《焊接方法及设备》教学教案

1、PAGE86PAGE86陕 西 三 和 学 院焊接工艺教案焊接教研组：和炜刚 2011-11-18目 录 TOC o 1-3 h z HYPERLINK l _Toc 绪论 PAGEREF _Toc h 5 HYPERLINK l _Toc 一、基本要求 PAGEREF _Toc h 5 HYPERLINK l _Toc 二、基本概念： PAGEREF _Toc h 5 HYPERLINK l _Toc 三、重点 PAGEREF _Toc h 6 HYPERLINK l _Toc 四、难点 PAGEREF _Toc h 6 HYPERLINK l _Toc 五、学时数 PAGEREF _Toc

2、 h 6 HYPERLINK l _Toc 六参考资料 PAGEREF _Toc h 6 HYPERLINK l _Toc 七辅助资料 PAGEREF _Toc h 6 HYPERLINK l _Toc 八基本内容 PAGEREF _Toc h 6 HYPERLINK l _Toc 第一章 焊接电弧 PAGEREF _Toc h 8 HYPERLINK l _Toc 一基本要求 PAGEREF _Toc h 8 HYPERLINK l _Toc 二基本概念 PAGEREF _Toc h 8 HYPERLINK l _Toc 三难点 PAGEREF _Toc h 8 HYPERLINK l _T

3、oc 四重点 PAGEREF _Toc h 8 HYPERLINK l _Toc 五学时数 PAGEREF _Toc h 9 HYPERLINK l _Toc 六参考资料 PAGEREF _Toc h 9 HYPERLINK l _Toc 七辅助资料 PAGEREF _Toc h 9 HYPERLINK l _Toc 第二章 焊丝的加热及熔滴过渡 PAGEREF _Toc h 19 HYPERLINK l _Toc 一、基本要求 PAGEREF _Toc h 19 HYPERLINK l _Toc 二、基本概念 PAGEREF _Toc h 19 HYPERLINK l _Toc 三、重点 P

4、AGEREF _Toc h 19 HYPERLINK l _Toc 四、难点 PAGEREF _Toc h 20 HYPERLINK l _Toc 五、学时数：4小时 PAGEREF _Toc h 20 HYPERLINK l _Toc 六、参考资料 PAGEREF _Toc h 20 HYPERLINK l _Toc 七、辅助资料 PAGEREF _Toc h 20 HYPERLINK l _Toc 八本章要点 PAGEREF _Toc h 20 HYPERLINK l _Toc 第三章 母材熔化和焊缝成形 PAGEREF _Toc h 25 HYPERLINK l _Toc 一、基本要求

5、PAGEREF _Toc h 25 HYPERLINK l _Toc 二、基本概念 PAGEREF _Toc h 25 HYPERLINK l _Toc 三、重点 PAGEREF _Toc h 25 HYPERLINK l _Toc 四、难点 PAGEREF _Toc h 25 HYPERLINK l _Toc 五、学时数 PAGEREF _Toc h 26 HYPERLINK l _Toc 六、参考资料 PAGEREF _Toc h 26 HYPERLINK l _Toc 七、辅助资料 PAGEREF _Toc h 26 HYPERLINK l _Toc 八本章要点 PAGEREF _Toc

6、 h 26第四章 焊条电弧焊 HYPERLINK l _Toc 一、基本要求 PAGEREF _Toc h 259 HYPERLINK l _Toc 二、基本概念 PAGEREF _Toc h 259 HYPERLINK l _Toc 三、重点 PAGEREF _Toc h 259 HYPERLINK l _Toc 四、难点 PAGEREF _Toc h 259 HYPERLINK l _Toc 五、学时数 PAGEREF _Toc h 269 HYPERLINK l _Toc 六、参考资料 PAGEREF _Toc h 269 HYPERLINK l _Toc 七、辅助资料 PAGEREF

7、_Toc h 269 HYPERLINK l _Toc 八本章要点 PAGEREF _Toc h 26 HYPERLINK l _Toc 第五章 埋弧焊 PAGEREF _Toc h 36 HYPERLINK l _Toc 一、基本要求 PAGEREF _Toc h 36 HYPERLINK l _Toc 二、基本概念 PAGEREF _Toc h 36 HYPERLINK l _Toc 三、重点 PAGEREF _Toc h 36 HYPERLINK l _Toc 四、难点 PAGEREF _Toc h 36 HYPERLINK l _Toc 五、学时数 PAGEREF _Toc h 37

8、HYPERLINK l _Toc 六、参考资料 PAGEREF _Toc h 37 HYPERLINK l _Toc 七、辅助资料 PAGEREF _Toc h 37 HYPERLINK l _Toc 八本章要点 PAGEREF _Toc h 37 HYPERLINK l _Toc 第六章 钨极氩弧焊 PAGEREF _Toc h 47 HYPERLINK l _Toc 一、基本要求 PAGEREF _Toc h 47 HYPERLINK l _Toc 二、基本概念 PAGEREF _Toc h 47 HYPERLINK l _Toc 三、重点 PAGEREF _Toc h 47 HYPERL

9、INK l _Toc 四、难点 PAGEREF _Toc h 47 HYPERLINK l _Toc 五、学时数 PAGEREF _Toc h 47 HYPERLINK l _Toc 六、参考资料 PAGEREF _Toc h 47 HYPERLINK l _Toc 七、辅助资料 PAGEREF _Toc h 48 HYPERLINK l _Toc 八本章要点 PAGEREF _Toc h 48 HYPERLINK l _Toc 第七章 熔化极氩弧焊 PAGEREF _Toc h 59 HYPERLINK l _Toc 一、基本要求 PAGEREF _Toc h 59 HYPERLINK l

10、_Toc 二、基本概念 PAGEREF _Toc h 59 HYPERLINK l _Toc 三、重点 PAGEREF _Toc h 59 HYPERLINK l _Toc 四、难点 PAGEREF _Toc h 59 HYPERLINK l _Toc 五、学时数 PAGEREF _Toc h 59 HYPERLINK l _Toc 六、参考资料 PAGEREF _Toc h 60 HYPERLINK l _Toc 七、辅助资料 PAGEREF _Toc h 60 HYPERLINK l _Toc 八本章要点 PAGEREF _Toc h 60 HYPERLINK l _Toc 第八章 二氧化

11、碳气体保护焊 PAGEREF _Toc h 70 HYPERLINK l _Toc 一、基本要求 PAGEREF _Toc h 70 HYPERLINK l _Toc 二、基本概念 PAGEREF _Toc h 70 HYPERLINK l _Toc 三、重点 PAGEREF _Toc h 70 HYPERLINK l _Toc 四、难点 PAGEREF _Toc h 70 HYPERLINK l _Toc 五、学时数 PAGEREF _Toc h 70 HYPERLINK l _Toc 六、参考资料 PAGEREF _Toc h 70 HYPERLINK l _Toc 七、辅助资料 PAGE

12、REF _Toc h 70 HYPERLINK l _Toc 八本章要点 PAGEREF _Toc h 71 HYPERLINK l _Toc 第九章 等离子弧焊接 PAGEREF _Toc h 79 HYPERLINK l _Toc 一、基本要求 PAGEREF _Toc h 79 HYPERLINK l _Toc 二、基本概念 PAGEREF _Toc h 79 HYPERLINK l _Toc 三、重点 PAGEREF _Toc h 79 HYPERLINK l _Toc 四、难点 PAGEREF _Toc h 79 HYPERLINK l _Toc 五、学时数 PAGEREF _Toc

13、 h 79 HYPERLINK l _Toc 六、参考资料 PAGEREF _Toc h 79 HYPERLINK l _Toc 七、辅助资料 PAGEREF _Toc h 79 HYPERLINK l _Toc 八本章要点 PAGEREF _Toc h 79 HYPERLINK l _Toc 第十章 其他先进焊接方法85绪论一、基本要求掌握基本概念、理解焊接本质、特点及分类二、基本概念：1）焊接焊接是通过适当的物理化学方法，使两个分离的固体产生原子间的结合力，从而实现连接的一种方法。2）熔化焊利用一定的热源将被连接金属熔化，形成熔池，熔池结晶后将工件连接起来的一种方法。3）电弧焊利用电弧作为

14、热源的一种熔化焊方法。三、重点焊接本质及分类：通过原子间的结合力将两个固体连接起来，对于金属来说，要产生金属键，也就是说，被连接表面要接近到原子晶格间距。强调以下三点：1)固体结合金属金属金属非金属非金属非金属2)依靠原子间的结合力3)要通过一定的物理、化学过程加热：电弧焊、钎焊加压：冷压焊加热+加压：电阻焊、扩散焊四、难点理解焊接本质，焊接分类方法。五、学时数1学时六参考资料姜焕中等编. 电弧焊及电渣焊. 北京：机械工业出版社，1994七辅助资料中国机械工程学会焊接学会. 焊接手册（第一卷）. 北京：机械工业出版社，1992曾乐. 现代焊接技术手册. 上海：上海科学技术出版社，1993八基本

15、内容1焊接的特点：1）、焊接可以将不同类型的金属材料、不同形状及尺寸的材料连接起来。因此，通过焊接可使金属结构中材料的分布更合理。此外，焊接可直接将各个零部件连接起来，无需其他附加件，接头的强度一般也能达到与母材相同，因此，焊接产品的重量轻、成本低。2）、焊接接头是通过原子间的结合力实现的连接，整体性好、刚度大，在外力作用下不像机械连接（如铆接、销子连接等）那样产生较大的变形。而且，焊接结构具有良好的气密性、水密性，这是其他连接方法无法比拟的。3）、焊接加工一般不需要大型、贵重的设备，因此，是一种投资少、见效快的方法。4）、焊接是一种“柔性”加工工艺，既适用于大批量生产，又适用于小批量生产。而

16、产品结构变化时，设备可基本保持不变。5）、利用焊接进行加工时，可将结构复杂的大型构件分解为许多小型零部件分别加工，然后再将这些零部件焊接起来，这样就简化了金属结构的加工工艺、缩短了加工周期。2焊接方法的分类目前采用的焊接方法已有20多种。焊接分类方法也很多，比较常用是根据焊接过程中母材金属所处的状态以及焊接工艺特点按不同层次进行分类，即所谓的族系法。首先根据母材是否熔化将焊接方法分成熔焊、压焊和钎焊三大类，然后再根据加热方式、工艺特点或其他特征进行下一层次的分类，如表0-1-1所示1。这种方法的最大优点是层次清楚，主次分明，是最常用的一种分类方法。这种方法的缺点是，从第二层次开始，分类原则不统

17、一，如熔化焊利用热源来进行第二层次的分类，而钎焊利用加热方式或钎料熔点来进行第二层次的分类。另外，某些焊接方法因强调的特点不同，可归入不同的类型中，比如电阻点焊、电阻缝焊即可归入熔化焊，又可归入压力焊。表0-1-1 焊接分类法第一层次（根据母材是否熔化）第二层次第三层次第四层次代号是否易于实现自动化熔化焊：利用一定的热源，使构件的被连接部位局部熔化成液体，然后再冷却结晶成一体的方法称为熔焊。可根据热源进行第二层次的分类电弧焊熔化极电弧焊手工电弧焊111埋弧焊121o熔化极气体保护焊(GMAW)131oCO2焊135o螺柱焊非熔化极电弧焊钨极氩弧焊（GTAW）141o等离子弧焊15o原子氢焊气焊

18、氧-氢火焰311氧-乙炔火焰空气-乙炔火焰氧-丙烷火焰空气-丙烷火焰铝热焊电渣焊72o电子束焊高真空电子束焊76o低真空电子束焊o非真空电子束焊o激光焊CO2激光焊751oYAG激光焊o电阻点焊21o电阻缝焊22o压力焊：利用摩擦、扩散和加压等物理作用，克服两个连接表面的不平度，除去氧化膜及其它污染物，使两个连接表面上的原子相互接近到晶格距离，从而在固态条件下实现连接的方法法闪光对焊24电阻对焊25o冷压焊超声波焊41o爆炸焊441锻焊扩散焊45摩擦焊42o钎焊：这种方法采用熔点比母材低的材料作钎料，将焊件和钎料加热至高于钎料熔点、但低于母材熔点的温度，利用毛细作用使液态钎料充满接头间隙，熔化

19、钎料润湿母材表面，冷却后结晶形成冶金结合。钎焊可根据加热方式进行第二个层次的分类。火焰钎焊912感应钎焊炉中钎焊空气炉钎焊气体保护炉钎焊真空炉钎焊盐浴钎焊超声波钎焊电阻钎焊摩擦钎焊金属浴钎焊放热反应钎焊红外线钎焊电子束钎焊O易于实现自动化，难以实现自动化第一章焊接电弧一基本要求熟练掌握本章的基本概念，理解并掌握最小电压原理、电弧力。了解电弧各个区域的组成、导电机构、产热机构、交流电弧的特点以及阴极斑点的特点及其对焊接质量的影响。二基本概念电弧、气体放电、电离、电子发射、阴极斑点、阳极斑点、刚直性、磁偏吹、电离能、逸出功、电离电压、逸出电压三难点1）最小电压原理2）电弧的导电机构四重点1）电弧、

20、电离、气体放电、刚直性、磁偏吹等一些基本概念。2）电弧力。3）电弧的产热机理。4）阴极斑点的特点。5）最小电压原理五学时数6学时六参考资料姜焕中等编. 电弧焊及电渣焊. 北京：机械工业出版社，1994七辅助资料中国机械工程学会焊接学会. 焊接手册（第一卷）. 北京：机械工业出版社，1992曾乐. 现代焊接技术手册. 上海：上海科学技术出版社，1993殷树言，张九海，气体保护焊工艺，哈尔滨工业大学出版社，1989八重点内容本章要点如下1-1电弧物理基础一） 电弧的基本概念1、电弧：电弧是一种气体放电现象，通过放电将电能转变为热能与机械能。2、气体放电：两极间的气体被击穿而导电的过程非自持放电：放

21、电本身不能产生导电所需的带电粒子（A+、e）自持放电：放电本身能产生导电所需的带电粒子（A+、e）；有暗放电 辉光放电 电弧放电等三种二）带电粒子的产生过程产生方式：电离：A（中性粒子）A+（一价正离子）+e（电子） 发射：金属表面逸出电子（一）电离与激励电离：在一定条件下中性原子分离成A+及e的现象。AA+e一次电离：AA+e二次电离：A+A+en次电离：A（n-1）+An+e电离能：原子或分子电离所需要的能量 单位ev 或 w电离电压：电离能/电子带电量激励：气体原子得到的能量小于Wi，但可使电子从低能级跃迁到高能级。所需的最小能量叫激励能We能量传递方式1）碰撞：粒子间通过相互碰撞而交换

22、能量弹性碰撞：仅发生动能再分配非弹性碰撞：交换的能量势能，从而导致电离。2）光幅射：中性粒子直接吸收光量子的能量电离的分类：1）热电离：气体粒子受热的作用而产生电离实质：中性粒子通过与电子碰撞，接收电子能力而电离。2）电场作用下的电离：A+、e在E作用下被加速、与A碰撞使其电离的过程3）光电离：A直接捕捉光量子并吸收其能量而电离。波长越小越易促进光电离，电弧波长在可见光紫外线范围内、可使AI、K、Na原子光电离。（二）电子发射基本概念1）电子发射：电子从金属表面逸出的现象2）逸出功（Ww）：电子发射所需的最小能量3）逸出电压：Ww物理意义：Ww越小，引弧越容易，稳弧性越好。钍钨、铈钨、K、Na

23、之Ww较低。分类1）热发射：在热量的作用下产生的发射产生条件：阴极温度足够高特点：对阴极有冷却作用，这一点对TIG焊具有重要意义。2）电场发射：金属表面的电子在电场力的作用下逸出的现象。特点：对阴极的冷却作用较小。3）光发射：光幅射作用下产生的电离。实际电弧中产生光发射的可能性很小。4）粒子碰撞发射：高速运动的粒子碰撞到阴极上导致的发射。（三）负离子的产生中性离子与电子结合的过程，是一个放热过程，所放出的热被成为电子亲和能。A+eA + W要点：1）电离能高的原子易形成A2）交流电弧过零时，易形成3）易在电弧周边形成4）不利于电弧稳定（四）扩散与复合扩散：电弧中心处A+、e较多，e易向周边运动

24、。当周边电子浓度达到一定值后，在e吸引下，A+也向周边运动。从而在周边复合A+eA+WiA+A2A+Wi三）电弧各区域的导电机构（一）区域组成由阴极区、阳极区、弧柱三部分组成。1、阴极区：长度极短、电压较大、E（电场强度）极高2、阳极区：长度也极短、电压较大、E极高弧柱区长度基本上等于电弧长度，E较小（二）弧柱区的导电机构所谓导电机构就是指带电粒子产生、运动方式。带电粒子的产生1）电离：热电离 光电离 电均电离2）阴极区注入的电子3）阳极区注入的正离子带电离子的运动A+冲向阴极正离子流IA+e冲向阳极电子流IeI=IA+Ie其中：IA+ = 0.1%I Ie = 99.9%I特点：1）电中性；

25、2）E小、Vo小（三）阴极区的导电机构阴极区的作用1）向弧柱提供电子流2）接收由弧柱而来的正离子流导电机构1）热发射型A、产生条件：W、C阴极，且I很大B、特点：无阴极区、无阴极压降VkC、带电粒子的产生方式：热发射2）电场发射型导电机构条件：（1）W、C阴极、且I较小（2）AI、Fe、Cn作阴极带电离子产生方式：（1）场发射（2）场电离 （3）热发射 （4）碰撞发射特点：（1）阴极附近存在正电荷区阴极区（2）fe0.001I（3）阴极区断面收缩（4）阴极表面上产生阴极斑点3）等离子型导电机构A条件：1）W、C阴极，且I较小：或AI、Fe、Cu阴极；且UkPk（DCSP时）MIG焊：PkPAP

26、k受多种因素影响，而PA则不（二）干伸长度上的电阻热干伸长度：焊丝伸出导电嘴之外的长度LsPR=I2 RS =Ls/S影响因素：钢焊丝的PR大，因此干身长度的电阻热之影响较大铝、铜PR小LsdSPR（三）总热源P = Pa + PR= I（Um+IRs）式中：焊丝接阴极时，Um=（Uk-Uw）焊丝接阳极时，Um=Uw二）、影响熔化速度、熔化系数的因素（一）基本概念熔化速度Um：单位时间内焊丝的熔化量单位：g/s cm/s熔化系数m：单位时间内，由单位电流所熔化的焊丝量（长度，重量）单位：g/A.S Cm/A.S（二）影响因素1、电流电流越大，熔化速度越大。Um= K I（Um+IRs）m =

27、Um /I= K（Um+IRs）显然：1）I增大，Um增大2）对于Al焊丝，m几乎与I增大，对于钢焊丝，m随着I的增大而增大。2、电压Ua（La）大时，Um与Ua无关Ua（La）较小时，Ua下降时m 增大（如I不变则Um），使电弧具有保持弧长稳定的能力固有自调节作用：弧长较短时，Um随La下降而增大，使得电弧具有保持稳定的能力，这种能力被成为固有自调节作用。3、焊丝的极性焊丝接负时，Um较大焊丝接正时，Um较小4、气体介质焊丝接阳极时：Um=K Rm=K I Uw与气体介质无关焊丝接阴极时：Um=K I（Uk-Uw）Uk与气体介质有关，因此气体介质影响熔化速度，例如在Ar中加CO2可使Um增大

28、5、电阻热钢焊丝：ds越长，电阻热的影响越大铝焊丝，电阻热很小，影响不大2-2熔滴过渡和飞溅一）、基本概念熔滴过渡：焊丝端部的熔化金属以滴状进入熔池的过程。飞溅：熔化的焊丝金属飞到熔池之外的现象。二）、熔滴上的作用力（一）表面张力1、焊丝与熔滴间的表面张力F，阻碍过渡，将熔滴保持在焊丝上。F=2Rs式中：为表面张力系数，Rs为焊丝半径。2、短路过渡时，熔滴与工件间的表面张力 促进过渡F=2RP影响的因素：1）材料类型，例如，铁的表面张力系数大于铝2）温度，温度上升，表面张力系数降低3）表面活性物质，如钢液中有S或O时，表面张力系数会降低。（二）重力熔滴的重力Fg=mg=r熔滴半径密度作用：1）

29、平焊时促进过渡2）立焊，仰焊时阻碍过渡（三）电磁收缩力电流线通过熔滴时的电磁收缩力当Sb（斑点面积）Ss时,电磁线在熔滴中发散,F推向下,促进过渡。（四）斑点力其作用亦与斑点面积有关：1）Sb较大时，促进过渡2）Sb较小时，阻碍过渡（五）爆破力熔滴爆破时，爆破力指向四面八方，即促进过渡，又导致飞溅（六）等离子流力从焊丝指向工件，总是促进过渡二）、熔滴过渡的主要形式及特点（一）自由过渡熔滴脱离焊丝，由电弧空间进入熔池。1、滴状过渡1）大滴过渡特点：（1）aD=g（2）轴向（3）dDds2）大滴排斥特点：（1）aD=g（2）非轴向，有飞溅（3）dD ds2、细颗粒过渡，出现在CO2焊中特点：（1）

30、aDg（2）非轴向（3）DDg（2）dDds（3）轴向性好（4）一次一滴2）射流特点：（1）aDg（2）dD485、熔合比：母材金属在焊缝中的含量调整r可调整焊缝化学成分，改善性能。一般通过开口二）、影响焊缝形状尺寸的因素（一）焊接电流IaIa增大，H增大，a增大，B基本不变1、IaFa热源下移Hq= IU HH=km I2、Ia但潜入工件深度大，限制了r有效增大，B基本不变。减小。3、Ia，焊丝熔化量增加，B不变， a（二）电弧电压Ua q增加不多，增大，qm减小，因此，B、增大，H、a较小通常，Ia选定后，Ua也基本上定下来了。总是根据板厚选Ia，再由Ia选定Ua。（三）焊接速度将q/w

31、定义为线能量，即单位长度的焊缝上输入的热量。w增大时，q/w减小，H、B、a等均减小为了促进生产率，应提高w ，但为了保证焊透，应同时提高Ia，即采用大电流高速焊，这种方法易引起咬边。通常采用双弧焊或多弧焊来提高焊接速度。（四）电流的种类及极性TIG：PAPKBDCSPBACBDCRPHDCSPHACHDCRPMIG、CO2、SAW等：PAPKBDCSPBACBDCRPHDCSPHACHDCRP（五）电极形状、尺寸、伸出长度TIG焊：dww qmHB变化不大熔化焊：dslsqmH、aB（六）坡口、间隙用于增大H，调整熔合比，改善结晶条件。坡口、间隙越大，a（七）电极倾角前倾：电弧下液态金属厚，

32、电弧潜入深度小，所以HBa后倾：相反（八）工件倾角下坡焊：重力阻止液金后排，电弧潜入深度减小，HaB上坡焊：相反（九）工件材料1、比热容C：C，Vm，则H及B2、密度：则H3、板厚：当H0.6时，无影响（十）焊剂、药皮及气体焊剂：稳弧性差EBH大压力大EH颗粒度小压力大EH气体：导热性高、解离严重 弧柱收缩EH3-3焊缝缺陷主要有：气孔、裂纹、夹渣、未焊透、未熔合、烧穿、咬边、焊瘤一）、未焊透熔焊时，接头根部未完全焊透的现象。最易发生在短路过渡CO2焊中。原因：1、Ia太小2、w太大3、坡口尺寸不合适二）、未熔合熔焊时，焊道与焊道间或焊道与母材间未完全熔化结合的部分叫未熔合。原因：1、高速大电

33、流焊2、上坡焊三）、烧穿熔焊时熔化金属自焊缝背面流出，形成穿孔的现象叫烧穿。原因：1、Ia过大2、焊接速度过小3、坡口尺寸过大四）、咬边沿焊趾的母材部位烧熔成凹陷或沟槽的现象叫咬边。原因：1）大电流高速焊2）角焊缝、焊脚过大或Ua过大五）、焊瘤熔焊时熔化金属流淌到焊缝以外未熔合的母材上形成金属瘤的现象叫焊瘤。原因：1、坡口尺寸小2、Ua过小3、干伸长度太大六）、凹坑焊缝表面低于母材表面的部分叫凹坑。原因：1）Ia太大2）坡口尺寸太大七）、塌陷焊缝表面塌陷，背面凸起的现象。原因：1）Ia太大2）焊接速度太小第四章 手工焊条电弧焊一、基本要求1、了解焊条电弧焊的原理及特点2、掌握常用弧焊电源的类型

34、及对弧焊设备的要求3、了解焊条电弧焊的辅助工具4、掌握焊条电弧焊工艺的特点及工艺参数的选择5、掌握焊条电弧焊的基本操作技术二、重点1、常用弧焊电源的类型及对弧焊设备的要求2、焊条电弧焊工艺的特点及工艺参数的选择3、焊条电弧焊的基本操作技术四、难点1、手弧焊的焊接焊接参数自动调节原理及方法2、手弧焊工艺的掌握五、学时数7学时六本章要点4-1焊条电弧焊的原理及特点一、焊条电弧焊的基本原理焊条电弧焊通常用英文简称SMAW（Shielded Metal Arc Welding）表示。焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。 焊条电弧焊的过程如图所示：气渣联合保护的熔化焊。 二、焊条电弧焊的特点

35、1焊条电弧焊具有以下优点：（1）操作灵活，适应性强。 设备简单，不受焊缝空间位置、接头形式及操作场合的限制。（2）对焊接接头的装配要求低。（3）可焊材料广，常用于低碳钢、低合金结构钢的焊接。 2焊条电弧焊具有以下缺点：（1）生产率低，劳动强度大。（2）焊缝质量依赖性强4-2焊条电弧焊设备及工具目的与要求：掌握焊条电弧焊设备的种类、性能特点，了解常用工具的选与使用。 弧焊工艺要求焊接电源有如下特点：保证引弧容易保证电弧稳定保证焊接规范稳定具有足够宽的焊接规范调节范围一、对焊条电弧焊设备的要求（难点）1、对外特性形状的要求 陡降的外特性电源：对负载提供电能的装置弧焊电源是对焊接电弧提供电能的装置电

36、源外特性：电源内部参数一定的情况下，改变负载时，电源输出的电压的稳定值Uy与输出的电流的稳定值Iy之间的关系曲线Uy=f(Iy)称为电源的外特性直流时，Uy和Iy为平均值，交流电源则为有效值。陡降特性稳定，但短路电流小，不利于引弧，提出外拖特性焊接电源。2、对空载电压的要求 交流5570V 直流4585V电源空载电压的要求保证引弧容易：引弧时，需要焊条或焊丝与工件接触，因两者之间往往存在锈污等杂质，需要高的空载电压击穿接触面，实现导通；电离在初始阶段需要高的电场。规则：在保证引弧容易和电弧稳定的条件下，采用尽可能低的空载电压。交流弧焊电源：U0=5570V直流弧焊电源：U0=4585V一般规定

37、空载电压不得超过100V，特殊情况下，要超过100V，必须具有自动防触电装置。保证电弧稳定燃烧：U0(1.82.25)Uf保证电弧的功率稳定性：2.5U0/Uf1.57经济性：材料多、质量大、效率低保证人身安全。3、对电流调节特性的要求 电流比较小，空载电压比较低，调节不理想，主要是小电流时，空载电压低，不易引弧和保证电弧稳定燃烧空载电压不变，依靠调节陡降程度来调节电流，效果比较好空载电压随着电流的增大而减小。4、对动特性要求 （动态响应特性）动特性：电弧负载发生变化时，焊接电源输出电压和电流的响应过程。可以用弧焊电源与时间的关系表征，他表明焊接电源对负载的瞬态改变的适应能力。动特性好：引弧、

38、重新引燃电弧容易、稳定、飞溅少二、常用焊条电弧焊机简介（重点）1、弧焊变压器（交流弧焊机）（BX系列）动铁（芯）式 动圈（绕组）式 抽头式2、直流弧焊发电机（AX系列） （已淘汰）直流弧焊发电机直流弧焊发电机是由一台电动机和一台弧焊发电机组成的机组。特点：耗电量大，用材料多，噪音。国家规定停止生产该类焊机。3、弧焊整流器 （1）硅弧焊整流器（ZXG系列）（2）晶闸管式焊整流器（ZX5系列）4、弧焊逆变器（ZX7系列）4-3焊条电弧焊工艺一、焊接接头形式、坡口和焊缝1、接头形式 对接接头：两焊件端面相对平行的街头。T型接头：一焊件表面与另一焊件面构成直角或近似直角的接头。角接街头：两 钢板端面构

39、成大于30度小于135度夹角的接头。搭接街头：两 钢板部分重叠构成的接头。2、坡口：焊透 调熔合比3、焊缝的空间位置 二、焊接工艺参数及选择（重点、难点）焊接工艺参数的内容；、U、V1、焊条直径：2.0、3.2、4.0mm 选择依据：板厚、位置、层数、接头形式（原则：能大则大效率高）三、焊条电弧焊的基本操作技术 引弧(1)划擦法先将焊条对准焊件，再将焊条像划火柴似的在焊件表面轻轻划擦，引燃电弧，然后迅速将焊条提起2-4mm，并使之稳定燃烧， (2) 直击法将焊条末端对准焊件，然后手腕下弯，使焊条轻微碰一下焊件，再迅速将焊条提起24mm，引燃电弧后手腕放平，使电弧保持稳定燃烧。这种引弧方法不会使

40、焊件表面划伤，又不受焊件表面大小、形状的限制, 所以是在生产中主要采用的引弧方法。但操作不易掌握，需提高熟练程度。 2运条 运条是焊接过程中最重要的环节，它直接影响焊缝的外表成形和内在质量。电弧引燃后，一般情况下焊条有三个基本运动： 朝熔池方向逐渐送进 沿焊接方向逐渐移动 横向摆动 常用的运条方法 ： (1) 直线形运条法 (2) 直线往复运条法 (3) 锯齿形运条法 (4) 月牙形运条法 (5) 三角形运条法 (6) 圆圈形运条法3焊缝收尾 焊缝收尾时，为了不出现尾坑，焊条应停止向前移动，而采用划圈收尾法或反复断弧法等自下而上地慢慢拉断电弧，以保证焊缝尾部成形良好。 (1) 划圈收尾法焊条移

41、至焊道的终点时，利用手腕的动作做圆圈运动，直到填满弧坑再拉断电弧。该方法适用于厚板焊接，用于薄板焊接会有烧穿危险。(2) 反复断弧法焊条移至焊道终点时，在弧坑处反复熄弧、引弧数次，直到填满弧坑为止。该方法适用于薄板及大电流焊接，但不适用于碱性焊条，否则会产生气孔。(3)转移收尾法焊条移到焊缝终点时，在弧坑处稍作停留，将电弧慢慢拉长，引导焊缝边缘的母材坡口内。适用于碱性焊条，在焊条的更换，临时停弧时常用。第五章 埋弧焊一、基本要求1、了解埋弧焊特点及应用2、熟练掌握埋弧焊的治金特点3、掌握自动焊的焊接焊接参数自动调节原理及方法4、了解埋弧焊焊机的分类及基本原理5、熟练掌握埋弧焊工艺二、基本概念固

42、有自调节、自调节、弧压反馈调节、C曲线等三、重点1、埋弧焊的治金特点3、自动焊的焊接焊接参数自动调节原理及方法4、埋弧焊焊机的分类及基本原理5、掌握埋弧焊工艺四、难点1、自动焊的焊接焊接参数自动调节原理及方法2、埋弧焊焊机电气工作原理七、辅助资料中国机械工程学会焊接学会. 焊接手册（第一卷）. 北京：机械工业出版社，1992曾乐. 现代焊接技术手册. 上海：上海科学技术出版社，1993殷树言，张九海，气体保护焊工艺，哈尔滨工业大学出版社，1989。五、学时数7学时六、参考资料姜焕中等编. 电弧焊及电渣焊. 北京：机械工业出版社，1994七、辅助资料中国机械工程学会焊接学会. 焊接手册（第一卷）

43、. 北京：机械工业出版社，1992曾乐. 现代焊接技术手册. 上海：上海科学技术出版社，1993殷树言，张九海，气体保护焊工艺，哈尔滨工业大学出版社，1989。八本章要点5-1埋弧焊的特点及应用一）、埋弧焊的特点焊剂下燃烧，依靠熔渣保护，效果好。1、优点1）生产率高，因为：a）电流密度大，b）大 2）焊缝质量好，因为：a）熔渣的保护效果好，b）焊接参数稳定；3）劳动条件好劳动强度低，无弧光辐射。2、缺点仅用于平焊不能焊Al、Ti等活泼金属只能焊长焊缝只适于厚板E大、电流小时电弧不稳二）、应用1、适用的材料低碳钢，HSLA，st-st，耐热钢，Cu等。2、部门造船、锅炉、压力容器、机车等5-2埋

44、弧焊的冶金特点一）、焊剂、焊丝及其配合（一）焊剂1、作用：1）保护2）稳弧3）冶金、脱氧及合金化2、要求：1）良好的冶金性能2）良好的工艺性能 a）稳定燃烧 b）易脱渣c）成形好3、焊剂的分类及常用焊剂1）按制造方法分类：a）熔炼焊剂b）非熔炼：烧结、陶质2）按成分分类MnO：无锰焊剂 MnO30%SiO2：低硅焊剂 SiO230%焊剂牌号焊剂XXX焊剂431高锰高硅低氟焊剂（二）焊丝一般用焊接用钢丝，与焊条钢芯相同d=1.66mm对于低碳钢：H08Mn H08MnA（三）焊剂和焊丝的选用合适匹配，才能保证焊缝化学成分，保证性能。低碳钢：高锰高硅焊剂 + H08Mn或H08MnA低锰或五锰焊剂

45、+ H08MnA或H10Mn2 HSLA中锰中硅焊剂+与母材等强度的焊丝低锰中硅焊剂耐热钢不锈钢中硅焊剂+与母材成分相当的焊丝或低硅焊剂二）、埋弧焊的冶金反应冶金反应指熔渣与液金及气体之间的反应。以低碳钢为例讨论冶金反应。选用H08MnA及焊剂431。1、Si、Mn还原反应（SiO2）+2Fe = 2（FeO）+Si+G（MnO）+ Fe =（FeO）+Mn+G G0，即反应为吸热反应 FeO大部分进入渣 Si、Mn进入熔池，合金化1）反应方向熔池前部，焊丝端部熔滴，过渡中的熔滴这三个区域均向右进行，反应程度依次加强；熔池尾部温度低，反应向左进行总反应结果为还原，因为：a）尾部存在时间短。b）

46、温度低、速度快。c）熔池中FeO很少。2）影响因素焊剂成分焊剂中SiO2量增大，Si（过渡的Si量）增大，Mn降低焊剂中MnO量增大，Mn（过渡的Mn量）增大（SiO2）+2Mn Si+2（MnO）焊丝中的Si、Mn含量焊丝中Si含量增大，Si减小，Mn增大焊丝中Mn含量增大，Mn减少，si增大焊剂碱度碱度增大，自由态MnO含量增大，Mn碱度增大，自由态SiO2含量减小，Si焊接规范a）Ia：Ia，熔渣量减少，Si Mnb）Ua：Ua，熔渣量增大，Si Mn2、碳的烧损埋弧焊焊接区内为弱氧化性，C被氧化C+O = COC+FeO = Fe+CO2C+（SiO2） = Si+2COCO逸出时对熔

47、池有搅拌作用，有利于H折出影响因素：焊丝母材中的含碳量Si抑制烧损，镇静熔池3、杂质S、P的限制严格限制焊剂中S、P含量。S热裂纹，由共晶Fe+FeSP降低低温韧性4、去除熔池中的H工艺措施：去除油污、水分、铁锈。冶金措施结合成HF利用CaF2CaF2 = CaF+F2CaF2+2SiO2 = 2CaSiO3+SiF4SiF4 = SiF+3FF+H=HF结合成OH利用MnO、MgO、SiO2等MnO+H = Mn+OHMgO+H = Mg+OHSiO2+H = Si+OHCO2+H = CO+OH5-3埋弧焊的自动调节系统自动焊：引弧、焊接、熄弧均自动实现的焊接方法自动焊的基本特征：1）自动

48、送丝、自动抽丝送丝电机拖动滚轮自动抽丝。2）电弧自动行走小行电机拖动。3）焊接参数自动调节Ia、Va、w本节讨论的重点一）焊接速度的自动调节任何自动化焊接方法均是利用电机拖动焊接小车、胎夹具或工件来进行焊接的，焊接速度直接由拖动电机决定，因此焊接速度的自动调节问题就是电机转速自动调节问题。自动弧焊机一般采用直流拖动系统，而直流拖动系统几乎都是采用转子调压式调速方法。引起电机转速波动的主要因素是电网电压波动及拖动负载的波动。为了克服这两个干扰因素，维持转速恒定，通常采用电枢电压负反馈、电势负反馈、电枢电流正反馈、测速发电机负反馈等进行控制。二）焊接电流及电弧电压的自动调节（一）影响Ia、Va的因

49、素Ia、Va由静态工作点决定，即由电弧静特性与电源外特性决定。凡影响这两个特性曲线的因素，均影响Ia、Va1、电弧静特性影响因素1）弧长波动：a）送丝速度波动b）焊距工件间距变化2）弧柱气氛变化，E变化2、电源外特性的影响因素网压波动元件的性能变化以上因素中弧长变化影响最大，原因：1）La本身很短，10mm左右；2）易发生波动；3）E较大。因此Ia、Va恒值控制转化为弧长的恒值控制问题。弧长的自动调节方式有两种：等速送丝调节系统的自身调节及均匀送丝系统的电弧电压反馈调节。（二）、电弧自身调节电弧自身调节调节作用适用于细丝。采用这种调节作用进行调节时，焊丝以恒定的速度送进，弧长波动时，熔化速度发

50、生变化，依靠熔化速度的变化调节弧长，使其恢复到原来的长度。弧长调节原理如图4-1所示1。弧长减小时电弧静特性曲线下移，电弧的工作点由稳态的O0变为瞬态工作点O1，焊接电流增大，焊丝熔化速度加快，从而使弧长逐渐增大，回到原来的数值。显然，这种调节的灵敏度取决于单位弧长变化所引起的焊丝熔化速度变化量，该变化量越大，灵敏度越大。电弧稳定燃烧时，熔化速度（m）等于送丝速度（f），而且弧长保持稳定，熔化速度（送丝速度）与电流及电压之间的关系如图4-2所示，该曲线被称为等熔化曲线，也称为等速送丝系统的静特性曲线。在不同的弧长范围，熔化速度与电流及电压的关系不同，其调节原理也由所不同。 图1-3-3 弧长波

51、动时电弧工作点的移动2图1-3-4 等熔化曲线1弧长较大（AB段）时，熔化速度仅与电弧电流有关：m =kiI （ki为熔化速度随电流变化的系数，取决于焊丝的电阻率、干伸长度及直径）；弧长波动引起的熔化速度变化量为m =ki I。在这种情况下，弧长波动引起的熔化速度的变化主要是由电弧电流的变化引起的，调节灵敏度主要决定于ki及弧长发生波动时引起的I。采用平特性或缓降特性的电源时，同样的弧长波动引起的I较大，调节灵敏度较大，而且采用平特性或缓降特性的电源时，弧长自动调节的精度也较高。因此，弧长较大时，等速送丝系统通常匹配平特性或缓降特性电源。由于焊接电流一定时，ki随焊丝直径的增大而减小，焊丝直径

52、较粗时，电弧自身调节灵敏度很小，因此弧长自动调节仅适用于细丝，不适用于粗丝。弧长较短（BC段）时，熔化速度与电弧电流及电弧电压均有关：m =kiI - kuU（ku为熔化速度随电压变化的系数），弧长波动引起的熔化速度变化量m =ki I - ku U，由于弧长较短时，ku非常大，因此，即使采用恒流特性的电源（I =0），弧长波动时仍能引起足够大的m，具有足够大的灵敏度。而且，采用恒流特性电源时具有很好的焊接工艺性能，因此短弧时，等速送丝系统通常匹配恒流特性电源。在这种情况下，熔化速度的变化是由弧长波动本身引起的，对电源的外特性无任何要求，因此这种调节作用称为固有自调节作用。它是自调节作用的一种

53、特殊形式。值得指出的是，钢焊丝的等熔化曲线没有BC段，因此没有固有自调节作用。只有以铝焊丝作电极的气体保护电弧才有自调节作用，铝焊丝MIG焊的亚射流过渡正是采用了这种调节作用。埋弧焊电弧没有这种固有自调节作用。2、弧压反馈调节焊丝较粗时，电弧自调节灵敏度很低，不能保证弧长稳定。此时应采用弧压反馈调节系统。这种调节方式通过弧压反馈来控制送丝速度，利用送丝速度作为调节量来调节弧长。送丝速度f与电弧电压的关系为：f = k（Ua-Ug）其中k为弧压反馈深度，Ua为电弧电压。Ug为给定电压。当弧长增大时，送丝速度增大，单位时间内送出的焊丝长度大于熔化的焊丝长度，从而迫使弧长逐渐缩短，恢复到原来的长度。

54、反之，如果弧长变短，电弧电压减小，送丝速度减小（甚至回抽），单位时间内送出的焊丝长度小于熔化的焊丝长度，弧长逐渐变长，回到原来的长度。显然，弧压反馈灵敏度取决于单位弧长变化量所引起的送丝速度变化量，而弧长的变化量可用下式表示：f = k Ua弧压反馈深度k越大，弧压反馈调节的灵敏度越大；电弧电场强度越大时，同样的弧长波动引起Ua的越大，调节灵敏度就越高。采用陡降特性的电源时，同样的弧长波动引起的Ua比也缓降特性电源引起的Ua大，调节灵敏度较高。因此，弧压反馈调节系统通常采用陡降特性的电源。5-4埋弧焊工艺埋弧焊工艺包括：焊前准备、选择与母材匹配的焊丝与焊剂、选择正确的焊接工艺参数及热处理规范等

55、。（一）焊前准备焊前准备包括： 1、坡口加工埋弧焊的坡口形式与尺寸可参照GB896-88确定。见表4-1表4-1坡口加工要求板厚小于14 mm1244 mm大于44mm坡口不开坡口V形或U形坡口双V形或双U形坡口坡口可用刨边机、车床、气割机等设备加工。2、待焊部位的清理焊前应将坡口以及坡口两侧2050mm区域内的铁锈、氧化皮、油污、水分等清理干净。对于小型焊件，坡口及其附近的氧化皮及铁锈可用砂布、钢丝刷、角向磨光机打磨；对于大型焊件，通常采用喷砂、抛丸等方法处理。油污及水分一般用氧-乙炔火焰烘烤。3、焊件的装配焊件的装配要求较高，必须保证间隙均匀、高低平整且不错边。除此之外，还应注意以下几点：

56、（1）定位焊缝采用手工电弧焊或气体保护焊进行焊接，定位焊缝原则上应与母材等强，且应平整，无气孔、夹渣等缺陷，长度一般应大于30mm。（2）直缝两端加装引弧板与熄弧板，焊后再割掉，其目的是使焊件上的焊缝截面尺寸保持稳定，并去掉引弧和收弧位置处出现的缺陷。4、焊接材料的清理埋弧焊丝与焊剂参与焊接冶金反应，对焊缝的成分、组织和力学性能影响极大，因此，焊前应加强焊丝清理，并烘干焊剂。目前市售的焊丝一般有防锈铜镀层。使用前，应注意去除掉焊丝表面的油及其它污物，以防止氢气孔。如果所用的焊剂无防锈铜镀层，焊前还应去除焊丝表面的铁锈及氧化皮等。焊剂使用前应按要求烘干。酸性焊剂应在250C下烘干，并保温12小时

57、。限用直流的高氟焊剂必须在300C400C下烘干，保温2小时。烘干后应立即使用。（二）、焊接工艺参数的选择埋弧焊的工艺参数包括：焊接电流、电弧电压、焊接速度等。1焊接电流焊接电流是决定焊缝熔深的主要因素。其他条件不变时，焊接电流增大，焊缝的熔深H及余高a均增加，而焊缝的宽度变化不大。正常情况下，焊接电流与熔深间成正比关系：H = kmIkm为电流系数，决定于电流种类、极性及焊丝直径等。表4-2给出了各种条件下的km值。表4-2各种条件下的km值焊丝直径/mm电流种类焊剂牌号km值（mm/100A）T形焊缝及开坡口的对接焊缝堆焊及不开坡口的对接焊缝5交流HJ4311.51.12交流HJ4312.

58、01.05直流正接HJ4311.751.15直流正接HJ4311.251.05交流HJ4301.551.15因此，焊接电流应根据熔深要求首先选定。增大焊接电流可提高生产率，但焊接电流过大时，焊接热影响区宽度增大，并易产生过热组织，从而使接头韧性降低；此外电流过大还易导致咬边、焊瘤或烧穿等缺陷。焊接电流过小时，易产生未熔合、未焊透、夹渣等缺陷，使焊缝成形变坏。2电流种类与极性采用直流反接时，熔敷速度稍低，熔深较大。焊接时一般情况下都采用直流反接。采用直流正接时，熔敷速度比反接高30%50%，但熔深较浅，降低了熔敷金属中母材的百分比。特别适合于堆焊。母材的热裂纹倾向较大时，为了防止热裂，也可采用直

59、流正接。采用交流进行焊接时，熔深处于直流正接与直流反接之间。3电弧电压电弧电压对熔深的影响很小，主要影响熔宽，随着电弧电压的增大，熔宽增大，而熔深及余高略有减小。为保证电弧的稳定燃烧及合适的焊缝成形系数，电弧电压应与焊接电流保持适当的关系。焊接电流增大时，应适应提高电弧电压，与每一焊接电流对应的焊接电压的变化范围不超过10V（图中阴影部分）。当电弧电压取下限时，焊道窄；取上限时，焊道宽。若电弧电压超出该合适范围，焊缝成形将变差。电弧电压除对焊缝成形有影响外，还会改变熔敷金属的化学成分。当电弧电压增加时，焊剂的熔化量增加，熔渣和液态金属重量间的比值增大，过渡到熔敷金属中的合金元素会有所增加。4焊

60、接速度焊接速度对熔深及熔宽均有明显的影响。焊接速度增大时，熔深、熔宽均减小。因此，为了保证焊透，提高焊接速度时，应同时增大焊接电流及电压。但电流过大、焊速过高时易引起咬边等缺陷。因此焊接速度不能过高。5焊丝直径及干伸长度电流一定时，焊丝直径越细，熔深越大，焊缝成形系数减小。然而对于一定的焊丝直径，使用的电流范围不宜过大，否则将使焊丝因电阻热过大而发红，影响焊丝的性能及焊接过程的稳定性。不同直径焊丝的许用电流范围见表4-3。表4-3 不同直径焊丝的焊接电流范围焊丝直径/mm23456电流密度/Amm-2631255085406335502842焊接电流/A20040035060050080070