焊接电弧的基本知识

1、第二章第二章 焊接电弧的基本知识焊接电弧的基本知识 教学目标教学目标: : 1 1理解与掌握理解与掌握电弧焊有关电弧焊有关的基础理论，包括的基础理论，包括焊接电弧、焊丝熔焊接电弧、焊丝熔化与过渡及焊接接头的组织和力学性化与过渡及焊接接头的组织和力学性能；能； 2 2 重点理解与掌握重点理解与掌握焊接应焊接应力与变形产生的原因和防止措施。力与变形产生的原因和防止措施。 第一节第一节 概述概述一、焊接的特征一、焊接的特征 1.1.焊接已成为最流行的连接技术焊接已成为最流行的连接技术 2 .2 .焊接已成为关键的制造技术焊接已成为关键的制造技术3.3.焊接已成为现代工业不可分离的组成部分焊接已成为现

2、代工业不可分离的组成部分第二节第二节 焊接电弧的产生和组成焊接电弧的产生和组成 电弧电弧是所有电弧焊方法的是所有电弧焊方法的能源能源，能有效而简便地把弧，能有效而简便地把弧焊电源的焊电源的电能电能转换成焊接过程所需要的转换成焊接过程所需要的热能和机械能热能和机械能。 一、焊接电弧的产生一、焊接电弧的产生 焊接电弧焊接电弧是是由焊接电源提供的、具有一定电压的两极间或由焊接电源提供的、具有一定电压的两极间或电极与焊件间，气体介质产生强烈而持久的放电现象。电极与焊件间，气体介质产生强烈而持久的放电现象。 短路短路-空载空载-燃弧燃弧 气体的电离气体的电离 钢焊条焊接钢材时的焊接电弧钢焊条焊接钢材时的

3、焊接电弧1 1、阴极区：长度极短、电压较大、阴极区：长度极短、电压较大、E E（电场强度）极高（电场强度）极高2 2、阳极区：长度也极短、电压较大、阳极区：长度也极短、电压较大、E E极高极高3 3、弧柱区长度基本上等于电弧长度，、弧柱区长度基本上等于电弧长度，E E较小。较小。UA UCUK阳极区阳极区阴极区阴极区弧柱弧柱-+10-5 10-6cm10-2 10-4cm二、焊接电弧的二、焊接电弧的静特性静特性 在电极材料，气体介质和电弧长度一定时，电弧两在电极材料，气体介质和电弧长度一定时，电弧两端的电压与焊接电流之间的关系称为端的电压与焊接电流之间的关系称为电弧静特性电弧静特性，或称，或称

4、伏安伏安特性特性。电弧静特性曲线呈。电弧静特性曲线呈U U形。如图形。如图4 44 4曲线曲线2 2所示。所示。 在一般情况下，在一般情况下，电弧电压电弧电压U Uh h与弧长与弧长L L成正比变化成正比变化，如图如图4 45 5示，即电弧越长电压越高示，即电弧越长电压越高。 图图4 44 4 普通电阻静特性与电弧静特性曲普通电阻静特性与电弧静特性曲线线 1 1普通电阻静特性；普通电阻静特性； 2 2电弧静特性。电弧静特性。Ua小小电电流流TIGTIGSAWMMAMIGMAG分三个阶段：分三个阶段：下降区（负阻特性区）：下降区（负阻特性区）：电流密度不变电流密度不变, ,很少采用；很少采用；平

5、特性区：平特性区：E E不变不变, ,电弧焊一般是平特性段电弧焊一般是平特性段上升特性区：上升特性区：当焊接电流较大时才在上升段当焊接电流较大时才在上升段。5 5、电弧磁偏吹、电弧磁偏吹 电弧偏离焊条轴线的现象叫电弧偏吹。电弧偏离焊条轴线的现象叫电弧偏吹。电弧偏吹使温度分布不均匀，容易产生咬边、未熔合、夹渣等缺陷，故必须研究引起偏吹的原因及预防措施。 药皮偏心药皮偏心 接地线位置不当接地线位置不当导线接线位置引起的磁偏吹导线接线位置引起的磁偏吹平行电弧间的磁偏吹平行电弧间的磁偏吹四、焊接时的极性四、焊接时的极性 使用直流电源焊接时有使用直流电源焊接时有正接、反接法正接、反接法两种：两种： 正接

6、法：正接法：焊件焊件接电焊机的接电焊机的正极（阳极），焊条正极（阳极），焊条接接负极（阴负极（阴 极）极）, ,因此，焊件温度较高，能获得较大熔深，适用于焊接厚因此，焊件温度较高，能获得较大熔深，适用于焊接厚 板。板。 反接法：反接法：焊件接负极焊件接负极，焊条接正极焊条接正极，适合于焊接薄板，适合于焊接薄板， 以防烧穿。以防烧穿。 交流焊机、无正反接特点，温度均为交流焊机、无正反接特点，温度均为2500K2500K。 交直流交直流电焊机电焊机的比的比較較 交流交流电焊机电焊机 直流直流正极正极性性 直流反极性直流反极性 焊剂是由焊剂是由SiO2，MnO、MgO及及CaF等组成的等组成的硅酸盐

7、硅酸盐。焊剂保护的效果焊剂保护的效果 形成熔融的液态形成熔融的液态焊剂薄膜焊剂薄膜，使熔池与空气隔绝，大大减，使熔池与空气隔绝，大大减少焊缝中的含气量，提高焊缝韧性。少焊缝中的含气量，提高焊缝韧性。 延长延长熔池存在时间熔池存在时间，加强了冶金反应，有利于气孔、夹，加强了冶金反应，有利于气孔、夹渣的析出。渣的析出。n熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程叫熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程叫熔滴过渡熔滴过渡。熔滴重力熔滴重力其他位置焊接时，表面张力对熔滴过渡有利。其他位置焊接时，表面张力对熔滴过渡有利。表面张力重力 电弧力电弧力指电弧对熔滴和熔池的机械作用力，指电弧对熔滴和熔池的机械作用力，包括 电磁

8、收缩力电磁收缩力、等离子流力、斑点力、等离子流力、斑点力等。 必须指出的是，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焊接电流较小时起主要作用的往往是重力和表面张力。作用的往往是重力和表面张力。流态导体中电磁收缩力的影响流态导体中电磁收缩力的影响柱形导体中的电磁收缩力柱形导体中的电磁收缩力 它在促使熔滴过渡的同时也产生飞溅。CO2CO2焊接飞溅的主要原因焊接飞溅的主要原因爆破力爆破力3、形式形式图图 熔滴过渡形式及电弧形状特征熔滴过渡形式及电弧形状特征1) 1) 滴状过渡滴状过渡 2 2、3) 3) 射状过渡射状过渡 4 4、5) 5) 短路过渡短路过渡熔滴过渡的形

9、式熔滴过渡的形式 ( (一一) )焊缝的组织和性能焊缝的组织和性能 焊缝组织是由熔池金属结晶得到的柱状的铸造组织焊缝组织是由熔池金属结晶得到的柱状的铸造组织。焊接熔池的结晶。焊接熔池的结晶 首先从熔合区中处于半熔化状态的晶粒表面开始，晶粒沿着与散热最快的首先从熔合区中处于半熔化状态的晶粒表面开始，晶粒沿着与散热最快的 方向的相反方向长大，因受到相邻的正在长大的晶粒的阻碍，向两侧生长方向的相反方向长大，因受到相邻的正在长大的晶粒的阻碍，向两侧生长 受到限制，因此，焊缝中的晶体是方向指向熔池中心的受到限制，因此，焊缝中的晶体是方向指向熔池中心的柱状晶体柱状晶体， 焊缝中的铸态组织，晶粒粗大，组织不

10、致密，但是，由于焊接熔池小，焊缝中的铸态组织，晶粒粗大，组织不致密，但是，由于焊接熔池小， 冷却快，焊条药皮、焊剂或焊丝在焊接过程中的冶金处理作用，冷却快，焊条药皮、焊剂或焊丝在焊接过程中的冶金处理作用，使得焊缝使得焊缝 的金属的化学成分优于母材，硫、磷含量较低，所以容易保证焊缝金属的的金属的化学成分优于母材，硫、磷含量较低，所以容易保证焊缝金属的 性能不低于母材，特别是强度容易达到。性能不低于母材，特别是强度容易达到。 焊缝宽度焊缝宽度焊缝余高焊缝余高焊缝的熔深焊缝的熔深 焊接参数决定焊缝输入的能量，是影响焊缝成形的主要焊接参数决定焊缝输入的能量，是影响焊缝成形的主要 工艺参数工艺参数。焊接

11、参数对焊缝熔深s、焊缝熔宽c和余高h的影响 如图4-8所示。焊接电流主要影响焊缝熔深焊接电流主要影响焊缝熔深s s；电弧电压主要电弧电压主要 影响焊缝熔宽影响焊缝熔宽c c；焊接速度的快慢主要影响母材的热入，提高 焊速焊缝熔深s、焊缝熔宽c、余高h均减少。图图48 焊接参数对焊缝熔深焊接参数对焊缝熔深s、焊缝熔宽、焊缝熔宽c和余高和余高h的影响的影响 a)焊接电流的影响；焊接电流的影响；b)焊接电压的影响；焊接电压的影响；c)焊接速度的影响。焊接速度的影响。 （三）熔合区的特征（三）熔合区的特征 熔合区，又称半熔化区，是焊缝与母材的交界区熔合区，又称半熔化区，是焊缝与母材的交界区 加热温度：加热温度：149014901