《手工电弧焊焊接讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《手工电弧焊焊接讲义（181页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,焊接方法及工艺 第一章 焊接电弧基础,主讲：李淑华,2,目 录 第一章 焊接电弧基础 1.1手工电弧焊原理 1.2焊接电弧的机理 1.3电弧的特性及焊接电源 1.4电弧的挺直性与磁偏吹,3,1.7焊接工艺（手工电弧焊） 1.7.1 焊前预热及焊后热处理 1.7.2 手工焊接工艺 1.7.3 手弧焊的安全技术 1.7.4 低碳钢焊接及压力容器 1.8 电弧中的保护气体 1.8.1 保护气种类与纯度 1.8.2 保护气的分解及在金属中的溶解 1.8.3 混合气体的选择及作用 1.8.4 保护气气流与保护效果,4,第一章 焊接电弧基础 1.1手工电弧焊原理 手工电弧焊原理：在焊条与母材(被焊材料
2、)之间引燃电弧，利用电弧热进行熔化焊接。电弧及焊接区受到焊条药皮(药剂)分解产生的气体及熔渣的保护，使其与大气相隔离。焊条芯受到电弧的加热而熔化，形成熔滴过渡到熔池，与母材的熔化金属共同形成焊缝金属。,5,图1 焊条电弧焊原理,电焊条：J422 、J506 、J507,6,焊条药皮的组成及作用： 每种药皮的配方中，一般都有79种以上的原料。这些原料多数是矿物质，也有少量有机物。,稳弧剂 碳酸钠、大理石、长石等； 造渣剂 大理石、萤石、钛白粉等； 造气剂 纤维素、白云石等； 脱氧剂 锰铁、钛铁、铝粉等； 合金剂 锰铁、硅铁、钼铁等； 粘接剂 钾水玻璃，钠水玻璃； 稀释剂 长石、萤石、钛铁矿等。,
3、7,手工电弧焊特点：设备简单，方法简单灵活，适应性强，手工操作技术要求高。劳动条件差，生产效率低。,8,手工电弧焊实用范围：单件、小批量、短缝、不规则，各种空间位置，不易实现机械化。厚度大于1.5mm，1mm以下不能焊。,9,手工焊材料：碳钢、低合金钢、不锈钢、铜及铜合金、铸铁补焊、堆焊。 活泼金属（Ti、Nb、Zr）；难熔金属（Mo、Ta）；低熔点金属Pb、Sn、Zn及合金）；高C、铸铁等都不能焊。,10,1.2焊接电弧的机理 电弧的实质：在一定的条件下，电荷通过两电极之间的气体空间的一种导电现象。（气体放电现象）,11,12,特殊的气体放电过程：电能能转换为热能；机械能；光能；磁能,13,
4、通常气体不导电，在一定条件下，原子获得足够的能量电离成正离子和电子便能导电。,14,电离：使中性的气体分子变成电子和离子过程。 电离势：使气体电离所花费的能量，叫做电离势或电离电位。单位：电子伏特或伏,15, 碱金属、碱土金属（K、Na、Ca等），外层一个或两个电子，易失去、易电离、电离电位低，药皮中加入引弧容易，电弧燃烧稳定。（引弧剂，稳弧剂）。J422,J502,J423等。,16, F(7个电子)电离电位较高，不易电离，加入药皮不易引弧。 J507(CaF2)。CaF2可去除H、S、P。,17,18,1.2.1.引弧 引弧方法：擦划，点接触。 焊条与工件接触又迅速拉开的瞬间产生的。但实际
5、是由：“短路空载燃弧”三个极短的阶段。,19,短路 短路阶段：金属蒸气；药皮蒸气；电子的热发射。,20,突出点接触，电弧密度极大（I短1.53 I焊 ），很大的电流（I短），很小的面积，很大电阻热。,21,电阻热: 电阻热使接触点温度骤然升高，电极表面金属熔化，蒸发 药皮中物质K、Na、Ca分解蒸发,Fe、K、Na、Ca蒸气具备电离气氛.,22,电子的热发射 阴极表面温度很高，电子获得足够的能量，活跃，冲破表面，逸出到空间去叫做热发射电子，电子逸出金属表面消耗的能量逸出功。,23,空载 焊条刚刚拉开，电弧尚未形成的一瞬间，电源处在空载状态：I=0,V=U0 。 空载电压较高：手工电弧焊U050
6、90伏。,24,很短的距离，弧长105106mm内。 电场强度很大。,25,足够大的电场强度，使电子从阴极发射出来，叫做电子自发射。空载阶主要是自发射。,26,自发射，热发射很强烈，但刚刚开始，还不能使两极间的气体充分电离，因此电弧尚未形成，还处于空载状态。I=0。,27,（3）燃弧 短路阶段和空载阶段为燃弧准备了必要条件。,28,a.两极间：空气，金属蒸气，药皮蒸气，易电离成为能导电的电弧介质。 b.热发射，自发射：从阴极表面发射大量高速运动电子。 c.电源供电：两极间有足够大的电场强度，成为发射电子、电离气体的动力来源。,29,由于具备了上述条件，使得由阴极发射出来的电子，在电场加速下，发
7、生激烈的碰撞：,30,电子在电场作用下，撞击原子使之电离，碰撞电离发生链锁反应。产生雪崩式击穿而形成电弧。,31,即当焊条提升到一定高度时，则两极间的空间顷刻发生突变，发出强烈的光和热，即电弧引燃。,32,弧柱空间：大量的碰撞，碰撞电离、热电离，中和放电，达到热平衡。 正离子跑向阴极撞击阴极表面，释放出动能，同时在阴极表面中和成原子，释放成位能。 电子跑向阳极，进入阳极，释放出动、位能，全部能量。 电弧作为换能器，电能转化为热能，光能，机械能。,33,常见导体材料逸出功,34,35,电极表面温度的高低受材料沸点的限制。 钨、碳电极表面温度可达3500K以上，高温下发射大量电子。热阴极（材料）。
8、 W沸点：5950K, 熔点：3653K Cu、Al、Fe电极表面沸点低，表面温度也低，热发射能力差，必须依靠电场发射电子予以补充。冷阴极。 Fe沸点：3008 K ，熔点：1808K(1535),36,1.3 焊接电弧的特性 1.3.1电弧的结构 直流电弧为例，电弧近似看成为一个圆柱形的气体导体。,37,38,39,阴极区：靠近阴极端部的地方，阴极压降较大，相当于电弧介质的电离势。E106V/cm，自发射。 阴极斑点：在整个阴极端面上电流集中在很小很光亮的斑点上，是电子集中发射的地方。T22003600K，几乎接近电极材料（碳钢）的沸点。 阴极区电流：正离子流向阴极，撞击阴极斑点并与电子中和
9、。电子流向弧柱，去进行撞碰电离。,40,阳极区：靠近阳极的地方。 阳极斑点：光亮的斑点，弧柱中来的电子经阳极区电场作用加速，集中射击到阳极斑点，撞入阳极，此处温度高，电流密度大。 阳极区电流:基本上全部由电子流组成。 阳极区压降：基本上不受电极材料和电弧介质的影响，约为2.5V。,41,弧柱区：充满着气体介质的分子，原子，以及电子，正离子和负离子。 高速运动的电子撞击原子使之电离，电子和正离子中和，释放出能量。碰撞时发生能量的转换，部分动能转化为热能。 每次碰撞产生的能量虽小，但电子数目极多，故反应激烈，产生很大的热量，弧柱5000-8000K，发强光。 电弧温度分布：纵向、横向。,42,43
10、,44,电弧极性的选择：主要依据焊条的性质和焊件所需能量： 一般低碳钢结构：J422，J423，交直两用。 焊接重要结构：J507，J557，直流反接。 厚板正接，薄板反接。有色金属，铸铁反接（药皮影响）。,45,极性鉴别：J507 直流电焊机稳定性交流 交流：f=50Hz，正负变化100次/秒，过零点I=0，电弧熄灭，所以电弧温度比直流低一些，稳弧性差。,46,1.3.3 焊接电弧的静特性 焊接电弧的静特性：弧长一定，稳定燃烧时，通过电弧的电流与电弧两端的压降之间的关系称之为电弧的静特性。,47,金属电阻，温度不高时，R常数，电阻静特性是直线。电弧电阻R在变化，电弧静特性为曲线，称U型特性。
11、,48,(1)ab段，下降特性，I1000A；熔化极气体保护焊、大电流 细丝埋弧焊。,49,1.3.4焊接电源（电焊机） 1.3.4.1焊接电源的特点 保证稳定燃烧，获得优质焊缝，焊接电源应具备的条件是：,陡降的外特性； 适当的空载电压； 可调的外特性； 较好的动特性。,50,陡降的外特性 焊接电源的外特性：焊接电源的输出电压与输出电流之间的对应关系。,51,为什么需要陡降的外特性？,稳定工作点 电流波动小 短路电流不过大,52,短路电流不过大 一般要求I短=（120-130）% I焊，最大不超过150%。,53,所以陡降外特性具备：稳定工作点；电流波动小；短路电流不过大。,54,适当的空载电
12、压,55,连续可调的外特性 Imax不大于（45）Imin，即可 满足使用要求。,56,焊接电源应有较好的动特性 焊接时熔滴过渡，经常发生短路，V=0，电弧熄灭，在焊条拉开的瞬间电压要迅速上升，达到25V/0.05秒，电弧可重新自行引燃。 短路时由于有电磁惯性，产生短路冲击电流，造成金属飞溅，烧穿工件，并损害电机。一般要求：I短路冲击3I短路.,57,动特性好的电焊机：容易引弧，电弧突然拉长一些电弧也不容易熄灭，飞溅小。电弧“安静、柔软”好象富有“弹性”。 动特性不好的电焊机：打火时，焊条容易粘在工件上，不易引弧，拉长熄灭。飞溅严重，感觉电弧“硬”，很 “暴躁”。,58,小结： 合适的焊接电源
13、应具备： 陡降的外特性： 稳定的工作点 电弧波动小 短路电流不过大,59,适当的空载电压 直流焊机：5070V，不大于90V。 交流焊机：6080V，不大于100V。,60,连续可调的外特性 Imax不大于（45）Imin。 较好的动特性 短路时 V=25V/0.05秒， I短路冲击3I短路。,61,影响焊接电弧稳定性的因素（除操作技术外）： 弧焊电源的种类与特性 a.交流电源：周期性的顺时熄灭和引燃； b.供电网路电压波动； c.平特性电源，电源外特性必须是陡降。,62,焊条药皮的成分 药皮中含K、Na、Ca 等易电离元素较多，稳定。 CaF等反电离物质，不稳定。 药皮偏心，熔点过高，受潮，
14、变质，开裂等。,63,焊接环境 焊接区：油污，氧化物，水分等，大风等。,64,1.3.4.2手工弧焊电焊机的分类、牌号 交流电焊机（焊接变压器）BX1-500，BX2-500。 交流电焊机是一个特制的降压变压器，将初级电压380V或220V降到V0=60-80V，其内部加一个较大的感抗。,65,交流电焊机：结构简单，制造方便，成本低，噪音小。电弧燃烧稳定性较差，节省电能，维护方便，只适合酸性焊条焊接。 常见的型号：BX1-500: B焊接变压器，X下降特性，1系列品种序号，额定电流500A。 BX-500 BX1-500 BX3-500,66,直流电焊机（弧焊发电机） 旋转式直流电焊机由一个发
15、电机和一个拖动它的电动机组成，由交流网路供电使电动机旋转，带动发电机电枢旋转，发出直流电供焊接使用。,67,弧焊发电机，结构复杂，制造复杂，成本高，噪音大，寿命短（有旋转部分）。电弧燃烧稳定性较好，性能可靠，碱性、酸性焊条均可焊接。重要的受压设备，合金钢，不锈钢等。 常见的型号：AX1-500，AX3-500。,68,硅整流焊机（弧焊整流器） 硅整流式直流电焊机也称弧焊整流器，是一种将工频交流电整流变为直流电的手弧焊设备。 常见型号有ZX1-300、ZX4-500等。,69,晶闸管逆变弧焊整流器（逆变焊机） ZX7-250 ZX7-315 ZX7-400 ZX7-630,70,1.3.4.3
16、电焊机的主要技术参数及牌号 与电焊机操作性能有关的参数主要有空载电压、工作电压、额定电流、电流调节范围和暂载率等。 此处仅介绍暂载率和额定电流。,71,额定暂载率与额定电流 暂载率(负载持续率)是用来表示焊接电源工作状态的参数，它是在选定的工作时间周期内，许焊机连续负载的时间。,72,73,焊机工作时会发热，温升过高焊机烧毁，一般机温不得超过6080。 焊接电流大、连续运转温升高。,74,标准规定，500A以下的焊机，选定的工作时间为10min。 如手工电弧焊时，只有电弧燃烧时焊接电源才有负载，在更换焊条与清渣时焊接电源没有负载。,75,额定暂载率及额定电流：是电焊机设计时根据其最经常的工作条件选定的。,76,实际暂载率与允许工作电流 如AXl500可以用于手工电弧焊，也可用于埋弧焊。 AXl500的额定暂载率是65，这时允许的焊接电流为500A。,77,用于埋弧焊时，由于焊接过程
