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1熔焊方法及设备绪论1、焊接定义及焊接方法分类焊接：焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种加工方法。焊接方法分为熔焊、钎焊、和压焊三大类熔焊：熔焊是在不施加压力的情况下，将待焊处的母材加热溶化以形成焊缝的焊接方法。焊接时母材熔化而不施加压力是其基本特征。压焊：压焊是焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或不加热）才能完成焊接的方法。焊接施加压力是其基本特征。钎焊：钎焊是焊接事采用比母材熔点低的钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但是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，并与母材相互扩散而实现连接的方法。其特征是焊接时母材不发生溶化，仅钎料发生溶化。熔焊方法的物理本质：在不施加外力的情况下，利用外加热源使木材被连接处发生熔化，使液相与液相之间、液相与固相之间的原子或分子紧密地接触和充分扩散，使原子间距达到rA，并通过冷却凝固将这种冶金结合保持下来的焊接方法。熔焊方法的特点：焊接时木材局部在不承受外加压力的情况下被加热熔化；焊接时须采取更为有效的隔离空气的措施；两种被焊材料之间必须具有必要的冶金相容性；焊接时焊接接头经历了更为复杂的冶金过程。第一章焊接电弧1、焊接电弧焊接电弧是由焊接电源供给能量，在具体一定电压的两极之间或电极与母材之间气体介质中产生的一种强烈而持久的放电现象，从其物理本质来看，它是一种在具有一定电压的两电极之间的气体介质中所产生的电流最大、电压最低、温度最高、发光最强的自持放电现象。激励：激励是当中性气体分子或原子收到外加能量的作用不足以使电子完全脱离气体分子或原子时，而使电子从较低的能量级转移到较高的能级的现象。2、焊接电弧中气体电离的种类热电离——气体粒子受热的作用而产生的电离称为热电离。其实质是气体粒子由于受热而产生高速运动和相互之间激烈碰撞而产生的一种电离。场致电离——当气体中有电场作用时，气体中的带电粒子被加速，电能被转换为带电粒子的动能，当其动能增加到一定程度时，能与中性粒子产生非弹性碰撞，使之电离，这种电离称为场致电离。光电离——中性粒子接受光辐射的作用而产生的电离现象称为光电离。不是所有的光辐射都可以引发电离，气体都存在一个能产生光电离的临界波长，气体的电离电压不同，其临界波长也不同，只有当接受的光辐射波长小于临界波长时，中性气体粒子才可能被直接电离。3、焊接电弧中气体的发射有几种热发射——金属表面承受热作用而产生电子发射的现象称为热发射。场致发射——当阴极表面空间有强电场存在时，金属电极内的电子在电场静电库仑力的作用下，从电极表面飞出的现象称为场致发射。2光发射——当金属电极表面接受光辐射时，电极表面的自由电子能量增加，当电子的能量达到一定值时能飞出电极的表面，这种现象称为光发射。粒子碰撞发射——高速运动的粒子（电子或正离子）碰撞金属电极表面时，将能量传给电极表面的电子，使电子能量增加并飞出电极表面，这种现象称为粒子碰撞发射。4、焊接电弧的构造焊接电弧是由阴极区、阳极区和弧柱区三部分构成。电弧电压Ua=阴极电压降Uk、弧柱电压降Uc和阳极电压降UA之和。5、接触引弧过程接触式引弧包括短路、分离和燃弧三个过程。6、最小电压原理最小电压原理的含义是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断面,以保证电弧的电场强度具有最小的数值,即在固定弧长上的电压最小。这意味着电弧总是保持最小的能量消耗。7、电弧的电特性包括哪些焊接电弧的电特性主要指的是焊接电弧的静特性和焊接电弧的动特性。8、电弧静特性概念焊接电弧的静特性是指在电极材料、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，也称伏-安特性。9、焊接电弧力的种类及影响因素焊接电弧力包括电磁收缩力、等离子流力（电弧动压力）、斑点压力三种力。电弧力的影响因素有1、焊接电流和电弧电压，2、焊丝直径，3、电极的极性，4、气体介质，5、钨极端部的几何形状，6、电流的脉动。10、影响焊接电弧稳定性的因素有哪些影响焊接电弧稳定性的因素有1、焊接电源，2、焊接电流和电弧电压，3、电流的种类和极性，4、焊条药皮和焊剂，5、磁偏吹，6、其他因素如操作人员技术、焊件清理情况和环境因素等。第二章焊丝的溶化与溶滴过敏1、焊接溶化速度及影响因素溶化速度Vm通常以单位时间内焊丝的溶化长度（m/h或m/min）或溶化质量（kg/h）表示。其主要取决于单位时间内加热和溶化焊丝的总能量。影响因素：1、焊接电流的影响电弧热与电流成正比，电阻热与电流的平方成正比。2、电弧电压的影响与电流一起影响溶化速度。3、焊丝直径的影响电流一定时，焊丝直径越细电流密度越大，溶化速度增大。4、焊丝伸出长度的影响焊丝伸长长度越长，电阻热越大，通过焊丝传导的热损失越少，溶化速度越快。5、焊丝材料的影响焊丝材料不同，电阻率不同故对溶化速度的影响也是不同的。6、气体介质及焊丝极性的影响介质不同对阴极电压降和电弧热有直接影响。2、溶滴上的作用力焊接熔滴上的作用力有：1、重力，2、表面张力，3、电弧力，4、爆破力，5、电弧气体吹力等。3、溶滴过度的基本类型根据外观形态，熔滴尺寸以及过渡频率等特征，熔滴过渡通常可分为三种基本类型，即自由过渡、接触过渡和渣壁过渡。自由过渡是指熔滴脱离焊丝末端前不与熔池接触，它经电弧空间自由飞行进入熔池的一种过渡形式。接触过渡是通过焊丝末端的熔滴与熔池表面接触成桥而过渡的。渣壁过渡是渣保护时的一种过渡形式，埋弧焊时在一定条件下熔滴沿熔3渣的空腔壁形成过渡。4、短路过渡的特点短路过渡时燃弧、短路交替进行。2、短路过渡时所使用的焊接电流（平均值）较小，但短路时的峰值电流可达平均电流的几倍。3、短路过渡一般采用细丝，焊接电流密度大，焊接速度快，故对焊件热输入低而且电弧短，加热几种，减小焊接变形。5、射流过渡工艺上的特点射流过渡最富有代表性且用途广泛的一种过渡形式。主要特点有：1、焊接过程稳定，飞溅极少，焊缝成形质量好。2、电弧稳定，对保护气流的扰动作用小，故保护效果好。3、射流过渡电弧功率大，热流集中，对焊件熔透能力强。6、射流过渡临界电流的大小的影响因素1、焊丝成分焊丝成分不同将引起电阻率、熔点、及金属蒸发能力的变化。2、焊丝直径即使同种材料的焊丝，直径不同临界电流值夜不同。3、焊丝伸出的长度焊丝生出长度长，电阻热的预热作用增强，焊丝溶化快，易是想射流过渡，是临界电压值降低。4、气体介质不同气体介质对电弧电场强度的影响不同。5、电源极性直流反接时，焊丝为阳极易于、实现射流过渡。第三章母材的溶化和焊缝成形1、焊缝成形过程电弧焊时，焊缝的形成一般要经历加热、熔化、化学冶金、凝固、和固态相变等一系列冶金过程。其中溶化和凝固时必不可少的过程。焊接过程中由于熔池是移动的，也使各点的温度是变化的。沿着熔池的纵向看，熔池前部的固体母材金属处于急剧升温的阶段并不断被电弧熔化成为液体金属；熔池尾部的液体金属渐离电弧热源，温度降低，不断凝固形成焊缝。2、焊接熔池熔池——在电弧正下方的母材温度超过了熔点，因此必然被熔化，与此同时，填充材料被电弧加热形成熔滴，向母材方向过渡，这两部分金属互相混合在一起，共同形成了具有一定几何形状的液体金属，即所谓的焊接熔池。3、熔合比熔合比（γ）——指单道焊时，在焊缝横截面上熔化的母材所占的面积与焊缝的总面积之比。它能反映母材成分对焊缝成分的稀释程度，熔合比γ越大，说明母材向焊缝中熔入的量越大，稀释程度越大。4、电弧热的损失电弧的热损失包括1、电弧热辐射和气流带走的热量损失。2、用于加热和熔化焊条药皮或焊剂的损失（不包括熔渣传导给焊件的那部分热量）。3、焊接飞溅照成的热损失。4、用于加热钨极或碳极、焊条头、焊钳或导电嘴等的热损失。5、焊接温度场焊接温度场——指焊接过程中某一瞬间焊接接头上各点的温度分布状态，通常用等温线或等温面来表示。6、焊件比热流及其与电弧参数的关系比热流指单位时间内通过单位面积传入焊件的热量。1、弧长对比热流的影响弧长增大比热流qm减小，q(r)分布渐趋平缓。2、电弧电流对比热流的影响电弧电流增加，比热流qm增大。3、钨极端部角度及端部直径对比热流的影响钨极端部角度减小qm增加，钨极端部直径减小qm增大。7、焊接参数对焊缝成形的影响焊接参数对焊缝成形的影响1、焊接电流，在其它条件一定的情况下，随着焊接电流增加，4焊缝的熔深和余高均增加，熔宽略有增加。2、电弧电压，在其它条件一定的情况下，提高电弧电压，熔深略有减小而熔宽增大，焊缝余高减小。3、焊接速度，在其它条件一定的情况下，提高焊接速度导致焊接热输入减少，从而焊缝熔宽、熔深和余高都减小。第四章电弧自动控制1、不同电弧方法对程序控制的基本要求是什么(1)按照要求提前送气或滞后停气(2)可靠地一次引燃电弧(3)顺利地熄弧收焊(4)对受控对象的特征参数进行程序自动控制2、电弧自身调节系统的静特性概念在一定的焊接条件下，在给定焊丝送进速度的条件下，由电弧自身调节系统控制的焊接电弧弧长稳定时的电流与电弧电压之间的关系。3、影响电弧自身调节系统的静特性曲线特征因素1)送丝速度Vｆ当Vｆ增加时，电弧自身调节系统静特性曲线向右上方移动；2)焊丝伸出长度当伸出长度增加时，电弧自身调节系统静特性曲线向左移动；3)焊丝直径和电阻率当焊丝直径增大或电阻率减小时，将使Kｉ值减小，电弧自身调节系统静特性曲线向右移动；4)电弧的长度当电弧较长时，电弧自身调节系统静特性曲线几乎垂直于电流轴，这说明ｋｕ值很小。4、电弧自身调节溶化极电弧焊和电弧电压反馈调节溶化极电弧焊的电流和电压调节方法(1)电弧自身调节熔化极电弧焊的电流和电压的调节方法:焊接电弧的稳定工作点就是焊接电源的外特性曲线和电弧自身调节系统静特性曲线的交点，因此通过调节这两条曲线就可以调节焊接电流和电弧电压。在长弧焊的条件下，电弧自身调节系统静特性曲线几乎与电流坐标垂直，应该采用缓降、平的或微升的外特性电源。而在短弧焊条件下，电弧自身调节系统静特性曲线向左弯曲，应该采用陡降或恒流外特性电源。(2)电弧电压反馈调节熔化极电弧焊的电流和电压的调节方法：具有电弧电压反馈调节系统的自动电弧焊机是通过改变焊接电源的外特性和送丝给定电压来调节焊接电流和电弧电压的。当焊接电源的外特性不变时，改变送丝给定电压可以调节电弧电压。当给定电压增加时，使电弧电压提高，焊接电流减小。第五章埋弧焊1、埋弧焊的优缺点优点：1、生产效率高，所用的焊接电流大，电弧的熔深能力和焊丝熔敷效率大。2、焊接质量好，一、埋弧焊的焊接参数稳定，焊缝成形好、成分稳定；二、采用熔渣保护，隔离空气的效果好。3、劳动条件好，埋弧自动焊没有刺眼的弧光，不需要焊工手工操作。4、节约金属及电能，薄的焊件可以不开坡口焊接，焊缝中焊丝填充量减少，金属的烧损和飞溅也少。电弧能量利用率高，节省电能。缺点：1、适用的位置受到限制，一般只适用于平焊位置（俯位）的焊接。2、焊接厚度受到限制，由于埋弧焊时，当焊接电流小时电弧的稳定性变差，不适于焊接厚度小的薄板。3、对焊件坡口加工与装配要求较严，不能直接观察电弧与坡口的相对位置，故必须保证坡口的加工和装配精度。2、埋弧焊的冶金特点和主要冶金反应5埋弧焊的冶金特点有1、机械保护作用好，焊接时，焊剂在电弧的作用下发生熔化，并围绕电弧空间形成一个由液态熔渣膜构成的天然屏障，能有效地阻止空气侵入电弧空间。2、焊缝的化学成分稳定，由于埋弧焊时的焊接参数稳定，因此当焊接材料、母材和焊接参数确定以后，焊缝的化学成分波动较小。3、冶金反应充分，埋弧焊时焊接热输入大，使焊接区的金属处于液态的时间长，因而使得液态金属、液态熔渣和气相之间的化学冶金反应更充分，有利于焊缝得到预期的化学成分。同时熔池中的气体、夹杂物容易逸出，有利于消除气孔、夹杂等缺陷。4、焊缝的组织易粗化，这与埋弧焊时使用的焊接电流大，因而热输入大有关。热输入大，使得熔池的体积大，熔池金属高温停留时间长，冷却速度慢，这些因素都使得埋弧焊焊缝晶粒容易长大。埋弧焊的主要冶金反应有1、锰、硅的还原反应：[Fe]+(MnO)[Mn]+(FeO)，2[Fe]+(SiO