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1、 课 时 授 课 计 划 副 页1 年 月 日教学过程及授课内容附 注绪论第一节 焊接措施及及发展概况一、焊接及其本质连接分为：可拆卸连接；永久性连接。焊接：通过加热或加压，或两者并用，使用或不用填充材料，使焊件达到结合的一种加工工艺措施。（焊接是通过合适的物理化学措施，使两个分离的固体通过原子间的结合力结合起来的一种连接措施。）二、焊接的分类焊接分为：（1）熔化焊：运用一定的热源，使构件的被连接部位局部熔化成液体，然后再冷却结晶成一体的措施称为熔焊。（2）钎焊：运用摩擦、扩散和加压等物理作用，克服两个连接表面的不平度，除去氧化膜及其他污染物，使两个连接表面上的原子互相接近到晶格距离，从而在固
2、态条件下实现连接的措施。（3）压力焊：采用熔点比母材低的材料作钎料，将焊件和钎料加热至高于钎料熔点、但低于母材熔点的温度，运用毛细作用使液态钎料布满接头间隙，熔化钎料润湿母材表面，冷却后结晶形成冶金结合。根据热源分类，熔化焊涉及：电弧焊、气焊、铝热焊、电渣焊、电阻焊、电子束焊、激光焊等。电弧焊又分为：熔化极电弧焊 、非熔化极电弧焊。 熔化极电弧焊涉及：焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊(MIGMAG)、CO2焊 、螺柱焊等。非熔化极电弧焊涉及：钨极氩弧焊（TIG焊）、等离子弧焊 三、焊接的特点：1）焊接可将各个零部件直接连接起来，无需其她附加件，接头强度一般也能达到与母材相似，因此，焊接产品
3、的重量轻、成本低。2）焊接接头是通过原子间的结合力实现的连接，均匀性及整体性好、刚度大，在外力作用下不像机械连接那样产生较大的变形。3）焊接构造具有良好的气密性、水密性，这是其她连接措施无法比拟的。4）可连接不同类型的金属材料、不同形状及尺寸的材料，可使金属构造中材料的分布更合理。5）可将构造复杂的大型构件分解为许多小型零部件分别加工，然后再将这些零部件焊接起来，这样就简化了金属构造的加工工艺、缩短了加工周期。6）焊接是一种“柔性”加工工艺，既合用于大批量生产，又合用于小批量生产。7）缺陷 （1）产生焊接变形和焊接残存应力；（2）焊接接头的性能不均匀性；（3）止裂性差四、焊接措施发展历程： 结
4、合课件进行解说。五、焊接的应用： 多种焊接措施广泛地应用于机械、化工、冶金、车辆船舶、石油、建筑、国防工业、航空航天的各个领域。第一单元：电弧焊基本知识要实钞票属的焊接，必须提供能量，对于熔焊，重要是热源的热能。常用焊接措施的热源有：电弧热、电阻热、化学热、摩擦热、激光束、电子束。模块一、焊接电弧一、焊接电弧的物理基本研究意义：弧焊电源是电弧能量的供应者，其电特性影响到电弧燃烧的稳定性，从而直接影响到焊缝的质量。电弧定义：由焊接电源供应的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。电弧是一种特殊的气体放电现象，它是带电粒子通过两电极之间气体空间的一种导电过程
5、。气体放电：两极间的气体被击穿而导电的过程。非自持放电：气体导电所需要的带电粒子不能通过放电过程自身产生，而需要外加措施来产生带电粒子（加热、施加一定能量的光子等等）。自持放电：当电流不小于一定值时，一旦放电开始，放电过程自身就可以产生维持导电所需要的带电粒子。有暗放电、 辉光放电、 电弧放电等三种。要使两电极之间的气体导电必须具有两个条件：(1) 两电极之间有带电粒子； (2) 两电极之间有电场。 1、焊接电弧产生的条件要使电弧产生和稳定燃烧，就必须使两极（或电极与母材）之间的气体中有带电粒子，而获得带电粒子的措施就是中性气体的电离和金属电极（阴极）电子发射。因此，气体电离和阴极电子发射是焊
6、接电弧产生和维持的两个必要条件。（1）气体电离定义：在外加能量作用下，使中性的气体分子或原子分离成电子和正离子的过程。实质：中性气体粒子吸取足够的外部能量，使分子或原子中的电子脱离原子核束缚而成为自由电子和正离子的过程。电离能：中性气体粒子失去第一种电子所需要的最小能量成为第一电离能失去第二个电子所需的能量称为第二电离能。单位：电子伏（eV） 为：1.610-19J 电离电压：气体的电离电压的大小反映了带电粒子产生的难易限度。电离电压低-带电粒子容易产生有助于电弧导电电离电压高-带电粒子难以产生电弧导电困难电离度：电弧内单位体积内电离的粒子数与气体电离前粒子总数的比值 X=电离的粒子密度/电离
7、前中性粒子密度。焊接电弧中，气体介质电离的形式重要有： 热电离、场致电离、光电离热电离定义：气体粒子受热作用而产生电离的过程。实质：气体粒子的热运动形成频繁而剧烈的碰撞。重要位置：弧柱区（温度在5000-50000K）场致电离定义：在两电极间的电场的作用下，气体中的带电粒子被加速，电能转化为带电粒子的动能，当带电粒子的动能达到一定数值时，则也许与中性粒子发生非弹性碰撞而使之电离，这种电离被称为场致电离。场致电离发生的位置:重要是两极区，由于在这两个区域内电场强度可达105-107V/cm，而弧柱区电场强度为：10V/cm左右，电场作用不明显。由于电子质量远不不小于其她粒子的质量，因而在电场的作
8、用下，速度快，动能大，其他其她粒子发生非弹性碰撞，几乎将自身的动能所有传递给相应的粒子，使中性粒子发生电离或鼓励。因而场致电离中电子起到重要的作用。光电离定义：中性气体粒子受到光辐射的作用而产生的电离过程范畴：电弧的辐射只也许对K、Na、Ca、Al等金属蒸汽直接引起电离，而对焊接电弧氛围中的其她气体则不能直接引起电离热电离和场致电离属于碰撞电离是产生带电粒子的重要途径，光电离是产生带电粒子的次要途径（2）阴极电子发射阴极表面的分子或原子接受外界的能量而释放出自由电子的现象称为电子发射,电子发射所需要的能量成为逸出功 。热发射：固态或者液态物质表面受热后其中的某些电子具有不小于逸出功的动能而逸出
9、到表面以外的空间中去。光电发射：固态或液态物质表面接受光射线的能量而释放出自由电子的现象。 重粒子撞击发射：能量大的重粒子（正离子）撞击到阴极上，引起电子的逸出。自发射：固态或者液态物质表面存在强电场，使阴极有较多的电子发射出来，又称为场强发射。2、焊接电弧的引燃措施导致两电极间气体发生电离和阴极电子发射而引起电弧燃烧的过程称为焊接电弧的引燃。一般有接触引弧和非接触引弧两种方式。（1）接触引弧接触引弧重要应用于：焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊。对于焊条电弧焊接触引弧又可分为：划擦法、直击法（2）非接触引弧引弧时，电极与工件之间保持一定间隙，在电极与工件之间施加高电压击穿间隙使电弧引燃，这
10、种引弧方式称为非接触引弧。 非接触引弧需要运用引弧器，引弧器有两种，高压脉冲引弧和高频高压引弧。高压脉冲引弧：使用高压脉冲发生器，其频率为50100Hz，电压峰值为300010000V.高频高压引弧:使用高频振荡器，其频率为150-260kHz,电压峰值为3000V。二、焊接电弧的构造及静特性1、焊接电弧的构造 阴极区阳极区焊接电弧构成弧柱区(1)阴极区：电弧紧靠负电极的区域，很窄，约10-510-6cm。阴极斑点：电弧放电时，负电极表面集中发射电子的微社区域阴极斑点。 T阴=21303230oC，放出的热量占36(2)阳极区：电弧紧靠正电极的区域，比阴极区宽，约10-310-4cm。阳极斑点
11、：电弧放电时，正电极表面集中接受电子的微社区域阳极斑点。T阳 =23303930oC占总热量的43%左右。(3)弧柱区：介于阳极区与阴极区之间的区域。 T弧柱=57307730oC.占总热量的21%。(4)电弧电压：即电弧两端(或电极)之间的电压降。U弧=U阴+U阳+U柱2、焊接电弧的静特性含义：在电极材料、气体介质和弧长一定的状况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系称为电弧静特性，也称为伏安特性。表达它们之间关系的曲线称为电弧的静特性曲线。(1)电弧静特性曲线：呈“U”形；ab段下降特性区bc段平特性区cd段上升特性区(2) 电弧静特性曲线应用：不同的焊接措施在一定的条件下其电弧
12、静特性只是曲线中的某一区域；下降特性区电弧燃烧不稳定，一般不采用。焊条电弧焊、埋弧焊一般工作在平特性区，电弧电压只随弧长变化，与焊接电流关系很小。钨极氩弧焊、等离子弧焊一般也工作在平特性区。当电流较大时才工作在上升特性区。 熔化极氩弧焊、二氧化碳气体保护焊和熔化极活性气体保护焊基本上工作在上升特性区。三.焊接电弧的稳定性定义：电弧保持稳定燃烧（不产生断弧、飘移和偏吹等）的限度。1. 弧焊电源的影响采用直流电源焊接时，电弧的燃烧比交流电源稳定。具有较高空载电压的焊接电源电弧燃烧稳定，并且引弧容易。2.焊接电流的影响焊接电流越大，电弧温度越高，电弧氛围中的电离限度和热发射作用就越强，电弧燃烧就越稳
13、定。实验测定表白: 随电流增大，电弧引燃电压减少；自然断弧的最大弧长也增大；因此，电弧就稳定。3.焊条药皮或焊剂的影响焊条药皮或焊剂中加入电离能较低的物质（K、Na、Ca的氧化物）较多，能增长电弧氛围中的带电粒子，可以提高气体的导电性，从而，使电弧燃烧稳定。如果焊条药皮或焊剂中加入电离能较高的氟化物（ Ca F2、）及氯化物（KCl、NaCl、)时，减少了电弧氛围中的电离限度，使电弧燃烧不稳 定。4.焊接电弧偏吹的影响电弧偏吹：正常状况下，电弧的中心轴线总是保持沿焊条（焊丝）的轴线方向，虽然焊条与焊件有一定倾角时，电弧也随着电极轴线的方向而变化。（如图所示）但实际焊接中，由于气流的干扰、磁场的
14、作用或焊条偏心的影响，会使电弧中心偏离电极轴线的方向，这种现象称为电弧偏吹。电弧偏吹的影响：电弧轴线不能对准焊缝中心，影响焊缝成形和焊接质量。（1）焊接电弧偏吹的因素焊条偏心产生的偏吹 药皮薄的一侧熔化的快，使电弧外露，导致电弧偏吹。国标规定： 直径 2.5mm的焊条，偏心度 7；直径为2.5mm和3.2mm的焊条，偏心度 5；直径5mm的焊条，偏心度 4偏心度计算： 偏心度= 2（T1-T2）/（ T1+T2 ）电弧周边气流产生的影响焊接电弧的磁偏吹直流电弧焊时，因受到焊接回路所产生的电磁力的作用而产生的电弧偏吹称为磁偏吹。电弧因周边磁力线不对称而偏向磁力线疏的一侧。a.导线接线位置引起的磁偏吹b.铁磁物质引起的偏吹c.电弧运动至钢板端部时引起的偏吹（2）避免或减少焊接电弧偏吹的措施条件许可时，使用交流电源替代直流电源焊接；调节焊条角度，将焊条向偏吹方向倾斜一定角度；采用短弧焊；变化接线部位或在焊件两端同步接线；焊缝两端各加一小块钢板（引弧板和引出 板）；露天作业时，如有大风则必须使用挡风板；管子焊接时，必须将管口堵住。焊接间隙较大的对接焊缝时，应在接缝下面放垫板；采用小电流焊接（由于电流越大，磁偏吹越严重）；5.其她影响因素电弧太长，易抖动，破坏电弧稳定性，飞溅大；焊接处有油漆、油脂、水分、锈层时也使电弧稳定性变差；药皮受潮和药皮脱落也使电弧燃烧不稳定。四.焊接电弧的分
