焊接方法及设备课件

第一篇焊接方法及设备第一篇焊接方法及设备1第一章 电弧焊基本知识

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、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。第一章 电弧焊基本知识

一 基本要求2§1-1 焊接电弧

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。§1-1 焊接电弧

一）电弧的基本概念3+-电弧UaIa电弧放电辉光放电暗放电暗放电自持放电非自持放电UI导体导电+-电弧UaIa电弧放电辉光放电暗放电暗放电自持放电非自持放4二） 带电粒子的产生过程产生方式：电离： 气体中性原子或分子（A）分离为正离子 （A+）和电子（e）的过程。电子发射： 金属表面逸出电子的现象

（一）电离与激励

1、电离：在一定条件下中性原子或分子分离成A+及e的现象。 A→A++e-Wi 电离能：原子或分子电离所需要的能量单位为J或ev 电子伏：一个电子被1V的电压所加速得到的能量。 电离电压：电离能/电子带电量。一次电离：A→A++e二次电离：A+→A+++en次电离：A（n-1）+→An++eA++Ae二） 带电粒子的产生过程A++Ae5多原子分子的电离：多原子分子电离能小于对应原子的电离能，因此，一般先分解为原子后再电离。只有NO的电离能小于N和O的电离能，因此可直接电离。多原子分子的电离：62、 激励：气体原子得到的一定的能量，虽然小于Wi，但可 使电子从低能级跃迁到高能级。这种现象叫激励。激励能：所需的最小外加能量叫激励能We。激励能电压：激励能We/e。

3、能量传递方式1） 碰撞：粒子间通过相互碰撞而交换能量 弹性碰撞：仅发生动能再分配 非弹性碰撞：交换的能量→势能，从而导致电离或激励。2） 光幅射：在光的辐射下，中性粒子直接吸收光量子 的能量。AA+A-eAAeheUi2、 激励：气体原子得到的一定的能量，虽然小于Wi，但可 使74、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，接收电子能量而电离。

电离度：电离了的粒子数量与电离前离子数量之比。 0.01%0.12%

热解离：在热量的作用下，多原子分子分解为原子。 解离能：分子热解离所需要的能量2） 电场作用下的电离：A+、e在电场作用下被加速、与A碰撞 使其电离的过程。 主要是e的作用：电子获得的能量是A+的4倍。

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，电弧波长包括红外线、紫外线 可见光、可使AI、K、Na原子光电离。但不能使Ar、He、Fe 等电离。4、电离的分类：8（二）电子发射

1、基本概念1） 电子发射：电子从金属表面逸出的现象。 对电弧导电起作用的主要是阴极的发射。2） 逸出功（Ww）：电子发射所需的最小能量。3） 逸出电压：Ww/e 物理意义：Ww越小，引弧越容易，电弧稳弧性越好。4）Ww主要影响因素： 材料种类，K、Na之Ww较低。 表面状态：有氧化物时，逸出功降低 加入杂质，例如，钍、铈及镧等可降低Ww。

-（二）电子发射-92、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。可提高W极的载流能力。

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：对阴极的冷却作用很小。

3）光发射：光幅射作用下产生的发射。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A+碰撞到阴极上导致的发射。库仑力—2、分类库仑力—10（三）负离子的产生中性粒子与电子结合的过程，是一个放热过程，所放出的热量被称为电子亲和能。A+e→A-+W注意：1）亲和能高的原子易形成A-，但高温下不利于放热反应。2）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。

因此电弧中含有F、Cl等元素时，电弧不稳定。（四）扩散与复合扩散：电弧中心处A+、e较多，e易向周边运动。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++e→A+WiA++A－→2A+WiA-Ae+A＋+AAe（三）负离子的产生A-Ae+A＋+AAe11三） 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3、弧柱区长度基本上等于电弧长度，E较小UA UCUK阳极区阴极区弧柱-+10-510-6cm10-210-4cm三） 电弧各区域的导电机构UA UCUK阳极区阴极区弧柱-12（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。1、带电粒子的产生 1）电离：热电离光电离电场作用的电离 2）阴极区注入的电子 3）阳极区注入的正离子2、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Ie

I=IA++Ie 其中：IA+=0.1%I

Ie=99.9%I3、特点： 1）电中性； 2）E小、Ua小IA+IeI（二）弧柱区的导电机构IA+IeI13三）、阴极区的导电机构1、阴极区在导电过程中的作用 1)产生弧柱区导电所需要电子流Ie=0.999I 2)接收弧柱区来的正离子流IA+=0.001I由于阴极材料种类、电流大小以及电弧气体介质不同，阴极区可分为：2、热发射型导电机构 1）产生条件：W、C阴极，且电流很大 2）带电粒子的产生方式：热发射 热阴极：弧柱导电所需要的电子可完全由热发生来产生的 阴极。 冷阴极：热发射能力不足的阴极。 热阴极材料：熔点高的材料

冷阴极材料：熔点低的材料。

3）特点：无阴极区、无阴极压降Vk

三）、阴极区的导电机构143、电场发射型导电机构1)

条件：（a）W、C阴极、且I较小 （b）Al、Fe、Cu作阴极2)

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3、电场发射型导电机构15++++++++++++++++++++++------+++++-----Uk阴极区弧柱区电场发射型导电机构阴极热发射场发射碰撞发射场电离0.999I++++++++++++++++++++++------++16c)

特点： （1）阴极附近存在—正电荷区—阴极区 （2）阴极区断面收缩 （3）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 2） 电压较小，Uk<UiB、带电粒子产生方式：热电离C、特点：同上c)

特点：17（四）阳极区的导电机构1、阳极区在导电过程中的作用 1)接收弧柱区来的电子流Ie=0.999I 2)产生弧柱区所需要的正离子流IA+=0.001I

2、热电离 1）产生条件：I较大 2）带电离子产生方式：热电离 3）特点： a)阳极压降小，甚至为0 b)不存在阳极斑点。

3、电场作用下的电离 1）产生条件：I较小 2）带电粒子的产生方式：热电离、场电离 3）特点：a）有阳极区，发生收缩 b)Ua较大 c)有阳极斑点（四）阳极区的导电机构18----------------++-++++++++++++------------UA阳极区弧柱区阳极压降的形成+----------------++-+++++++++++19（五）阴极斑点与阳极斑点1、阴极斑点：阴极上导通电流的一些灼亮的弧立点。1) 产生条件： a、W、C阴极且I很小 b、AI、Fe、Cu作阴极2) 某点充当阴极斑点的条件 a、电弧通过该点时耗能最小 b、该点能发射电子3）特点 a）电流密度大、温度高 b）跳跃性及粘着性 c）存在斑点力：蒸发反力、A+的撞击力 d）自动寻找氧化膜，该点对于铝、镁及其合金的焊接是 非常重要的，见后面的阴极雾化作用。（五）阴极斑点与阳极斑点20--+焊接方向-+AAB焊接方向粘着性跳跃性--+焊接方向-+AAB焊接方向粘着性跳跃性212、阳极斑点1）产生条件：I很小2）点充当阳极斑点的条件 a）通过该点导通电流时，耗能最小 b）易蒸发，产生金属蒸气3）特点： a、电流密度大、温度高 b、粘着性、跳跃性 c、避开氧化膜 d、斑点力，阳极斑点力小于阴极斑点力2、阳极斑点22四） 最小电压原理电流一定、周围条件一定时，稳定燃烧的电弧各导电区的半径（温度）应使电弧电场强度最小，即电弧电压最小。该原理有两个方面的含义：1、电场强度是温度或电弧断面半径的函数

E=f（T） E=f（r）2、电弧半径稳定值r*由E的最小值E*确定ErR*E*四） 最小电压原理ErR*E*23§1-2焊接电弧中的能量平衡及电弧力

一）、焊接电弧的产热机构（一）弧柱的产热机构电能→热能1、 本质：A+、e在电场作用下被加速、使其动能增大的过 程。其宏观表现即为温度上升→产热 由于运动速度，自由程度不同，A+、e得到的能量不同，TA+、Te、TA有可能不同。电子动能：定向运动动能—Ie 散乱运动动能—热运动，表现为热能。2、产热量

Pc=IaUa

主要用于散热损失—对流、幅射、传导。§1-2焊接电弧中的能量平衡及电弧力

一）、焊接电弧的产热24

3 影响因素 不仅取决于电流。 凡是影响Ua的因素均影响弧柱的产热。

（二）阴极区的产热1 本质：产生电子、接受正离子的过程中有能量变化，这些能量的平衡结果就是产热，由三部分组成： 1）电子逸出阴极时消耗能量：-IUw 2）电子进入弧柱前被电场（Ek）加速得到一部分能量： +IaUk 3）电子进入弧柱时带走的能量：-IUT（温度等效电压）2、产热公式 Pk=I（Uk-Uw-UT）3、作用： 用于加热阴极

25

（三）阳极区的产热机构1、 本质：接受电子、产生A+过程中伴随的能量转换，由三部分组成： 1）e被UA加速所得到的能量：+eUA 2）电子带来的逸出功：+IUw 3）电子带来的相当于弧柱温度那部分能量+IUw

2、产热公式 PA=I（UA+Uw+UT）3、作用 用于加热阳极

26二）、焊接电弧的热效率及能量密度（一）电弧总产热

Pa=PC+PA+PK=I（UC+UK+UA）=IaUa（二）有效功率、热效率系数 1 有效功率：用于加热工件和焊丝的功率QE 2 热效率系数：=QE/Pa 3 影响的因素： 1）焊接方法：TIG焊低、MIG、SAW高 2）焊接规范： 3）外部条件

（三）能量密度 1 单位有效加热面积上的热功率，单位为w/cm2 2 功率密度越高,H/B越大，焊接变形及HAZ越小。

气焊 电弧焊 激光 电子束 1-10 102-104 106-107 106-108

二）、焊接电弧的热效率及能量密度27三）、电弧的温度分布（一）电弧的轴向温度分布 影响温度分布的因素： 1、功率密度 2、电极材料 3、高熔点氧化物（二）弧柱温度分布1、轴向 1） 二电极尺寸相等时，轴向温度分布均匀 2） 二电极尺寸不等，轴向温度分布不均匀，靠 近尺寸较小的一端，温度较高。温度电流密度功率密度三）、电弧的温度分布温度电流密度功率密度28

2、径向中心轴附近温度高，周边低（三）影响弧柱温度的因素1、电流，Ia↑T↑2、气体介质：导热系数↑，热解离↑T↑3、电极材料4、拘束度_

2、径向_29+-弧柱的温度分布TTrL+-弧柱的温度分布TTrL30三）、电弧力1、电磁收缩力通过电弧（熔滴）的电流线之间的相互吸引力，对电弧或熔滴起着压缩作用，该力被称为电磁收缩力。1）圆柱形电弧电弧压力式中：I-电流，R-电弧半径，K-系数三）、电弧力电弧压力式中：I-电流，R-电弧半径，K-系数31流态导体中电磁收缩力的影响柱形导体中的电磁收缩力流态导体中电磁收缩力的影响柱形导体中的电磁收缩力32ALF推焊丝锥形电弧母材ALF推焊丝锥形电弧母材332、等离子流力F推引起的高温气体流（等离子流）所形成的力叫等离子流力作用： 1）促进熔滴过渡 2）导致指状熔深分布：轴线处大，周边小

3、斑点力由以下三部分组成，阴极斑点力大于阳极斑点力 1）带电粒子撞击力 阴：A+撞击大 阳：e撞击：小 2）蒸发反力 阴：T高，力大 阳：T低力小 3）电磁收缩力 阴：大 阳：小2、等离子流力34等离子流力等离子流力的分布FP等离子流力等离子流力的分布FP35FF斑Fmg斑点力FF斑Fmg斑点力364、爆破力仅产生于短路过渡中，短路小桥汽化爆断所产生的力

5、细熔滴的冲击力仅产生于MIG焊射流过渡，熔滴以很大的加速度冲击熔池，形成冲击力

二）、影响因素1、气体介质导热好，易解离的气体，电弧力，特别是斑点力较大。2、电弧电流及电压 电流增大，电弧力增大；电压增大，电弧力减小。

3、W极或焊丝直径 直径越小，力越大4、极性：TIG焊时，DCSP大；而MIG焊正好相反。4、爆破力37爆破力爆破力38焊接方法及设备课件39四）、电弧的极性及其选择方法四）、电弧的极性及其选择方法40 直流及交流电弧的特点一）直流电弧焊接电流基本保持不变，电流不会为零。稳定性好。直流正接（DCSP）：工件接正极直流反接（DCRP）：工件接负极二）、交流电弧正弧波交流电弧：电流为50H正弧波的电弧被称为交流电弧。方波交流电弧：电流为方波的电弧被称为交流电弧。与直流电弧基本相同 直流及交流电弧的特点一）直流电弧411、正弧波交流电弧特点： 1）周期性地过0点 2）再引燃再引燃电压Ur：再引燃所需的电压。小于引燃烧电压。

2、交流电弧的燃烧过程1）纯阻性回路 电弧—阻性元件，因此a、ia同相位，有熄弧时间te， 当te较大时，难以引燃2）感性回路利用电感的续流，蓄能及移相作用，可将te降为0焊接方法及设备课件42交流电源teU0UaIa纯阻性回路交流teU0UaIa纯阻性回路43t电源电压电弧电压电弧电流电源电压电弧电压电弧电流交流电源电感性回路t电源电压电弧电压电弧电流电源电压电弧电压电弧电流交流电感性443、交流电弧稳定燃烧的条件在回路中串一合适的电感3、交流电弧的加热及力的特点1）加热Pa不断变化，对工件的加热效果用有效热功率表示。 Wa=

UaIa -波形修正系数Ua、Ia-电压及电流有效值

2）电弧力的特点介于DCSP与DCRP之间，不易导致指状熔深.3）保护在相同的条件下，保护效果较差。3、交流电弧稳定燃烧的条件45§1-3 磁场对电弧的作用

一）、刚直性所谓刚直性是指电弧作为一柔软的导体抵抗外界干扰，力求保持电流沿焊条/焊丝轴向流动的能力。电弧自身磁场：电弧作为载流导体所产生的磁场。电弧的刚直性是由电弧的电磁场决定的，即电磁收缩力决定的。各运动的带电质点均受到指向焊条中心的力，该力使质点保持沿轴线流动。影响刚直性的因素：1）电流越大，刚直性越大；2）拘束度越大，刚直性大3）热解离导热性大刚直性大§1-3 磁场对电弧的作用一）、刚直性46++++++++++----------FF自身磁场对刚直性的影响 刚直性++++++++++----------FF自身磁场对刚直性47二）、磁偏吹1、 磁偏吹：电弧因周围磁力线不对称而偏向一侧的现象. 偏向：磁力线疏的一侧2、引起磁偏吹的原因 1）导线接法不合适 2）铁磁性物质 3）电弧到达工件边缘时3、交流电弧的磁偏吹较较小 原因： （1）涡流，涡流磁场低消原磁场 （2）电弧偏吹运动为机械运动，而交流电弧的不均恒磁场以50Hz的频率变化。二）、磁偏吹48+++-++--电流+F左F右磁偏吹+++-++--电流+F左F右磁偏吹49+++-++--电流+F左F右接线位置引起的磁偏吹++++--+-++++-++--电流+F左F右接线位置引起的磁偏吹++++-50+++-++--电流+F左F右磁性物质引起的磁偏吹----+++++-++--电流+F左F右磁性物质引起的磁偏吹----+51§1-4焊丝的熔化及熔滴过渡

要求1、 熟练掌握焊丝熔化速度、熔化系数、熔敷速度、熔敷效率、 熔敷系数、熔滴过渡及飞溅等基本概念。2、掌握熔滴上受到的各种力及其对过渡的影响；3、 了解熔滴过渡的基本分类，各类熔滴过渡的基本特征；4、 掌握各种焊接方法的熔滴过度特点。5、 了解固有自调节作用。§1-4焊丝的熔化及熔滴过渡

要求52焊接方法及设备课件531 焊丝的加热及熔化一）、加热热源：（一）电弧热—极区产热 焊丝接阴极时：Pk=I（Uk-Uw-UT）≈I（Uk-Uw） UT很小，大概只有1V左右。

焊丝接阳极时：PA=I（UA+Uw+UT）≈IUw UA很小，可忽略。

讨论： TIG焊：PA>Pk MIG焊：Pk>PA Pk受多种因素影响，而PA则不。1 焊丝的加热及熔化一）、加热热源：54LHLs电源送丝轮导电嘴laLHLs电源送丝轮导电嘴la55

（二）伸出长度上的电阻热 伸出长度：焊丝伸出导电嘴之外的长度Ls 电功率PR=I2RS

影响因素： 1）钢焊丝的PR大，因此伸出长度的电阻热之 影响较大；铝、铜PR小 2）Ls越大，dS越小，则PR越大（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）伸出长度上的电阻热56二）、影响熔化速度、熔化系数的因素（一）基本概念熔化速度m：单位时间内焊丝的熔化量。 单位：g/scm/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.SCm/A.S m=m/I（二）影响因素1、电流电流越大，熔化速度越大。

m=KI（Um+IRs）

m=m/I=K（Um+IRs）二）、影响熔化速度、熔化系数的因素57显然：1）电流 1） I增大，m增大 2） 对于Al焊丝，m几乎与I增大呈直线关系，对于钢焊丝，m随着I的增大而增大呈曲线关系。2、电压 Ua（La）大时，m与Ua无关 Ua（La）较小时，Ua下降时m增大（如I不变则m

↑） ，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，m随La下降而增大， 使得电弧具有抵抗外界干扰的保持稳定不变的能力，这 种能力被称为固有自调节作用。显然：58UaIaa铝UaIa钢UaIaa铝UaIa钢593、焊丝的极性 焊丝接负时，m较大 焊丝接正时，m较小

4、气体介质 焊丝接阳极时：m=KRm=KIUw与气体介质无关 焊丝接阴极时：m=KI（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 m增大

5、电阻热 钢焊丝：ds越小，电阻热的影响越大。 铝焊丝，电阻热很小，影响不大。3、焊丝的极性602 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=2πRs

式中：为表面张力系数，Rs为焊丝半径。2 熔滴过渡和飞溅

一）、基本概念F=2πRs式中：612、短路过渡时，熔滴与工件间的表面张力—促进过渡 F=2πRP

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，表面张力系数降低。（二）重力

熔滴的重力 Fg=mg=r—熔滴半径

，ρ—密度2、短路过渡时，熔滴与工件间的表面张力—促进过渡 62FmgFFF表面张力重力FmgFFF表面张力重力63作用：1）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1） 当Sb（斑点面积）<Ss（焊丝截面积）时，电流线在熔滴中收缩F推向上，阻碍过渡。2）当Sb>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

作用：64熔滴中的电磁收缩力熔滴斑点力蒸发反力及带电粒子撞击力熔滴中的电磁收缩力熔滴斑点力蒸发反力65（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FP爆破力（五）爆破力FP爆破力66二）、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）dD>ds 2）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）aD>g （2）非轴向 （3）DD<ds二）、熔滴过渡的主要形式及特点673、喷射过渡 1）射滴 特点： （1）aD>>g （2）dDds （3）轴向性好 （4）一次一滴 2）射流 特点： （1）aD>>g （2）dD<ds （3）轴向 （4）连续束流3、喷射过渡68FFPFgFF斑Fmg大滴射滴射流FFPFgFF斑Fmg大滴射滴射流69

3）爆炸过渡 因气泡的爆破而过渡，通常伴随着飞溅。（二）渣壁过渡 1、沿熔渣壁过渡埋弧焊 DCSP：熔滴尺寸大，过渡频率低 DCRP：尺寸小，f大。I↑f↑

2、沿套筒过渡 产生于SMAW 条件： 1）厚药皮 2）酸性药皮

3）爆炸过渡70（三）接触过渡1、短路过渡条件：CO2细丝焊，且Ua小，Ia小特点：电弧稳定，稍有飞溅

2、搭桥过渡条件：填丝TIG焊中（三）接触过渡711234短路过渡过程及电流、电压波形1234短路过渡过程及电流、电压波形72三）、飞溅及熔敷系数 （一）飞溅 1、飞溅的原因： a）爆破力 b）斑点力不对称 c）气体从熔滴或熔池中析出

2、影响飞溅的因素 a）焊接方法，CO2焊大，MIG小 b）规范，例如CO2焊 c）过渡形式三）、飞溅及熔敷系数73I飞溅率ABCI飞溅率ABC74

（二）熔敷效率，熔敷系数 1、基本概念 熔敷效率：过渡到焊缝中的焊丝金属重量与熔 化的焊丝重量之比。 熔敷系数： 单位时间内由单位电流熔敷到焊缝 中焊丝金属重量m

损失系数：

2、影响的因素： 1）焊接方法 SAW、MIG、MAG、CO2、MMA依次减小。 2）焊接参数 特别是，CO2焊接，电流增大时，熔敷效率增大

75§1-5母材熔化和焊缝成形

一、基本要求1、熟练掌握标征熔池及焊缝形状尺寸的几个参数；2、熟练掌握热输入、线能量、熔深、熔宽、成形系数、余高、熔合比等基本概念；3、了解作用于熔池上的力4、熟练掌握焊接参数对焊缝形状尺寸的影响5、了解各种焊缝缺陷形成的原因及预防措施。二、重点 1、热输入、线能量、熔深、熔宽、成形系数、余高、熔合比等基本概念； 2、标征熔池及焊缝形状尺寸的参数 3、焊接参数对焊缝形状尺寸的影响§1-5母材熔化和焊缝成形

一、基本要求76

一、熔池和焊缝形状尺寸

焊缝形状由熔池形状所确定。一般用熔深H、焊缝宽度B和余高a三个参数来表征焊缝的形状和尺寸。

一、熔池和焊缝形状尺寸

焊缝形状由熔池形状所确定。一般用熔77熔深H反映焊接的熔透程度，它决定着焊接接头的承载能力，是说明焊缝质量的重要指标之一。焊缝宽度B不直接反映接头的承载能力，但它和熔深H构成的焊缝的基本形状，影响着焊缝的质量。综合熔深、焊缝宽度的焊缝成形系数描述焊缝形状。

焊缝成形系数

当φ小时，焊缝窄而深，这样的焊缝往往在熔池金属冷凝过程中气体难以逸出而易产生气孔，同时熔池的结晶方向有利于焊接裂纹的生成；另一方面，这样的焊缝反映其焊接热量较集中，其接头的热影响区较小；当φ大时，焊缝浅而宽，这样的焊缝根部不易焊透。通常埋弧焊接头的φ＞3较为合理。若是理弧堆焊，为了保证堆焊层成分和高的堆焊生产率，其焊缝成形系数φ一般要求较大，可达10。常用焊接方法及其应用熔深H反映焊接的熔透程度，它决定着焊接接头的承载能力，是说明78焊后焊缝产生凹陷是不允许的。焊缝余高是为了避免熔池金属凝固时产生凹陷而留出的工艺允差，它的存在还能增大焊缝工作截面，从而捉高其承受静载的能力。余高过大，则在焊趾处引起应力集中，使接头的疲劳寿命下降。所以要加以限制，使余高a与焊缝宽B应有一个合理的比例关系。常用余高系数—B/a来表达对余高的要求。一般要求B/a＞4~8；为了提高焊件的疲劳寿命，最好的办法是把对接接头的焊缝余高去掉；或把角焊缝焊成凹面的或者焊后加工焊趾，使余高向母材平滑过渡。

常用焊接方法及其应用焊后焊缝产生凹陷是不允许的。焊缝余高是为了避免熔池金属凝固时79熔焊时，被熔化的母村在焊缝金属中所占的体积分数称焊缝熔合比。由图3-3-32可见熔合比γ可用下式表示常用焊接方法及其应用式中，Fm、FH—母材熔化的横截面积和填充金属熔敷(图3—3—32中影线部分)的横截面积(mm2)。

熔合比γ随坡口和熔池的形状与尺寸的改变而改变，在焊接中碳钢、合金钢和有色金属时。可以通过改变熔合比的大小来调整焊缝的化学成分和组织，这是防止焊缝产生冶金缺陷、提高焊缝力学性能的有效途径。

熔焊时，被熔化的母村在焊缝金属中所占的体积分数称焊缝熔合比。80二、焊接条件对焊缝成形的影响影响焊缝形状及尺寸的因素：焊接工艺参数、工艺因素和结构因素焊接工艺参数影响焊缝形状及尺寸的工艺参数主要是焊接电流、电弧电压和焊接速度。焊接电流：其他条件不变时，作平面堆焊，焊接电流对焊缝形状及尺寸的影响如图3-3-34所示，熔深H几乎与焊接电流成正比。电弧电压：在其他条件不变的情况下，电弧电压对焊缝形状及尺寸的影响如图3-3-35所示。

常用焊接方法及其应用二、焊接条件对焊缝成形的影响常用焊接方法及其应用81在实际生产中电弧电压和电流有图3-3-36所示的关系，表示在焊接电流增加时，电弧电压也相应增加，或熔深增加的同时，电弧电压也相应增加。但是，在每一档焊接电流上约有10V左右的电压变动范围，较低的电压将焊出窄焊道，而较高电压将焊出宽焊道，超出10V的工作范围焊缝金属的质量下降。常用焊接方法及其应用在实际生产中电弧电压和电流有图3-3-36所示的关系，表示在82焊接速度：在其他条件不变的情况下，焊接速度对焊缝形状及尺寸的影响如图3-3-37所示。提高焊接速度则单位长度焊缝上输入热量减小，加入的填充金属量也减少，于是熔深减小、余高降低和焊道变窄。常用焊接方法及其应用焊接速度：在其他条件不变的情况下，焊接速度对焊缝形状及尺寸83工艺因素主要指焊丝倾角、焊件斜度和焊剂层的宽度与厚度等。焊丝倾角：通常认为焊丝垂直水平面的焊接为正常状态，若焊丝在前进方向上偏离垂线，如产生前倾或后倾，其焊缝形状是不同的，后倾焊熔深减小，熔宽增加，余高减少；前倾恰相反，见图3-3-38。常用焊接方法及其应用工艺因素常用焊接方法及其应用84焊件倾斜：指焊件倾斜后使焊缝轴线不处在水平线上，山现了俗称的上坡焊或下坡焊。上坡焊随着斜角增加重力引起熔池向后流动，母材的边缘熔化并流向中间，熔深和熔宽减小，余高加大。当倾斜度角＞6°~12°，则余高过大，两边出现咬边，成形明显恶化，见图3-3-39a。应避免上坡焊，或限制倾角小于6°。(约1：10)。下坡焊效果与上坡焊相反，若过大，焊缝中间表面下凹，熔深减小，熔宽加大，就合出现未焊透、未熔合和焊瘤等缺陷。在焊接圆筒状工件的内、外环缝时，一般都采用下坡焊，以减少烧穿的可能性，并改善焊缝成形。常用焊接方法及其应用焊件倾斜：指焊件倾斜后使焊缝轴线不处在水平线上，山现了俗称的85焊剂层厚度：在正常焊接条件下，被熔化焊剂的重量约与被熔化的焊丝的重量相等。焊剂层的厚度对焊缝外形与熔深的影响见图3-3-41。焊剂层太薄时，则电弧露出，保护不良，焊缝熔深浅，易生气孔和裂纹等缺陷。过厚则熔深大于正常值，且出现峰形焊道。在同样条件下用烧结焊剂焊的熔深浅，熔宽大。其熔深仅为熔炼焊剂的70％-90％。常用焊接方法及其应用焊剂层厚度：在正常焊接条件下，被熔化焊剂的重量约与被熔化的焊86焊剂粗细：焊剂粒度增大时，熔深和余高略减，而熔宽略增，即焊缝成形系数和余高系数增大，而熔合比稍减。焊丝直径：在其他工艺参数不变的情况下，减小焊丝直径，意味着焊接电流密度增加，电弧窄，因而焊缝熔深增加，宽深比减小，见图3-3-42。极性：直流正极性(焊件接正极)，焊缝的熔深和熔宽比直流反接的小，而交流电乎两者之间。

常用焊接方法及其应用焊剂粗细：焊剂粒度增大时，熔深和余高略减，而熔宽略增，即焊缝87结构因素主要指接头形式、坡口形状、装配间隙和工件厚度等对焊缝形状和尺寸的影响。表3-3-10列出其它焊接条件相同情况下坡口形状和装配间隙对接接头焊缝形状的影响。

常用焊接方法及其应用结构因素常用焊接方法及其应用88 焊缝参数及工艺因素对它的影响

一）、焊缝形状参数及其与焊缝质量的关系基本参数有：H、B、a1、熔深H：Hweld=Hpool，直接影响承载能力

2、熔宽B：Bweld=Bpool

3、=B/H成形系数意义：

1）影响气孔敏感性 2）影响结晶方向 3）影响中心偏析 大时较有利，一般应大于1.25 焊缝参数及工艺因素对它的影响

一）、焊缝形状参数及其与焊缝89FHFmFmFHBHaFmFHFmFmFHBHaFm90HBaFHFmHBFHFmHBaFHFmHBFHFm914、余高a： 1）防止因疑固收缩而造成的缺陷 2）增大承受静载的能力 3）造成应力集中 4）疲劳寿命下降 一般规定：a=03mm或B/a>485、熔合比：母材金属在焊缝中的含量调整熔合比可调整焊缝化学成分，改善性能。一般通过开坡口来实现。4、余高a：调整熔合比可调整焊缝化学成分，改善性能。一般92二）、影响焊缝形状尺寸的因素（一）焊接电流Ia Ia增大，H增大，a增大，B基本不变 1、 Ia↑ Fa↑→热源下移→H↑ q=IU↑ →H↑ H=kmI 2、 Ia增大，电弧分布半径增大但潜入工件深度大，限 制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。二）、影响焊缝形状尺寸的因素93

（三）焊接速度 将q/w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：PA>PKBDCSP>BAC>BDCRPHDCSP>HAC>HDCRP

（四）电流的种类及极性PA>PKBDCSP>BAC>BDC94PA<PKBDCSP<BAC<BDCRPHDCSP<HAC<HDCRP（五）电极形状、尺寸、伸出长度MIG焊：

Ds减小

Ls减小

qm

H、aB

MIG、CO2等：TIG焊：dw

w

qm

H

B变化不大

PA<PKBDCSP<BAC<BDCRP（五）电极形状、尺寸95（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，电弧潜入深度小，所以 H↓B↑a↓ 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， H↓a↓B↑易于导致满溢，未焊透等 上坡焊：相反。a过大、咬边等缺陷

（六）坡口、间隙96（九）工件材料1、比热容C：C↑，Vm↓，则H及B↑2、密度：↑则H↓3、板厚： 当H<0.6时，↑则H↓ 当H>0.6时，无影响（十）焊剂、药皮及气体焊剂： 稳弧性差→E↑→B↓H↑ 大 →压力大→E↑→H↑颗粒度小→压力大→E↑→H↑气体：导热性高、解离严重→弧柱收缩→E↑→H↑（九）工件材料973 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、υw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、高速大电流焊 2、上坡焊

3 焊缝缺陷主要有： 气孔、裂纹、夹渣、未焊透、未熔合、烧98三）、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。三）、烧穿99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）焊接速度太小原因： 1、坡口尺寸小1004焊缝成型良好焊缝成型的标准：1、无缺陷2、表面过度圆滑基础：首先要保持住熔池一、平面内直缝的焊接1、平焊：最容易成型薄板用单面单道焊：自由成型、强制成型厚板：单面多道焊、双面多道焊2、其他位置的焊接问题：熔池易于流淌解决方法：强制成型、小电流（脉冲+摆动）4焊缝成型良好焊缝成型的标准：101二、曲面焊缝的焊接环焊缝、螺旋焊缝e1、焊头固定：防止熔池金属的流淌：逆着焊接方向偏移一定位置。2、全位置焊接1）分段2）减小线能量，采用脉冲TIG焊二、曲面焊缝的焊接e1、焊头固定：102焊接方法及设备课件103第三章埋弧焊

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三、重点1、埋弧焊的治金特点2、自动焊的焊接焊接参数自动调节原理及方法3、埋弧焊焊机的分类及基本原理4、掌握埋弧焊工艺第三章埋弧焊

一、基本要求104基本原理基本原理1053-1 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）η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 a)

仅用于平焊 b)

不能焊Al、Ti等活泼金属 c)

只能焊长焊缝 d)

只适于厚板E大、电流小时电弧不稳

3-1 埋弧焊的特点及应用一）、埋弧焊的特点106二）、应用1、 适用的材料 低碳钢，碳素结构钢，不锈钢，耐热钢，Cu等。2、 部门 造船、锅炉、压力容器、机车等二）、应用107埋弧焊的冶金特点一）、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、粘结

埋弧焊的冶金特点一）、焊剂、焊丝及其配合1082）按成分分类 MnO：无锰焊剂MnO<2% 低锰焊剂MnO=2∽15% 中锰焊剂MnO=15∽30% 高锰焊剂MnO>30% SiO2： 低硅焊剂SiO2<10% 中硅焊剂SiO2=10∽30% 高硅焊剂SiO2>30%2）按成分分类109CaF2

： 低氟焊剂CaF2<10% 中氟焊剂CaF2

=10∽30% 高氟焊剂CaF2

>30%焊剂牌号焊剂XYZX-表示MnO含量，1-无锰、2-低锰、3-中锰、4-高锰Y- 表示CaF2、SiO2含量，1、2、3表示低F（ 1-低Si、2-中Si、3-高Si），4、5、6表示中 F（4-低Si、5-中Si、6-高Si），7、8表示高 F（7-低Si、8-中Si）焊剂431—高锰高硅低氟焊剂CaF2： 低氟焊剂CaF2<10%110（二）焊丝 一般用焊接用钢丝，与焊条钢芯相同d=1.6∽6mm 对于低碳钢：H08MnH08MnAH08Mn2SiA

（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 低锰或无锰焊剂+H08MnA或H10Mn2结构钢中锰中硅焊剂低锰中硅焊剂+与母材等强度的焊丝

（二）焊丝结构钢中锰中硅焊剂低锰中硅焊剂+与母材等强度的焊丝111耐热钢

不锈钢

中硅焊剂或低硅焊剂+与母材成分相当的焊丝

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）+2[Fe]=2（FeO）+[Si]+ΔG （MnO）+[Fe]=（FeO）+[Mn]+ΔG ΔG>0，即反应为吸热反应 FeO大部分进入渣 Si、Mn进入熔池，合金化 Si镇静熔池、Mn抵消S的不利作用。

耐热钢

不锈钢中硅焊剂+与母材成分相当的焊丝二）、埋弧焊1122、碳的烧损埋弧焊焊接区内为弱氧化性，C被氧化[C]+O=CO↑[C]+[FeO]=[Fe]+CO↑2[C]+（SiO2）=Si+2CO↑CO逸出时对熔池有搅拌作用，有利于H折出

影响因素： ①焊丝母材中的含碳量 ②[Si]↑抑制烧损，镇静熔池2、碳的烧损1133、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+FeS P—降低低温韧性

4、去除熔池中的H a)

工艺措施：去除油污、水分、铁锈。 b)

冶金措施 结合成HF 利用CaF2 CaF2=CaF+F 2CaF2+2SiO2=2CaSiO3+SiF4 SiF4=SiF+3F F+H=HF3、杂质S、P的限制114埋弧焊冶金反应的一般特点：1、熔池存在时间长，冶金反应充分，气孔、夹渣少。2、空气不易侵入焊接区域，焊缝中的含氮量低，只有0.002%左右。3、焊缝化学成分稳定。埋弧焊冶金反应的一般特点：115§3-2 埋弧焊机

一、埋弧焊设备的组成埋弧焊设备电源送丝机构：向焊接区送丝，维持电弧弧长的稳定行走机构：拖动电弧或工件行走导电嘴：将电流导向焊丝。偏心式、夹瓦式及滚轮式焊剂输送装置及回收装置§3-2 埋弧焊机

一、埋弧焊设备的组成埋弧焊设备电源送丝机116二、埋弧焊设备的分类 1、按照用途来分类 通用埋弧焊机：小车式，用于对接、角接及环焊缝 专用埋弧焊机：专用焊接结构。 2、按送丝方式： 等速送丝：适用于细丝，配平特性或缓降特性的电源 弧压反馈送丝式：适用于粗丝，配陡降特性的电源 3、按照送丝机构 小车式 门架子式 悬臂梁式二、埋弧焊设备的分类117 4、按焊丝数量 单丝焊机 双丝焊机 多丝焊机 5、按照电极的形状 丝极埋弧焊 带极埋弧焊 4、按焊丝数量118§3-3 埋弧焊技术

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§3-3 埋弧焊技术

埋弧焊工艺包括：119（一）焊前准备焊前准备包括：1、坡口加工板厚小于14mm1222mm大于22mm坡口不开坡口V或U形坡口双V或双U形坡口

加工方法：坡口可用刨边机、车床、气割机等设备加工。2、待焊部位的清理将坡口及坡口两侧2050mm区域内的铁锈、氧化皮、油污、水分清理干净。 油污、水分清理方法：一般用氧-乙炔火焰烘烤 铁锈、氧化皮清理方法：砂布、钢丝刷、砂轮机打磨。

（一）焊前准备板厚小于14mm1222mm大于22mm1203、焊接材料的清理及烘干焊丝：一般有防锈铜镀层。使用前去除掉焊丝表面的油及其它污物，以防止氢气孔。焊剂：使用前应按要求烘干。 酸性焊剂：250C下烘干，保温12小时。 高氟焊剂：必须在300C400C下烘干，保温2小时。 烘干后应立即使用。4、焊件的装配装配要求：间隙均匀、高低平整且不错边。此外，还应注意以下几点：（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，长度一般应大于30mm。

3、焊接材料的清理及烘干121（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。（二）、焊接工艺参数的选择 包括：焊接电流、电弧电压、电流的种类及极性、焊接速度等。（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1221 焊接电流焊接电流是决定焊缝熔深的主要因素。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。因此，焊接电流应根据熔深要求首先选定。焊接电流过大：HAZ宽度大，易产生过热组织，接头韧性降低；电流过大还易导致咬边、焊瘤或烧穿等缺陷。焊接电流过小：易产生未熔合、未焊透、夹渣等缺陷。生产率低，

1 焊接电流1232 电流种类与极性 DCRP：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。DCSP：熔敷速度比反接高30%~50%，但熔深较浅，熔合比 小。特别适合于堆焊。母材的热裂纹倾向较大时，为 了防止热裂，也可采用直流正接。AC：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 电弧电压主要影响熔宽，对熔深的影响很小。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。电弧电压还影响熔敷金属的化学成分。电弧电压增大，焊剂的熔化量增加，过渡到熔敷金属中的合金元素会增加。2 电流种类与极性 124

4 焊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 焊丝直径及伸出长度电流一定时，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。

4 焊接速度125（三）成型工艺1、平板对接平板对接时可采用单面焊双面成形，也可采用双面焊。1）单面焊双面成形适于厚度为20mm以下的工件，一般不开坡口，留较大间隙。强制成型：利用铜衬垫、焊剂垫承托熔池。•优点：不用反转工件，一次将工件焊好，焊接生产率较高。•缺点：焊接热输入大，焊缝及热影响区晶粒粗大，接头韧性很差。板厚越大，该问题越严重。

2）双面焊（1）悬空焊接法工艺要点：a） 工件背面不加衬垫，不需要任何辅助设备和装置。（三）成型工艺126 b） 严格控制间隙，以防止液态金属从间隙中流 失或烧穿；一般不留间隙或间隙1mm。 c） 焊接正面的工艺参数应较小，熔深小于焊件 厚度的一半； d） 翻转工件后再焊反面，为保证焊透，适当增 大焊接电流，保证熔深达到焊件厚度的 60%~70%。（2）焊剂垫法：采用焊剂垫承托熔池

工艺要点： a） 焊前应根据工件厚度预留一定间隙或开坡口 ，以保证焊剂充分进入到间隙中。 b） 焊正面焊缝时，工艺参数必须保证使熔深大 于工件厚度的60%~70%。 b） 严格控制间隙，以防止液态金属从间隙中流 失或烧穿；127气压式自重式气压式自重式128 3） 焊反面前应首先挑焊根，采用与正面相同的规 范或稍小的规范进行焊接。 4） 工件下面的焊剂在整个焊缝长度上与工件紧密 贴合，并且压力均匀。若背面的焊剂过松，会 引起漏渣或液态金属下淌。（3）临时工艺垫板法： 特点与焊接垫法类似。 焊接反面前，需去除临时工艺垫板并挑焊根后再进行 焊接。

3） 焊反面前应首先挑焊根，采用与正面相同的规 范或稍小129bh焊剂铜衬垫临时工艺衬垫bh焊剂铜衬垫临时工艺衬垫1302 角接焊缝的焊接角接焊缝有两种焊接方法：•斜角焊： 两个工件中有一个位于水平位置，而熔池不在 水平位置。•船形焊： 熔池位于水平位置。前者具有较好的工艺性能 ，因此，应尽可能利用该方法。2 角接焊缝的焊接1311）、船形焊 焊丝处于竖直位置，熔池处于水平位置，最有利于焊缝成形，不易产生咬边或满溢等缺陷。焊脚相等时，两个工件与垂直位置成45。要求： （1） 将间隙尺寸控制在1.5mm以下，否则易出现烧穿 或焊漏现象。如果无法控制间隙，则应采用适当 的防漏措施。 （2） 电弧电压不宜太高，以免产生咬边。1）、船形焊132船形焊工艺方案船形焊工艺方案1332）、斜角焊 工件不能反转至船形位置时，才采用斜角焊法。这种方法的优点是对间隙不敏感，缺点是对单道焊焊脚及焊丝位置要求很严格。该方法的工艺要求如下： （1） 单道焊焊脚不得大于8mm，以防止咬边。当要 求焊脚大于8mm时，应采用多层焊或多层多道 焊。 （2） 焊丝偏角应适当，一般应在2030之间，否 则易产生咬边及腹板未焊合缺陷。 （3） 电弧电压不宜太高，以防熔渣流溢。2）、斜角焊13420-30020-3001353 环缝的焊接 锅炉及压力容器上的筒节与筒节以及筒节与封头间的对接环缝。焊接时焊头固定，通过筒体在滚轮架上转动来完成整条焊缝的焊接。一般采用双面焊。 由于在焊接过程中熔池的位置不断发生变化，为了防止熔池金属的流溢，保证焊缝成形，焊丝应偏离通过圆筒中心的垂直面一段距离，这个距离叫偏移量，一般用e表示。偏移量应与旋转方向相反，其大小应能保证使熔池在旋转到水平位置时凝固成焊缝，以反之溶池金属流溢。 偏移量的大小取决于： • 工件的直径 • 工件转速 • 工件厚度有关 3 环缝的焊接136工件的直径越大，焊接速度越大，偏移量也应越大。应注意的是，对厚壁圆筒形工件进行多层焊时，虽然滚轮架的速度不变，但随着焊缝厚度的增加，焊内环缝时焊速逐层减小，因此应逐层减小偏移量；焊外环缝时，焊速逐层递增，因此应逐层加大偏移量。工件的直径越大，焊接速度越大，偏移量也应越大。应注意的是，对137§3-5、特种埋弧焊一、多丝埋弧焊 利用多根焊丝、多个电弧进行焊接的一种方法。1、特点• 焊接速度高• 焊接质量好2、分类• 根据所用焊丝的数量可分为：

双丝埋弧焊

多丝埋弧焊，目前最多用到14根焊丝应用最广泛的是双丝埋弧焊。双丝埋弧焊时一般采用两个独立电源，有时也采用一个电源。• 根据焊丝排列方式

纵列，即沿焊接方向纵向顺序排列 横列§3-5、特种埋弧焊一、多丝埋弧焊138一般采用纵列，两个焊丝间的距离在10mm30mm之间时，两个电弧形成一个熔池、一个气泡，大于该范围时，形成两个熔池，两个气泡。导前电弧：采用较大的电流及较小的电压，目的在于保证足够的熔深。后续电弧：采用较小的电流及较大的电压，目的在于使焊缝具有适当的熔宽，改善焊缝成形，防止焊接缺陷（咬边、未熔合等）。一般采用纵列，两个焊丝间的距离在10mm30mm139纵列双弧两个电弧的间距较大时，形成两个熔池。适合于单面焊双面成型工艺。纵列双弧两个电弧的间距较大时，形成两个熔池。适合于单面焊双面140二、带极埋弧焊利用矩形截面钢带代替圆截面焊丝作电极。焊接时弧根沿带极的宽度方向快速往返运动，均匀加热带极。这种方法最初用于埋弧堆焊，后来也用于焊接。（一）带极埋弧焊的特点 1）熔敷速度大，效率高 • 圆截面焊丝：电流很大时，焊缝熔深增大、 焊缝的形状系数减小，易导至裂纹、咬边等。 • 带极：电弧的加热宽度增大，采用更大焊接电 流，焊缝的形状系数也较高。 2） 熔深浅、稀释率低，特别适合于堆焊。 3） 易于控制焊缝成形熔化金属的过渡方向与电极宽度方向成直角。电极偏转一个较小角度，焊道就可产生较大移位。因此可方便地控制焊道的形状和熔深。二、带极埋弧焊141带极堆焊示意图带极堆焊示意图142熔化带极金属的流动方向熔化带极金属的流动方向143（二）带极埋弧焊工艺 除了电流、电压外，影响因素还有： • 带极厚度 • 宽度 • 干伸长度 带极宽度越大，熔深越小，熔宽越大。 带极厚度增大时，熔深增大，熔宽减小。堆焊时，可通过焊接线能量来调节熔深，但由于线能量太小时，电弧不稳定，因此仅靠降低线能量来减小熔深并不是很有效。焊剂的成分对带极的熔化速度、焊缝的几何形状及成分具有重要的影响。实验证明，当焊剂中的氧化铁含量降低时，带极的熔化速度增大，熔深减小。（二）带极埋弧焊工艺144三、窄间隙埋弧焊 窄间隙焊接是指利用窄间隙代替V形、双V形、U型或 双U型等坡口进行焊接的一种的方法。 窄间隙自动埋弧焊（SAW-NG）坡口角度一般为0~1，坡口宽度为20~30mm。 •窄间隙焊接的分类

窄间隙埋弧焊（SAW-NG）

窄间隙熔化极气体保护焊（GMAW-NG）

窄间隙钨极气体保护焊（GTAW-NG）等三、窄间隙埋弧焊145（一）SAW-NG的特点1）由于采用窄间隙，焊接厚板接头时无需采用U型或双U型坡口，因而大大节省了填充金属。2）在窄而深的坡口中进行多层焊，热输入较低，因而减小了残余应力及工件变形，同时可防止再热裂纹。3）由于采用了多层焊，后续焊道对前一焊道具有很好的回火作用，加之每层的厚度较薄，因此，焊缝金属晶粒细小，韧性好。4）与窄间隙气体保护焊相比，窄间隙埋弧焊的焊丝较粗，对跟踪控制系统的精度要求较低，因此不易产生未焊透及夹渣等缺陷。（一）SAW-NG的特点146（二）SAW-NG的技术要点1、每层焊道侧壁均要求完全焊透，因此焊丝端部与侧壁之间应保持适当的距离，并且焊丝伸出长度也应适当。这就要求焊机应配有横向及高度方向的跟踪系统，以保证焊丝的精确定位。2、由于SAW-NG是在很窄的间隙中进行多层焊，因此脱渣是一个重要问题，一般要求焊剂须有良好的脱渣性。3、焊接过程中，如发现缺陷，应及时利用合适的方法磨掉，并进行修补。（二）SAW-NG的技术要点147（三）SAW-NG工艺1、坡口：一般开01的坡口。坡口的关键尺寸是坡口宽度。选择时考虑因素： 焊件的厚度 焊丝直径 焊剂的脱渣难易程度 焊件的结晶裂纹敏感性。焊件厚度越大，或焊丝直径越大，或脱渣越难，或结晶裂纹敏感性越大，则坡口宽度应适当增大。而且要求坡口宽度具有良好的精度。在焊缝全长范围内，坡口宽度的误差应不超过3mm，否则将很难保证焊缝质量。窄间隙埋弧焊工艺有3种方案，如下图。（三）SAW-NG工艺148

窄间隙埋弧焊工艺方案

ABC窄间隙埋弧焊工艺方案ABC1491） 图a：每层一道焊缝，适用于70~150mm厚的工件。 •特点：省时省料、容易产生热裂纹。

•工艺要点：

•必须严格控制坡口精度

•必须严格控制焊接工艺参数。当焊接含碳量 较高的钢材时，应该采用较低的焊接电流和 速度，从而获得较大的成形系数，减小裂纹 倾向。2）图b：每层两道焊缝，适用于150~300mm厚的工件，

•特点：易焊透，焊渣易清除，工艺参数允许范围 大。而且由于线能量小，焊缝具有良好的韧性。2）图c）：每层三道焊缝，适用于板厚>300mm的工件。1） 图a：每层一道焊缝，适用于70~150mm厚的工件。 1502、焊丝焊丝直径通常根据板厚来选择，板厚小，选择的焊丝直径也应较小。3、电弧电压一般取25V35V，若小于25V，焊缝上凸严重；若大于35V，易产生咬边及夹渣，且清渣困难。

4、焊丝与间隙侧壁（丝-壁）的间距是影响焊缝质量和性能的一项重要参数，决定了侧壁熔深、热影响区尺寸的大小。通常，最佳的丝-壁间距等于所用焊丝的直径，允许偏差为0.5mm。2、焊丝151第四章熔化极气体保护焊

一、基本要求1、了解熔化极氩弧焊、CO2焊的特点及应用2、掌握熔化极氩弧焊、CO2焊的熔滴过渡特点3、掌握熔化极氩弧焊、CO2焊主要工艺的特点及工艺参数的选择原则4、掌握脉冲熔化极氩弧焊、CO2焊的工艺特点5、掌握气体选用原则6、了解熔化极氩弧焊、CO2焊设备特点二、重点1、熔化极氩弧焊、CO2焊的工艺特点及工艺参数的选择原则2、脉冲熔化极氩弧焊、CO2焊的工艺特点3、混合气体的选择原则第四章熔化极气体保护焊一、基本要求152§4-1

熔化极气体保护焊原理及分类

1.基本原理熔化极气体保护焊是以可熔化的金属焊丝作电极，并由气体作保护的电弧焊。利用焊丝3和母材1之间的电弧2来熔化焊丝和母材，形成熔池8，熔化的焊丝作为填充金属进入熔池与母材融合，冷凝后即为焊缝金属9。通过喷嘴5向焊接区喷出保护气体，使处于高温的熔化焊丝、熔池及其附近的母材免受周围空气的有害作用。焊丝是连续的，由送丝轮6不断地送进焊接区。操作方式主要是半自动焊和自动焊两种。焊丝有实心的和药芯两类，前者一般含有脱氧用的和焊缝金属所需要的合金元素；后者的药芯成分及作用与焊条的药皮相似。GMAW焊接过程§4-1熔化极气体保护焊原理及分类1.基本原理GMA1532.分类及其应用按使用保护气体和焊丝的种类不同，熔化极气体保护焊分类如下：2.分类及其应用154§4-2

熔化极气体保护焊的气体选择与冶金特性一、熔化极气体保护焊的气体选择、焊丝选择及其设备简介气体选择一般遵循以下三原则：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§4-2熔化极气体保护焊的气体选择与冶金特性一、熔化极气1551.对保护气体的基本要求在熔化极气体保护电弧焊中采用保护气体的主要目的，是防止熔融焊缝金属被周围气氛污染和损害。所选用的保护气体尽可能满足如下要求：1)对焊接区(包括焊丝、电弧、熔池及高温的近缝区)起到良好的保护作用；2)作为电弧的气体介质，它应有利于引弧和保持电弧稳定燃烧；3)有助于提高对焊件的加热效率，改善焊缝成形；4)在焊接时，能促使获得所希望的熔滴过渡特性，减小金属飞溅；5)在焊接过程中，保护气体的有害冶金反应能进行控制，以减少气孔、裂纹和夹渣等缺陷。6)易于获取，来源容易，价格低廉。可供选用的保护气体有单一气体，如氩(Ar)、氦(He)、氢(H2)、氮(N2)和二气化碳(CO2)等；混合气体，如：Ar十He、Ar十H2，Ar十O2，Ar十C02，Ar十CO2十O2、和CO2十O2等。使用混合保护气体的主要目的是为了适应不同金属材料和焊接工艺的需要，促使获得最佳的保护效果、电弧特性、熔滴过渡特性、焊缝成形和质量等。例如在用熔化极脉冲氩弧焊焊接合金结构钢或不锈钢时，如果在氩气中加入少量O2或CO2在直流反接条件下，这种氧化气体能使熔池表面产生轻微氧化作用，以稳定阴极斑点，改善电子发射能力和减小电弧飘荡。此外、还可降低熔滴和熔池的表面张力，易于获得稳定的脉冲喷射过渡，改善焊缝成形。1.对保护气体的基本要求1562.气体分类（1）熔化极惰性气体保护电弧焊，简称MIG焊。使用的惰性气体可以是氩(Ar)、氦(He)、或氩与氦混合。因惰性气体与液态金属不发生冶金反应，只起包围焊接区使之与空气隔离的作用，所以电弧燃烧稳定，熔滴向熔池过渡平稳、稳定、无剧烈飞溅。这种方法最适合铝、铜、钛等有色金属的焊接、也可用于钢材，如不锈钢、耐热钢等的焊接。（2）熔化极氧化性混合气体保护电弧焊，简称MAG焊，使用的保护气体是由惰性气体和少量氧化性气体(如O2、CO2或其混合气体等)混合而成。加入少量氧化性气体的目的，是在不改变或基本上不改变惰性气体电弧特性的条件下，进一步提高电弧稳定性，改善焊缝成形和降低电弧辐射强度等。这种方法常用于黑色金属材料的焊接。（3）二氧化碳气体保护电弧焊，简称CO2焊，CO2具有氧化性，本质上也属于MAG焊。使用CO2作保护气体是因其来源容易，价格低廉。但由于CO2的热物理特性和化学特性，须要在焊接过程中从设备、工艺以及焊丝等方面采取措施，才能获得良好的焊接效果。目前，CO2焊己成为黑色金属材料最重要的焊接方法之一，在很多工艺部门中代替了焊条电弧焊和埋弧焊。（4）药芯焊丝气体保护电弧焊又称管状焊丝气体保护焊，简称FCAW。在焊丝内部装有粉状焊剂，又称芯料。通过调整焊剂的各种合金元素的含量，可以达到改善焊接工艺性能、提高焊缝力学性能和接头内外质量。焊接时，主要采用CO2作保护气体。也是目前用于焊接黑色金属材料的重要焊接方法之—，它有很大的发展前景。2.气体分类1573优缺点（1）优点与焊条电弧焊相比熔化极气体保护的主要优点是：1)焊接效率高。因是连续送丝，没有更换焊条工序，焊道之间不须清渣，节省时间；通过焊丝的电流密度大，因而提高了熔敷速度。2)可以获得含氢量较焊条电弧焊为低的焊缝金属、3)在相同电流下，熔深比焊条电弧焊的大。4