焊接電弧焊基礎知識

焊接電弧焊基礎知識第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日本章重點：①熔滴過渡的主要形式及特點②焊接工藝參數(shù)對焊縫成形的影響。本章難點：①熔滴過渡的特點以應用學習方法建議：①對焊接電弧的基礎知識，包括電弧的物理基礎、導電特性的內(nèi)容不必追求過深、過細；②在準確把握熔滴過渡特點的基礎上去理解它們的應用，并清楚常見焊接方法所用的熔滴過渡形式；③結(jié)合實訓操作，體會并熟悉常見焊接工藝參數(shù)及因素對焊縫成形（質(zhì)量）的影響規(guī)律。第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日焊接電弧

一、焊接電弧的物理基礎

電弧的實質(zhì)：氣體放電（導電）（一）電弧及其電場強度分布

電弧的特點：低電壓、大電流、溫度高、亮度大第3頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日

獲得電弧的途徑：氣體電離+電子發(fā)射

1、電離的種類：熱電離場致電離光電離

電離能及其與引弧的關系

2、（陰極）電子發(fā)射熱發(fā)射場致發(fā)射光發(fā)射粒子碰撞發(fā)射

逸出功及其與引弧的關系（二）電弧中帶電粒子的產(chǎn)生第4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日（三）帶電粒子的消失

帶電粒子通過擴散、復合和電子結(jié)合成負離子等的過程消失。電弧穩(wěn)定“燃燒”時，帶電粒子的產(chǎn)生和消失處于動平衡狀態(tài)。負離子的存在對電弧穩(wěn)定性的影響。第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日二、焊接電弧的導電特性電弧的三個區(qū)域：陰極區(qū)弧柱區(qū)陽極區(qū)（一）弧柱區(qū)的導電特性

最小電壓原理（二）陰極區(qū)的導電特性

1、熱發(fā)射型

2、電場發(fā)射型陰極斑點（三）陽極區(qū)的導電特性

1、陽極斑點

2、陽極區(qū)導電形式第6頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日三、焊接電弧的工藝特性

電弧的工藝特性主要包括：熱能特性、力學特性、電弧穩(wěn)定性等。

1、電弧熱的形成機構

電弧的弧柱、陰極區(qū)、陽極區(qū)的產(chǎn)熱特性各不相同。

⑴弧柱的產(chǎn)熱

⑵陰極區(qū)的產(chǎn)熱特性⑶陽極區(qū)的產(chǎn)熱特性（一）電弧的熱能特性第7頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日

2、電弧的溫度分布

⑴軸向－兩極區(qū)低弧柱區(qū)高

⑵徑向－中心高四周低

3、焊接電弧的熱效率及能量密度

電弧產(chǎn)熱的一部分熱量會通過對流、傳導、輻射等形式散失，所以會存在熱效率問題。常用焊接方法的大致熱效率如表。第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日

能量密度分布：軸向－兩極區(qū)大弧柱區(qū)小徑向－中心大四周小第9頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日（二）、電弧的力學特性1、電弧力類型及作用電磁（收縮）力——使電弧獲得剛直性，促進熔滴過渡第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日等離子流力——促進熔滴過渡斑點（壓）力——陰極＞陽極／阻礙熔滴過渡第11頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日2、電弧力的主要影響因素氣體介質(zhì)、焊接電流和電壓、焊絲（條）直徑、極性和電極端部形狀等。電極材料蒸發(fā)的反作用力——陰極＞陽極／阻礙熔滴過渡熔滴(droplet)沖擊力——對熔池造成沖擊短路爆破力——短路時產(chǎn)生，導致飛濺第12頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日三、焊接電弧的穩(wěn)定性

電弧穩(wěn)定性的概念（P19）影響電弧穩(wěn)定性的因素：電源、外界因素、藥皮（芯）（焊劑）、磁偏吹等第13頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日焊接熔滴過渡

（一）焊絲的熱源焊絲熔化的熱源電弧熱（主）+電阻熱（次）（二）焊絲的熔化特性焊絲的熔化特性——焊絲的熔化速度與焊接電流之間的關系。一、焊絲的加熱和熔化特性

區(qū)別清楚與焊絲熔化有關的幾個概念：熔化速度(mm/min&kg/h)

熔化系數(shù)(g/A?h)

熔敷系數(shù)(g/A?h)

熔敷速度(kg/h)

熔敷效率(%)

飛濺率(%)

損失系數(shù)(%)第14頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日

焊絲的熔化特性主要受焊絲材料、直徑和伸出長度(stick-out)等因素影響。第15頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日二、熔滴上的作用力

熔滴上的作用力是影響熔滴過渡及焊縫成形的主要因素。

1、重力

2、表面張力

3、電弧力（注意其包含幾項力在內(nèi)）！

4、熔滴爆破力

5、電弧的氣體吹送力第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日在不同的焊接條件下，力的種類、大小不同，形成了不同的熔滴過渡形式重力（促進或阻礙熔滴過渡）表面張力（促進或阻礙熔滴過渡）電磁收縮力（促進或阻礙熔滴過渡）等離子流力（促進熔滴過渡）氣體吹送力（促進熔滴過渡）金屬蒸氣的反作用力（阻礙熔滴過渡）斑點壓力（阻礙熔滴過渡）爆破力（造成飛濺）總結(jié)：熔滴上的作用力及其特點第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日三、熔滴過渡及特點

自由過渡：滴狀過渡

噴射過渡(Spraytransfer)

:易在（富）氬氣氛種獲得，熔深大\熔敷效率高，適用于中、厚板平位置的填充、蓋面。（有上、下限電流\可加脈沖）爆炸過渡(Explosivetransfer)

傳統(tǒng)上，通常將熔滴過渡(metaltransfer)分成自由過渡、接觸過渡、渣壁過渡三種主要形式，每一種又可以再分為不同的亞型。目前，熔滴過渡的名稱尚未規(guī)范、統(tǒng)一。熔滴過渡過程復雜，對電弧的穩(wěn)定性、焊縫成形和冶金過程均有影響。第18頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日

接觸過渡：短路過渡(Shortcircuitingtransfer)

在各種氣氛中，低電壓、細焊絲（小電流）（但電流密度不小）均可獲得；熱輸入小、焊接變形小、全位置焊性能好但一般飛濺較大；適用于薄板焊接或中厚板的打底焊接。搭橋過渡渣壁過渡(Fluxwallguidedtransfer)：沿渣殼（埋弧焊）沿套筒（焊條電弧焊）第19頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日常見焊接方法的熔滴過渡形式

焊條手工焊（SMAW&MMA）酸性焊條：細滴過渡

堿性焊條：粗滴過渡(Globulartransfer&Drop

transfer)+短路過渡

CO2焊：滴狀過渡（粗絲）、短路過渡、表面張力過渡

（STT）（細絲）

MIG（焊鋁）：噴射過渡、亞射流過渡

MAG（熔滴過渡形式最多、最靈活）：短路過渡

射滴過渡

射流過渡（噴射過渡）規(guī)律：隨著電流的增加，熔滴過渡的體積減小、頻率加快。第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日關于熔滴過渡技術的最新發(fā)展

傳統(tǒng)上，熔滴過渡在一個電流周期，形式內(nèi)比較單一，缺乏靈活性，焊縫成形的好壞在很大程度上仍然依賴于焊工的操作技術水平和心理狀態(tài)。

近年來，隨著逆變技術特別是數(shù)字技術在焊接設備上的應用逐漸推廣，已經(jīng)可以對熔滴過渡進行快速、精確的實時控制，情況發(fā)生了很大的變化，在熔化極氣體保護焊中出現(xiàn)了如表面張力過渡（STT）、冷金屬過渡（CMT）和雙脈沖（doublepulse、superpulse）過渡等新的熔滴過渡技術。第21頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日

下面為冷金屬過渡過程及其所焊的鋁合金薄板對接焊縫。第22頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日

瑞典ESAB公司發(fā)展的superpulse技術，在一個電流周期內(nèi)可以采用不同熔滴過渡形式的組合，即正、負半波可以分別采用不同的熔滴過渡形式，使焊縫成形比以往更加美觀、精確并且容易控制、飛濺極少。焊縫成形更多地依靠機器來完成，大大降低了人為因素對焊縫成形的影響、降低對焊工操作技能培訓的要求，不但節(jié)省了生產(chǎn)成本，而且使以往難于解決的焊接問題（如極薄的鋁或不銹鋼板的MIG焊）變得簡單，焊縫質(zhì)量的穩(wěn)定性、再現(xiàn)性得到極大的提高。

點擊看雙脈沖（superpulse）過渡技術（瑞典ESAB公司）。

點擊了解冷金屬過渡（CMT）技術（奧地利Fronius公司）第23頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日母材熔化與焊縫成形一、焊縫(weld)形成過程

母材熔化形成熔池(moltenpool)／熔池凝固形成焊縫——熔池形狀與焊縫質(zhì)量有關（《熔焊原理》）

二、焊縫形狀與焊縫質(zhì)量的關系焊縫成形的基本參數(shù)：熔深(penetration或depthofpenetration)

熔寬余高(reinforcement或excessweldmetal)

焊縫成形系數(shù)(formfactorofweld)=焊縫寬度／焊縫厚度第24頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日1、焊接工藝參數(shù)焊接電流(主要影響熔深)：I↑→熔深↑、熔寬稍↑、余高↑電弧電壓(主要影響熔寬)：U↑→熔寬↑、熔深↓、余高↓焊接速度：增加，則熔深、熔寬、余高均減小三、焊接工藝因素對焊縫成形

（appearanceofweld）的影響第25頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日2、其它工藝因素

焊絲直徑：增大，則熔深、余高減小，熔寬增加焊絲伸出長度：增加，則熔深減小，余高增加焊絲伸出長度對焊道形狀的影響

1—余高

2—熔深

3—焊道寬度

○——焊絲直徑Φ1.2mm焊接電流250A

●——焊絲直徑Φ1.6mm,焊接電流350A(保護氣體Ar95%+CO25%，氣流量25L/min)

第26頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日坡口角度及間隙：增大，則余高及熔合比減小板厚：增大，則熔深及余高