電弧焊基礎(chǔ)知識_百度文庫

1、第一章 電弧焊基礎(chǔ)知識一、教學(xué)目的:能正確認(rèn)識焊接電弧中帶電粒子的產(chǎn)生原理了解焊接電弧的工藝特性及電弧力的種類了解陰極斑點(diǎn)及陽極斑點(diǎn)的定義了解熔滴上的作用力掌握熔滴過渡的主要形式及其特點(diǎn)能正確認(rèn)識焊縫形成過程了解焊接工藝參數(shù)對焊縫成形的影響了解焊縫成形缺陷的產(chǎn)生及防止二、教學(xué)重點(diǎn):焊接電弧中帶電粒子的產(chǎn)生原理熔滴過渡的主要形式及其特點(diǎn)焊接工藝參數(shù)對焊縫成形的影響三、教學(xué)難點(diǎn):電離和激勵極斑點(diǎn)及陽極斑點(diǎn)最小電壓原理焊縫成形缺陷的產(chǎn)生及防止四、參考學(xué)時數(shù):4學(xué)時五、主要教學(xué)內(nèi)容:第一節(jié) 焊接電弧一、焊接電弧的物理基礎(chǔ)(一電弧及其電場強(qiáng)度分布電弧是一種氣體放電現(xiàn)象,它是帶電粒子通過兩電極之間氣體空間

2、的一種導(dǎo)電過程。 電弧有三個部分構(gòu)成:陰極區(qū)、陽極區(qū)、弧柱區(qū)。(二電弧中帶電粒子的產(chǎn)生1、氣體的電離在外加能量作用下,使中性的氣體分子或原子分離成電子和正離子的過程稱為氣體電 離。其本質(zhì)是中性氣體粒子吸收足夠的能量, 使電子脫離原子核的束縛而成為自由電子和正 離子的過程。電離種類:(1熱電離氣體粒子受熱的作用而產(chǎn)生電離的過程稱為熱電離。 其本質(zhì)為粒子熱運(yùn)動激烈, 相互碰 撞產(chǎn)生的電離。(2場致電離帶電粒子在電場中加速,和其中的中性粒子發(fā)生非彈性膨脹而產(chǎn)生的電離。電離程度:電離度:單位體積內(nèi)電離的粒子數(shù)浴氣體電離前粒子總數(shù)的比值稱為電離度。(3光電離中性氣體粒子受到光輻射的作用而產(chǎn)生的電離過程稱

3、為光電離。2、陰極電子發(fā)射(1電子發(fā)射:陰極中的自由電子受到外加能量時從陰極表面逸出的過程稱為電子發(fā) 射。其發(fā)射能力的大小用逸出功 Aw表示。(2陰極斑點(diǎn)陰極表面光亮的區(qū)域稱為陰極斑點(diǎn)。陰極斑點(diǎn)具有“陰極清理” (“陰極破碎” 作用,原因:由于氧化物的逸出功比純金屬 低,因為陰極斑點(diǎn)會移向有氧化物的地方,將該氧化物清除。(3電子發(fā)射類型1熱發(fā)射陰極表面受熱引起部分電子動能達(dá)到或超過逸出功時產(chǎn)生的電子發(fā)射。熱陰極以熱發(fā)射為主要的發(fā)射形式。2場致發(fā)射陰極表面受到電場力的影響,當(dāng)電場力達(dá)到某一程度時電子逸出陰極表面形成電子發(fā) 射。冷陰極以場致發(fā)射為主要的發(fā)射形式。3光發(fā)射陰極表面受到光輻射的作用使自

4、由電子能量達(dá)到一定程度而逸出金屬表面形成發(fā)射。 4粒子碰撞發(fā)射電弧中高速運(yùn)動的正離子碰撞陰極時使表面自由電子得到能量而逸出陰極表面的現(xiàn)象。 (三帶電粒子的消失1、擴(kuò)散帶電粒子從密度高的中心部位向密度低的周邊遷移的現(xiàn)象。2、復(fù)合電弧周邊正負(fù)粒子結(jié)合成中性粒子的現(xiàn)象。3、負(fù)離子的形成部分中性粒子吸附電子而形成負(fù)離子的過程。二、焊接電弧的導(dǎo)電特性(一弧柱區(qū)的導(dǎo)電特性弧柱是包含大量電子、 正離子等帶電粒子和中性粒子等聚合在一起的氣體狀態(tài), 這種對 外呈電中性的狀態(tài)稱為電弧等離子體。最小電壓原理:弧柱在穩(wěn)定燃燒的時候, 有一種使自身能量消耗最小的特性, 即當(dāng)電流 和電弧周圍條件一定時, 穩(wěn)定燃燒的電弧將

5、自動選擇一個確定的導(dǎo)電截面, 使電弧的能量消耗最小。 當(dāng)電弧長度也為定值時, 電場強(qiáng)度的大小即代表了電弧產(chǎn)熱量的大小, 因此, 能量 消耗最小時的電場強(qiáng)度最低,即在固定弧長上的電壓降最小,這就是最小電壓原理。(二陰極區(qū)的導(dǎo)電特性作用有:接受由弧柱傳來的正離子流;向弧柱區(qū)提供電弧導(dǎo)電所需的電子流。其發(fā)射形式主要有:1、熱發(fā)射型2、電場發(fā)射型(三陽極區(qū)的導(dǎo)電特性1、陽極斑點(diǎn)在陽極表面可看到的爍亮發(fā)光的區(qū)域,稱為陽極斑點(diǎn)。陽極斑點(diǎn)會自動尋找熔點(diǎn)比較低的純金屬表面而避開氧化物,在金屬表面游走。2、陽極區(qū)的導(dǎo)電形式(1場致電離(2熱電離三、焊接電弧的工藝特性(一電弧的熱能特性1、弧柱的產(chǎn)熱電流密度小,溫

6、度高,能量主要由粒子碰撞產(chǎn)生,熱能損失嚴(yán)重。2、陰極區(qū)的產(chǎn)熱電流密度大, 溫度低, 能量主要用來對陰極加熱和陰極區(qū)的散熱損失, 還可用來加熱填 充材料或焊件。3、陽極區(qū)的產(chǎn)熱電流密度大, 溫度低, 能量主要用于對陽極的加熱和散失, 也可用來加熱填充材料或焊 件。(二電弧的力學(xué)特性電弧力影響到焊件的熔深及熔滴過渡, 熔池的攪拌、 焊縫成形以及金屬飛濺, 因此電弧 力直接影響著焊縫質(zhì)量。1、電弧力及其作用(1電磁收縮力產(chǎn)生原因:電弧電流線之間產(chǎn)生的相互吸引力。由于電極兩端的直徑不同, 因此電弧呈倒錐形狀。 電弧軸向推力在電弧橫截面上分布不 均勻, 弧柱軸線處最大, 向外逐漸減小, 在焊件上此力表現(xiàn)

7、為對熔池形成的壓力, 稱為電磁 靜壓力。作用效果:使熔池下凹;對熔池產(chǎn)生攪拌作用,細(xì)化晶粒;促進(jìn)排除雜質(zhì)氣體及夾渣; 促進(jìn)熔滴過渡;約束電弧的擴(kuò)展,使電弧挺直,能量集中。(2等離子流力電磁軸向靜壓力推動電極附近的高溫氣流 (等離子流 持續(xù)沖向焊件, 對熔池形成附加 的壓力,這個壓力就稱為等離子流力(電磁動壓力 。作用效果:等離子流力可增大電弧的挺直性; 促進(jìn)熔滴過渡; 增大熔深并對熔池形成攪 拌作用。(3斑點(diǎn)力電極上形成斑點(diǎn)時, 由于斑點(diǎn)處受到帶電粒子的撞擊或金屬蒸發(fā)的反作用而對斑點(diǎn)產(chǎn)生 的壓力,稱為斑點(diǎn)壓力或斑點(diǎn)力。斑點(diǎn)力的方向總是和熔滴過渡方向相反,因此總是阻礙熔滴過渡,產(chǎn)生飛濺。一般來說

8、,陰極斑點(diǎn)力比陽極斑點(diǎn)力大。2、電弧力的主要影響因素(1焊接電流和電弧電壓(2焊絲直徑(3電極的極性(4氣體介質(zhì)(三焊接電弧的穩(wěn)定性概念:焊接電弧的穩(wěn)定性是指電弧保持穩(wěn)定燃燒的程度。電弧的穩(wěn)定性除了和操作人員的熟練程度有關(guān)之外,還與其他因素有關(guān)。1、焊接電源(電源的空載電壓;電源的極性;電源的接法2、焊條藥皮或焊劑3、焊接電流4、磁偏吹5、電弧長度6、焊前清理7、其他第二節(jié) 焊絲的熔化與熔滴過渡一、焊絲的加熱和熔化特定(一焊絲的熱源電弧焊時,用于加熱、熔化焊絲的熱源是電弧熱和電阻熱。1、電弧熱陰極區(qū)及陽極區(qū)兩個區(qū)域的產(chǎn)熱功率可表達(dá)為:P k =IUk-IU w-IU TP a =IUa+IU

9、w+IU T2、電阻熱在熔化極電弧焊時, 焊絲伸出導(dǎo)電嘴的部分有電流流過, 產(chǎn)生電阻熱, 電阻熱的大小與 電流大小及焊絲伸出長度有關(guān)。產(chǎn)生的電阻熱對焊絲有預(yù)熱作用。P R =I 2R S(二焊絲的熔化特性焊絲在電弧熱和電阻熱的共同作用下加熱熔化, 焊絲的熔化速度即指在單位時間內(nèi)熔化 的焊絲長度。焊絲的熔化特性則是指焊絲的熔化速度 vm和焊接電流 I 之間的關(guān)系。一般焊絲的電阻率和熔化系數(shù)越大,焊絲熔化速度越快。當(dāng)然, 并不是焊絲熔化速度越快越好, 焊絲的熔化速度必須等于送絲速度, 才能建立穩(wěn) 定的焊接過程。二、熔滴上的作用力熔滴的形成:電弧焊時,在電弧熱作用下焊絲或焊條端部受熱熔化形成了熔滴。

10、熔滴上的作用力直接影響到熔滴過渡及焊縫成形。其作用力有:1、重力重力在平焊時促進(jìn)熔滴過渡;而在立焊及仰焊位置則阻礙熔滴過渡。2、表面張力表面張力在平焊是阻礙熔滴過渡,但在其他位置焊接時,表面張力對熔滴過渡有利。 3、電弧力電弧力(電磁收縮力、等離子流力、斑點(diǎn)力等中,電磁收縮力及等離子流力對熔滴過 渡有促進(jìn)作用,斑點(diǎn)力阻礙熔滴過渡的順利進(jìn)行。4、熔滴爆破力熔滴內(nèi)部由于冶金反應(yīng)而生成氣體或氣體蒸氣時, 在電弧高溫下可能會聚集致使熔滴爆 破,這中內(nèi)壓力稱為熔滴爆破力,他是產(chǎn)生飛濺的原因之一。5、電弧的氣體吹力焊條電弧焊是焊條端部形成套筒,藥皮中的造氣劑產(chǎn)生的氣體及 CO 氣體在高溫下膨脹 并從套筒中

11、噴出,形成一股促進(jìn)熔滴過渡的推力。三、熔滴過渡的主要形式及特點(diǎn)熔滴過渡的形式有:(一 自由過渡:熔滴經(jīng)電弧空間自由飛行, 焊絲端頭與熔池不發(fā)生直接接觸的過渡方 式。1、滴狀過渡(1粗滴過渡(2細(xì)滴過渡2、噴射過渡(二接觸過渡:焊絲端部的熔滴與熔池表面通過接觸而過渡的方式。1、短路過渡2、搭橋過渡(三渣壁過渡:渣壁過渡是熔滴沿著熔渣的壁面流入熔池的一種過渡形式。第三節(jié) 母材熔化與焊縫成形一、焊縫形成過程在電弧熱的作用下焊絲與母材被熔化, 在焊件上形成一個具有一定形狀和尺寸的液態(tài)熔 池。 隨著電弧的移動熔池前端的焊件不斷被熔化進(jìn)入熔池中, 熔池后部則不斷冷卻結(jié)晶形成 焊縫。熔池的體積由電弧的熱作用

12、決定,而熔池的形狀則取決于電弧對熔池的作用力。 焊縫的結(jié)晶總是從熔池邊緣處母材的原始晶粒開始, 沿著熔池散熱的相反方向進(jìn)行, 直 至熔池中心與從不同方向結(jié)晶而來的晶粒相遇時為止。 因此, 所有的結(jié)晶晶粒方向都與熔池 的池壁相垂直。二、焊縫形狀與焊縫質(zhì)量的關(guān)系焊縫形狀即是焊件熔化區(qū)橫截面的形狀,我們通常用焊縫有效厚度 S 、焊縫寬度 c 和余 高 h 三個參數(shù)來表示。焊縫成形系數(shù) =c/S余高系數(shù) =c/h熔合比 Am/（AmAH） 三、焊接工藝參數(shù)對焊縫成形的影響 通常對焊縫影響較大的焊接參數(shù)有：焊接電壓、焊接電流、焊接速度、熱輸入等。 1、焊接參數(shù)的影響 （1）焊接電流 I； （2）電弧電壓

13、 U；S，h； （3）焊接速度 V；c，h，S； 2、工藝因素的影響 （1）電流種類與極性 （2）焊絲直徑和伸出長度 焊絲直徑；電流密度越大，對焊件加熱越集中；電磁收縮力越大，焊縫厚度、余高增 大。 伸出長度；電阻增大，電阻熱增大，焊絲熔化速度加快，余高增加，焊縫厚度略微減 小。 （3）電極傾角（前傾、后傾） （4）焊件傾角（上坡焊、下坡焊） 3、結(jié)構(gòu)因素 （1）焊件材料和厚度 （2）坡口和間隙 四、焊縫成形缺陷的產(chǎn)生及防止 1、焊縫外形尺寸不符合要求 現(xiàn)象：焊縫表面高低不平、焊縫波紋粗劣、縱向?qū)挾炔痪鶆?、余高過高或過低等。 可能原因：坡口角度不當(dāng)、裝配間隙不均勻、焊接參數(shù)選擇不當(dāng)、操作人員技術(shù)不熟練 等。 2、咬邊 現(xiàn)象：由于焊接參數(shù)選擇不當(dāng)，或操作方法不正確，沿焊趾的母材部位產(chǎn)生的溝槽或凹 陷。 可能原因： 采用大電流焊接告訴焊接或焊角焊縫時一次焊接的焊腳尺寸過大， 電壓過高 等都可能出現(xiàn)咬邊現(xiàn)象。 3、為焊透和未熔合 現(xiàn)象：焊接接頭根部未完全熔透