焊接电弧焊基础知识

焊接电弧焊基础知识第一页，共二十九页，编辑于2023年，星期日本章重点：①熔滴过渡的主要形式及特点②焊接工艺参数对焊缝成形的影响。本章难点：①熔滴过渡的特点以应用学习方法建议：①对焊接电弧的基础知识，包括电弧的物理基础、导电特性的内容不必追求过深、过细；②在准确把握熔滴过渡特点的基础上去理解它们的应用，并清楚常见焊接方法所用的熔滴过渡形式；③结合实训操作，体会并熟悉常见焊接工艺参数及因素对焊缝成形（质量）的影响规律。第二页，共二十九页，编辑于2023年，星期日焊接电弧

一、焊接电弧的物理基础

电弧的实质：气体放电（导电）（一）电弧及其电场强度分布

电弧的特点：低电压、大电流、温度高、亮度大第三页，共二十九页，编辑于2023年，星期日

获得电弧的途径：气体电离+电子发射

1、电离的种类：热电离场致电离光电离

电离能及其与引弧的关系

2、（阴极）电子发射热发射场致发射光发射粒子碰撞发射

逸出功及其与引弧的关系（二）电弧中带电粒子的产生第四页，共二十九页，编辑于2023年，星期日（三）带电粒子的消失

带电粒子通过扩散、复合和电子结合成负离子等的过程消失。电弧稳定“燃烧”时，带电粒子的产生和消失处于动平衡状态。负离子的存在对电弧稳定性的影响。第五页，共二十九页，编辑于2023年，星期日二、焊接电弧的导电特性电弧的三个区域：阴极区弧柱区阳极区（一）弧柱区的导电特性

最小电压原理（二）阴极区的导电特性

1、热发射型

2、电场发射型阴极斑点（三）阳极区的导电特性

1、阳极斑点

2、阳极区导电形式第六页，共二十九页，编辑于2023年，星期日三、焊接电弧的工艺特性

电弧的工艺特性主要包括：热能特性、力学特性、电弧稳定性等。

1、电弧热的形成机构

电弧的弧柱、阴极区、阳极区的产热特性各不相同。

⑴弧柱的产热

⑵阴极区的产热特性⑶阳极区的产热特性（一）电弧的热能特性第七页，共二十九页，编辑于2023年，星期日

2、电弧的温度分布

⑴轴向－两极区低弧柱区高

⑵径向－中心高四周低

3、焊接电弧的热效率及能量密度

电弧产热的一部分热量会通过对流、传导、辐射等形式散失，所以会存在热效率问题。常用焊接方法的大致热效率如表。第八页，共二十九页，编辑于2023年，星期日

能量密度分布：轴向－两极区大弧柱区小径向－中心大四周小第九页，共二十九页，编辑于2023年，星期日（二）、电弧的力学特性1、电弧力类型及作用电磁（收缩）力——使电弧获得刚直性，促进熔滴过渡第十页，共二十九页，编辑于2023年，星期日等离子流力——促进熔滴过渡斑点（压）力——阴极＞阳极／阻碍熔滴过渡第十一页，共二十九页，编辑于2023年，星期日2、电弧力的主要影响因素气体介质、焊接电流和电压、焊丝（条）直径、极性和电极端部形状等。电极材料蒸发的反作用力——阴极＞阳极／阻碍熔滴过渡熔滴(droplet)冲击力——对熔池造成冲击短路爆破力——短路时产生，导致飞溅第十二页，共二十九页，编辑于2023年，星期日三、焊接电弧的稳定性

电弧稳定性的概念（P19）影响电弧稳定性的因素：电源、外界因素、药皮（芯）（焊剂）、磁偏吹等第十三页，共二十九页，编辑于2023年，星期日焊接熔滴过渡

（一）焊丝的热源焊丝熔化的热源电弧热（主）+电阻热（次）（二）焊丝的熔化特性焊丝的熔化特性——焊丝的熔化速度与焊接电流之间的关系。一、焊丝的加热和熔化特性

区别清楚与焊丝熔化有关的几个概念：熔化速度(mm/min&kg/h)

熔化系数(g/A·h)

熔敷系数(g/A·h)

熔敷速度(kg/h)

熔敷效率(%)

飞溅率(%)

损失系数(%)第十四页，共二十九页，编辑于2023年，星期日

焊丝的熔化特性主要受焊丝材料、直径和伸出长度(stick-out)等因素影响。第十五页，共二十九页，编辑于2023年，星期日二、熔滴上的作用力

熔滴上的作用力是影响熔滴过渡及焊缝成形的主要因素。

1、重力

2、表面张力

3、电弧力（注意其包含几项力在内）！

4、熔滴爆破力

5、电弧的气体吹送力第十六页，共二十九页，编辑于2023年，星期日在不同的焊接条件下，力的种类、大小不同，形成了不同的熔滴过渡形式重力（促进或阻碍熔滴过渡）表面张力（促进或阻碍熔滴过渡）电磁收缩力（促进或阻碍熔滴过渡）等离子流力（促进熔滴过渡）气体吹送力（促进熔滴过渡）金属蒸气的反作用力（阻碍熔滴过渡）斑点压力（阻碍熔滴过渡）爆破力（造成飞溅）总结：熔滴上的作用力及其特点第十七页，共二十九页，编辑于2023年，星期日三、熔滴过渡及特点

自由过渡：滴状过渡

喷射过渡(Spraytransfer)

:易在（富）氩气氛种获得，熔深大\熔敷效率高，适用于中、厚板平位置的填充、盖面。（有上、下限电流\可加脉冲）爆炸过渡(Explosivetransfer)

传统上，通常将熔滴过渡(metaltransfer)分成自由过渡、接触过渡、渣壁过渡三种主要形式，每一种又可以再分为不同的亚型。目前，熔滴过渡的名称尚未规范、统一。熔滴过渡过程复杂，对电弧的稳定性、焊缝成形和冶金过程均有影响。第十八页，共二十九页，编辑于2023年，星期日

接触过渡：短路过渡(Shortcircuitingtransfer)

在各种气氛中，低电压、细焊丝（小电流）（但电流密度不小）均可获得；热输入小、焊接变形小、全位置焊性能好但一般飞溅较大；适用于薄板焊接或中厚板的打底焊接。搭桥过渡渣壁过渡(Fluxwallguidedtransfer)：沿渣壳（埋弧焊）沿套筒（焊条电弧焊）第十九页，共二十九页，编辑于2023年，星期日常见焊接方法的熔滴过渡形式焊条手工焊（SMAW&MMA）酸性焊条：细滴过渡

碱性焊条：粗滴过渡(Globulartransfer&Drop

transfer)+短路过渡

CO2焊：滴状过渡（粗丝）、短路过渡、表面张力过渡

（STT）（细丝）

MIG（焊铝）：喷射过渡、亚射流过渡

MAG（熔滴过渡形式最多、最灵活）：短路过渡

射滴过渡

射流过渡（喷射过渡）规律：随着电流的增加，熔滴过渡的体积减小、频率加快。第二十页，共二十九页，编辑于2023年，星期日关于熔滴过渡技术的最新发展

传统上，熔滴过渡在一个电流周期，形式内比较单一，缺乏灵活性，焊缝成形的好坏在很大程度上仍然依赖于焊工的操作技术水平和心理状态。

近年来，随着逆变技术特别是数字技术在焊接设备上的应用逐渐推广，已经可以对熔滴过渡进行快速、精确的实时控制，情况发生了很大的变化，在熔化极气体保护焊中出现了如表面张力过渡（STT）、冷金属过渡（CMT）和双脉冲（doublepulse、superpulse）过渡等新的熔滴过渡技术。第二十一页，共二十九页，编辑于2023年，星期日

下面为冷金属过渡过程及其所焊的铝合金薄板对接焊缝。第二十二页，共二十九页，编辑于2023年，星期日

瑞典ESAB公司发展的superpulse技术，在一个电流周期内可以采用不同熔滴过渡形式的组合，即正、负半波可以分别采用不同的熔滴过渡形式，使焊缝成形比以往更加美观、精确并且容易控制、飞溅极少。焊缝成形更多地依靠机器来完成，大大降低了人为因素对焊缝成形的影响、降低对焊工操作技能培训的要求，不但节省了生产成本，而且使以往难于解决的焊接问题（如极薄的铝或不锈钢板的MIG焊）变得简单，焊缝质量的稳定性、再现性得到极大的提高。

点击看双脉冲（superpulse）过渡技术（瑞典ESAB公司）。

点击了解冷金属过渡（CMT）技术（奥地利Fronius公司）第二十三页，共二十九页，编辑于2023年，星期日母材熔化与焊缝成形一、焊缝(weld)形成过程

母材熔化形成熔池(moltenpool)／熔池凝固形成焊缝——熔池形状与焊缝质量有关（《熔焊原理》）

二、焊缝形状与焊缝质量的关系焊缝成形的基本参数：熔深(penetration或depthofpenetration)

熔宽余高(reinforcement或excessweldmetal)

焊缝成形系数(formfactorofweld)=焊缝宽度／焊缝厚度第二十四页，共二十九页，编辑于2023年，星期日1、焊接工艺参数焊接电流(主要影响熔深)：I↑→熔深↑、熔宽稍↑、余高↑电弧电压(主要影响熔宽)：U↑→熔宽↑、熔深↓、余高↓焊接速度：增加，则熔深、熔宽、余高均减小三、焊接工艺因素对焊缝成形

（appearanceofweld）的影响第二十五页，共二十九页，编辑于2023年，星期日2、其它工艺因素

焊丝直径：增大，则熔深、余高减小，熔宽增加焊丝伸出长度：增加，则熔深减小，余高增加焊丝伸出长度对焊道形状的影响

1—余高

2—熔深

3—焊道宽度

○——焊丝直径Φ1.2mm焊接电流250A

●——焊丝直径Φ1.6mm,焊接电流350A(保护气体Ar95%+CO25%，气流量25L/min)

第二十六页，共二十九页，编辑于2023年，星期日坡口角度及间隙：增大，则余高及熔合比减小板厚：增大，则熔深及余高