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第1章 电弧焊基础知识1焊接的概念：焊接的概念：通过适当的物理化学过程（加热或者加压，或者两者同时进行，用或不用填充材料）使两个分离的固态物体产生原子（分子）间结合力而连接成一体的连接方法。2电弧的概念：电弧是在一定条件下电荷通过电极间气体空间的一种导电过程，或者说是一种气体放电现象。三 电弧中带电粒子的产生：电弧是由两个电极和它们之间的气体空间组成。电弧中的带电粒子主要依靠两电极之间的气体电离和电极发射电子两个物理过程所产生的，同时也伴随着解离、激励、扩散、复合、负离子的产生等过程。四 电离与激励（一）电离：在一定条件下中性气体分子或 原子分离为正离子和电子的现象称为电离。 电离的种类： 1 .热电离： 2. 电场电离： 3.光电离：（二）电子发射： 1、热发射 金属表面承受热作用而产生的电子发射现象。高温下气体粒子受热的作用相互碰撞而产生的电离称为热电离。热阴极： W、C 电极的最高温度不能超过沸点； 冷阴极： Fe,Cu,Al,Mg等。影响因素：温度、材质、表面形态 2、电场发射： 当金属表面空间存在一定强度的正电场时，金属内的自由电子受此电场静电库伦力的作用，当此力达到一定程度时，电子可飞出金属表面，这种现象称电场发射。对低沸点材料，电场发射对阴极区提供带电粒子起重要作用。影响因素：温度、材质、电场大小3、光发射： 当金属表面接受光辐射时，也可使金属表面自由电子能量增加，冲破金属表面的约束飞到金属外面来，这种现象称为光发射。4、粒子碰撞发射： 高速运动的粒子（电子或离子）碰撞金属表面时，将能量传给金属表面的自由电子，使其能量增加而跑出金属表面，这种现象称为粒子碰撞发射。（三）.负离子形成 n在一定条件下，有些中性原子或分子能吸附一个电子而形成负离子，形成过程中放出热量。表征形成负离子的能力，用电子亲和能表示。亲和能大，电弧气氛中形成的负离子就多，电弧的导电能力就差。负离子形成一般发生在电弧的外围温度低的区域，中性原子或分子捕获运动动能较低的电子。 五、焊接电弧的构成及其导电特性阴极区 10-410-6cm ； 弧柱区 ; 阳极区 10-210-3cm六阴极区的导电机构1.热发射型导电机构；2.电场发射型导电机构；3.等离子型导电机构七、斑点1.阴极斑点：阴极通过微小的斑点发射电子，这些斑点上的电流密度很高，称为阴极斑点。电流密度：5105107A/cm 2。 形成阴极斑点的条件决定了焊接过程中一些现象的产生，即阴极表面上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、热收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。 2.阳极斑点： 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。 八、电弧力1.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。 2.等离子流力：在电弧中由于电弧推力引起高温气流的运动所形成的力称为等离子流力。 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。3.斑点力：斑点力在一定条件下将阻碍焊条熔化金属的过渡。4.爆破力： 熔滴短路过渡时由电磁收缩力及液柱小桥气化爆断引起，促进短路过渡，但会造成飞溅。5.细熔滴冲击力： 富Ar气体射流过渡焊接时，熔化金属形成连续细滴沿焊丝轴向高速射向熔池，产生很大的冲击力，九、电弧自身磁场的作用（一）是产生磁收缩力，促进熔滴过渡，保证一定的熔深，使电弧具有刚直性；影响因素 ：电流大小；气体介质 压缩程度；电极形状（二）是在一定条件下，会带来磁偏吹现象，使电弧不稳定，影响焊接过程及焊缝成形。种类导线接线位置引起的磁偏吹（直流）电弧附近的铁磁物质引起的磁偏吹；剩磁引起的磁偏吹；交流电弧的磁偏吹。解决办法： 以交代直 ；短弧焊；工件消磁、避免周围铁磁物质 ；对于长和大的工件可采用两边连接地线的方法；选用厚皮焊条。十、焊丝的熔化速度、熔化系数及影响因素（一） 熔化速度：单位时间熔化焊丝的重量或长度（m/h；g/h）。（二） 熔化系数：单位时间内通过单位电流时焊丝熔化的重量或长度（m/Ah;g/Ah）。影响因素：焊接电流与电压 电流极性 保护气体介质 电阻热十一、熔滴过渡概念：焊丝（条）端头的金属在电弧热作用下被加热熔化形成熔滴，并在各种力的作用下脱离焊丝（条）进入熔池，称之为熔滴过渡。十二熔滴上的作用力（一）表面张力 表面张力一方面使熔滴形成缩颈，另一方面是熔滴的主要维持力。 1 与材料成分有关2 熔滴上有表面活化物质时，可以大大降低表面张力系数3 与气体介质有关 4 与熔滴温度有关（二）重力：作用：平焊（推力）； 立、仰焊（阻力）（三）电磁力 ：当dGdD易过渡; dGI临 接触过渡 短路过渡形式的电弧稳定，飞溅较小，成形良好，是目前薄板件和全位置焊接生产中常用的焊接方式 。渣壁过渡：形成条件：涂料焊条手弧焊，埋弧焊十四 焊缝和熔池的形状及尺寸（一）焊缝形状 焊缝形状是指焊缝横截面的形状，一般以熔深H 、熔宽 B和余高a来表示。（二）焊接条件对焊缝成形影响：1电流主要确定熔深；2.电弧电压主要确定熔宽；3.焊接速度重要参数其他因素的影响1.电流种类、极性 熔化极焊直流反接时的H、B大， Pk大 。TIG焊正接时H，B大，PA大 2.焊丝直径和伸出长度： - 电弧收缩 F-H； B一般情况下，同时需提高UfL-Pm m a 第三章 埋弧焊埋弧焊（含埋弧堆焊及电渣堆焊等）是一种重要的焊接方法，其固有的焊接质量稳定、焊接生产率高、无弧光及烟尘很少等优点，使其成为压力容器、管段制造、箱型梁柱等重要钢结构制作中的主要焊接方法。近年来，虽然先后出现了许多种高效、优质的新焊接方法，但埋弧焊的应用领域依然未受任何影响。从各种熔焊方法的熔敷金属重量所占份额的角度来看，埋弧焊约占10%左右，且多年来一直变化不大。当焊丝确定以后（通常取决于所焊的钢种），配套用的焊剂则成为关键材料，它直接影响焊缝金属的力学性能（特别是塑性及低温韧性）、抗裂性能、焊接缺陷发生率及焊接生产率等。焊丝与焊剂的配用重量比为焊丝：焊剂=1.11.6，视焊接接头类型、所用焊剂种类、焊接规范参数而定。与熔炼焊剂相比，烧结焊剂用量较为节省，约可少用20%左右。我国采用焊剂量在5万吨左右波动，其中70%约为熔炼焊剂，余为非熔炼焊剂。欧美工业发达国家以非熔炼型焊剂为主，约在80%、90%以上，但仍然有熔炼型焊剂生产销售，熔炼焊剂这种持久的生产力与其固有的一些特点有关。近年来，在我国出现了一种钢筋的新的焊接方法，即竖向钢筋电弧电渣压力焊。与以前的钢筋搭接手工电弧焊法相比，可节约钢材15%以上，生产率大大提高，焊接材料消耗费用也有所降低，确有取代后者的发展趋势，应用日益广泛。该方法主要使用熔炼焊剂，它起到维弧、电渣加热、金属凝固模体等作用。目前我国熔炼焊剂的五分之一左右用于竖向钢筋的焊接。我国的锰矿资源比较缺乏，特别是适于生产熔炼焊剂的品位高、磷含量低、铁含量低的锰矿就更少了。全国仅在广西、云南、湖南等省有锰矿矿脉，经过多年开采，符合生产焊剂的锰矿商品日渐紧张。为取代高锰渣系焊剂，研制、推广中锰、低锰焊剂已成为客观需要的紧迫任务。随着含适量锰焊丝的生产供应的扩大，中锰、低锰渣系焊剂应该有广阔的市场。关于商品焊剂的技术性能说明，目前在行业上的通常作法是，熔炼焊剂给出其化学成分及配一种焊丝的熔敷金属力学性能，烧结焊剂只给出其渣系构成及配一种焊丝的熔敷金属力学性能。这似乎实用性不够。很少有用户对焊剂的化学成分逐批进行化学成分分析，因为除了分析方法及设备上的难度外，其结果与用户的使用要求之间尚相距甚远。建议焊剂生产商在产品说明中提供含如下技术内容的信息。首先是焊剂的碱度，可按IIW的推荐公式来计算。在焊接低合金高强度钢用焊剂的国家标准中，对此亦有说明，参见GB12470，低合金钢埋弧焊用焊剂。焊剂碱度是标志焊剂冶金性能、工艺性能、电流种类及可焊钢材等级等的第一位的技术指标。其次是提供最适合于匹配使用的几种焊丝熔敷金属的力学性能，使用户选材有较大的空间。要特别推荐焊剂生产商提供焊剂的冶金行为图，即结构钢用焊剂对合金元素的烧损过渡图（简指增硅量、焊丝含锰量中性点百分含量），不锈钢用焊剂的增碳倾向及铬含量的烧损过渡图。这样，用户可根据所选用焊丝的化学成分、焊剂对含金元素的烧损过渡影响，接头类型及焊接规范参数等因素，预测出所焊焊缝金属的化学成分及力学性能，与其待焊产品的技术要求作比较，具有直接的参考作用，就目前焊剂业生产厂家的技术能力而言，完成这样的工作确实有一定的难度，建议他们与科研单位、大型用户合作，形成能反映本企业焊剂产品特点、技术内容含量高的产品说明书。进一步说，科研单位可开发出这样的软件，供用户使用或补充已有的焊接技术计算机专家系统。一 定义 埋弧焊是 电弧在焊剂层下燃烧 ，焊丝自动送进的电弧焊方法。 优点: 1） 生产效率高 2 ）焊缝质量高(气、渣联合保护） 3）劳动条件好（无弧光辐射，自动化操作） 4 )适合于焊黑色金属和不易氧化的金属；厚板;长缝；平焊缝 缺点二 焊剂的分类1按制造方式分： 1）熔炼焊剂 熔炼温度1500 1600 2） 烧结焊剂 3） 粘结焊剂； 2按熔渣碱度分 1）酸性 工艺性能好，交直流两用，焊缝韧性低 2）中性 性能介于酸碱性之间3） 碱性 反之； 3化学成分分类： 1） MnO（无、低、中、高） 2）SiO2（低、中、高） 3）CaF2（低、中、高）三 常用埋弧焊技术:1 焊前准备1）.坡口设计及加工：14mm，可不开坡口 ；1422mm，开“V”坡口 ；2250mm，开“X”坡口。 ；另还有“U”、双面“U”形，因加工较难故用得较少。 坡口加工：用刨边机或气割 2） 焊前清理 焊缝20毫米内的锈斑、油污、氧化皮清理干净四 常见缺陷及防止办法： 1.成形缺陷 熔宽不均匀、余高大、咬边、未焊透、烧穿、熔池流淌2.冶金缺陷 : 1)气孔 2)裂缝 3)夹渣第四章 熔化极气体保护电弧焊一、熔化极气体保护焊原理二依据焊丝结构分类：1 实芯焊丝气体保护焊 2 药芯焊丝电弧焊;依据保护气体分类：1)惰性气体保护焊 2）混合气体保护焊 3 CO2气体保护焊三、气体选择遵循的原则:1 对焊缝性能无害原则 2 改善工艺及焊缝质量原则 3 提高工艺技术水平原则四 熔滴过渡类型的选择 ：1 MIG焊常用的熔滴过渡形式主要有连续射流过渡（包括射流过渡、亚射流过渡和旋转射流过渡） 、脉冲射流过渡和短路过渡。 2 射流过渡主要用于中厚板和大厚板的水平对接及水平角接；脉冲射流过渡除可用于上述情况外，还可用于全位置焊接； 3 短路过渡一般用于薄板及全位置焊接五、焊缝起皱及解决办法 ：1 定义 在增大电流时，当阴极斑点在弧坑集中，引起电弧力剧增，从而将高温熔化金属由弧坑排挤到工件表面，形成未熔合和氧化 、氮化。这种过程引起的焊缝表面焊接质量问题总称为焊缝起皱。2 解决办法：1） 减小焊接电流，减小电弧力 2） 压低电弧，减小阴极斑点的活动区 3） 加强气体保护，防止弧坑金属与工件表面金属氧化、氮化六 熔滴过渡类型1亚射流过渡的特点：短弧，碟状电弧，“啪啪”声，熔滴过渡频率减小，熔滴尺寸增大。2 铝焊丝亚射流过渡重要特性：焊丝熔化系数随可见弧长的缩短而增大 。七 熔化极混合气体保护焊1、He比Ar 热导率高，电弧电压高，价格高 Ar+He电弧温度提高，射流射滴，改善焊缝成形，提高焊缝致密度，尤其适于焊铝及其合金，铜及其合金和热敏感性强的高导热材料。2、Ar+O2 Ar+15%O2焊不锈钢、高合金钢，克服阴极漂移，射流过渡，指状熔深。Ar+20%O2焊普低钢，提高电弧温度，改善指状熔深3 Ar+CO2 Ar+30%CO2 ：焊碳钢、普低钢，冲击韧性好，工艺性能好，克服了纯Ar阴极漂移、气孔、咬边、焊缝成形不良、指状熔深等问题 。4 Ar+CO2+O2 Ar+15%CO2+5%O2：焊低碳钢、低合金钢，最佳的焊缝成形，接头质量，熔滴过渡和电弧的稳定性。5 Ar+N2 Ar+20%N2提高电弧功率，价廉，质量不如Ar+He 存在飞溅、成形稍差。焊铜及其合金 。6 Ar+H2 焊Ni及其合金Ar+0,I=0）; 2、 焊接 （ FFw，0,I=Iw ） 3 、维持（ F0 ,I=0 ） 4、休止（ F0,I=0七 对焊特点与形式特点：效率高、易于实现自动焊形式：电阻对焊 闪光对焊 滚对焊 八 闪光对焊 特点；应用 连续闪光对焊焊接循环由闪光、顶锻、保持、休止等程序组成。预热闪光对焊则在其焊接循环中上设有预热程序第九章 金属焊接性基础一、金属焊接性的定义： 金属材料在限定的施工条件下，焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力 1 金属的焊接性能包括两方面的内容：工艺性能；使用性能。工艺性能 ：工艺焊接性是指在一定焊接工艺条件下，能否获得优质、无缺陷的焊接接头的能力。包括热焊接性和冶金焊接性两方面。 1） 热焊接性是指焊接热过程对焊接热影响区组织性能及产生缺陷的影响程度，它用于评定被焊金属对热作用的敏感性。2）冶金焊接性是指冶金反应对焊缝性能和产生缺陷的影响程度，它包括合金元素的氧化、还原、蒸发、氢、氧、氮的溶解，对气孔、夹杂、裂纹等缺陷的敏感性。使用性能： 使用焊接性是指焊接接头或整体结构满足各种使用性能的程度，其中包括常规的力学性能，低温韧性，高温蠕变，疲劳性能，持久强度，以及抗腐蚀性和耐磨性等。2、 影响焊接性的因素 1. 材料因素 母材、焊接材料 2. 工艺因素 焊接方法、焊接工艺参数和焊后热处理等 3 . 设计因素 结构形式、接头形式、接口断面的过渡、焊缝的位置，以及某些部位焊缝的集中程度造成多向应力的状态等 4. 服役条件 工作温度、受载类别和工作环境等。三钢焊接性判据 ： 1 碳当量法 2 冷裂纹敏感指数（Pc）。四、常用焊接性试验方法 ： （一） 斜Y形坡口焊接裂纹试验法主要用于评定母材金属焊接热影响区