.防止气孔、裂纹等焊接缺陷的产生；•5.改善焊接工艺性能，在保证焊接质量的前提下尽可能提高焊接效率。•二、焊条•1．组成及作用•焊条由焊芯和药皮两部分组成。•1）焊芯•焊芯的作用是作为填充金属和传导电流。•焊芯采用焊接