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1、绪论焊接定义： 通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使焊件达到原子或分子间结合的一种方法。焊接物理本质 固体材料之所以能保持固定的形状是因为： 1 其内部原子之间的距离足够小，原子之间形成了牢固的结合力。 2焊接使两种材料连接在一起，即连接的材料表面上原子接近到足够小的距离，使之产生足够的结合力。焊接方法的分类：分类(族系法）：熔焊压焊钎焊（1）熔焊 定义：在不是施加压力的情况下，将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法称为熔焊。电弧焊：熔化极（焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊、螺柱焊） 非熔化极（钨极氩弧焊、等离子弧焊、碳弧焊、原子氢焊、气焊、氧氢、氧乙炔、空气乙炔、铝热
2、焊、电渣焊、电子束焊、激光焊）（2）压焊定义：焊接过程中，必须对焊件施加压力(加热或不加热)，以完成焊接的方法称为压焊。电阻焊（点焊、缝焊、凸焊、对焊、高频焊） 冷压焊（超声波焊、爆炸焊、锻焊、扩散焊、摩擦焊、气压焊）（3）钎焊定义：采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的焊接方法称为钎焊（火焰、感应、炉中、浸渍、电子束、红外线等）第一章 焊接电弧1.电弧的物理本质：焊接电弧是由焊接电源供给能量，在具有一定电压的两级之间或者电极与母材之间的气体介质中产生的强烈而持久的气体放电现象。2两电
3、极间气体导电条件： 两电极之间有带电粒子；两电极之间有电场。3.电弧中产生带电粒子的产生： 气体介质的电离电极电子发射4.气体的电离 (1)电离与激励 气体电离：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。 激励：当中性气体粒子受外加能量作用而不足以使其电离，但可能使其内部的电子从原来的能级跃迁到较高的能级的现象。(2)电离种类（根据外加能量来源分为） 1)热电离：气体粒子受热的作用而产生电离的过程。2)场致电离：在两电极间的电场作用下，气体中的带电粒子被加速，当带电粒子的动能增加到一定数值时，则可能与中性粒子发生非弹性碰撞而使之产生电离的过程。3)光电离：中性气体粒子受
4、到光辐射的作用而产生的电离过程。5.电子发射：阴极表面接受一定外加能量作用时，使其内部的电子冲破电极表面的束缚而飞到电弧空间的现象。电子发射的类型 1)热发射：阴极表面因受热的作用而使其内部的自由电子热运动速度加大，动能增加，一部分电子动能达到或超出逸出功时产生的电子发射现象。2)场致发射：当阴极表面中间存在一定强度的正电场时，阴极内部的电子将受到电场力的作用，当此力达到一定程度时电子便会逸出阴极表面的现象。 3)光发射：当阴极表向受到光辐射作用时，阴极内的自由电子能量达到一定程度而逸出阴极表面的现象。4)粒子碰撞发射：电弧中高速运动的粒子（主要是正离子)碰撞阴极时，把能量传递给阴极表面的电子
5、，使电子能量增加而选出阴极表面的现象。6.阴极斑点：是阴极表面发出烁亮的区域，是发射电子最集中（电流最集中流过）的区域。 热阴极：当采用钨或碳高溶点和高沸点材料作阴极时，电弧的阴极区电子可以主要靠阴极热发射来提供，这种电极叫热阴极。（其斑点固定不动） 冷阴极：当采用钢、钢、铝等材料作阴极时，溶点和沸点较低，阴极温度不高，热发射不能提供足够的电子，这种电极通常称为冷阴极。（其斑点在阴极表面作不规则的游动，甚至几个斑点同时存在）金属氧化物的逸出功比纯金属低，因而氧化物处容易发射电子。同时自身被破坏，因而阴极斑点有清除氧化物的作用。阴极表面某处氧化物被清除后另一处氧化物就成为集中发射电子的所在。阴极
6、清理：如果电弧在惰性气体中燃烧，阴极上某处氧化物被清除后不再生成新的氧化物，阴极斑点移向有氧化物的地方将该处氧化物清除，这样就会在阴极表面的一定区域内将氧化物消除干净，显露出金属本色的现象。7电弧的构造：阴极去、阳极区、弧柱区。阳极区的主要作用： 接受弧柱中送来的电子流同时向弧柱提供所需要的正离子流阳极区导电形式 ：阳极不能发射正离子，弧柱所需要的正离子流是由阳极区的电离提供的。导电机构：场致电离和热电离阴极区的作用： 向弧柱区提供电弧导电所需的电子流；接受由弧柱传来的正离子流。 导电机构：1热发射型2电场发射型3.等离子型弧柱区的导电特性： 弧柱中的电流由向阴极运动的正离子流和向阳极运动的电
7、子流组成。弧柱中的电流主要由电子流构成。8.最小电压原理： 当电流和电弧周围条件(如气体介质种类、温度、压力等)一定时，稳定燃烧的电弧将自动选择一个确定的导电截面,使电弧的能量消耗最小。当电弧长度也为定值时,电场强度的大小即代表了电弧产热量的大小,因此,能量消耗最小时的电场强度最低，在固定弧长上的电压降最小。9.电弧静特性：一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压与电弧电流之间的关系，称为焊接电弧的静特性伏安特性。10：电弧轴向温度：阴极区和阳极区的温度较低，弧柱温度较高。因为：电极受材料沸点的限制，加热温度一般不能超过其沸点；而弧柱中的气体或金属蒸气不受这一限制，且气体介质的导热特性也不如金属电
8、极的导热性好，热量不易散失，故有较高的温度。11：电弧力主要包括:电磁收缩力、等离子流力、斑点力等。 A:电磁收缩力:定义：由两个导体电流方向相同而产生的吸引力称为电磁收缩力作用：电磁收缩力形成的轴向推力可在熔化极电弧焊中促使熔滴过渡，并可束缚弧柱的扩展，使弧柱能量更集中，电弧更具挺直性。(电弧的挺直性 ：电弧作为柔性导体具有抵抗外界 干扰、力求保持焊接电流沿电极轴线方向流动的性能。)B:等离子流力：电弧中由电弧推力引起高温气流高速运动所形成的力。也称为电弧的电磁动压力。作用：等离子流力可增大电弧的挺直性，在熔化极电弧焊时促进熔滴轴向过渡，增大熔深并对熔池形成搅拌作用。C:斑点力:电极上形成斑
9、点时，由于斑点处受到带电粒子的撞击或金属蒸发的反作用而对斑点产生的压力。 作用：不论是阴极斑点力还是阳极斑点力，其方向总是与熔滴过渡方向相反，因而斑点力是阻碍熔滴过渡的作用力， 熔化极气体保护焊采用直流反接，可以减小熔滴过渡的阻碍作用，减少飞溅。 钨极氩弧焊采用直流反接，由于阴极斑点位于焊件上，正离子的撞击使电弧具有阴极清理作用。焊接电弧力的影响因素：1.焊接电流和电弧电压。2.焊丝直径。3电极极性。4：气体介质。5。钨极极端部几何形状。6.电流脉动。12磁偏吹： 定义：焊接时，由于多种因素的影响使电弧周围磁力线均匀性受到破坏，导致焊接电弧偏离焊丝(条)轴线，而向某一方向偏吹的现象称为磁偏吹。
10、 引起磁偏吹的情况：A:地线接线位置偏向电弧一侧。导线接在焊件的一侧，焊接时电弧一侧的磁力线由两部分叠加组成：一部分是电流通过电弧产生；另一部分由电流通过焊件产生。而另外一侧磁力线仅由电流通过电弧本身产生，所以电弧两侧受力不平衡，产生磁偏吹。（向导线反侧吹）B:电弧一侧放置铁磁物质。因铁磁物体磁导率大，磁力线大多通过铁磁物体形成回路，使铁磁物体一侧磁力线变稀，造成电弧两侧磁力线分布不均勾，产生磁偏吹，电弧偏向铁磁物体一侧。C:平行电弧之间。平行电弧的电流方向相同时，相互之间产生吸引，电流相反时，相互之间产生排斥。 防止措施：1在实际生产中，为减弱磁场偏吹的影响可优先选用交流电源；2采用直流电源
11、时，则在焊件两端同时接地线，以消除导线接线位置不对称所带来的磁偏吹，并尽可能在周围没有铁磁物质的地方焊接。3压短电弧，使焊丝向电弧偏吹方向倾斜，也是减弱磁偏吹影响的有效措施。13：影响电弧稳定性的因素：焊接电源、焊接电流和电弧电压、电流的种类和极性、焊条药皮和焊剂、磁偏吹、其他因素（污染物和环境） 第三章 母材熔化和焊缝成形一：焊接参数对焊缝成形的影响(1)焊接电流焊接电流主要影响焊缝厚度。其他条件一定时，随着电流的增大，焊缝厚度（熔深）和余高增加熔宽略有增加。(2)电弧电压电弧电压主要影响焊缝宽度。其他条件一定时，随着电弧电压的增大，电弧功率增加，焊缝宽度显著增加，而焊缝厚度（熔宽）和熔深都
12、减小，余高减小。(3)焊接速度焊接速度的快慢主要影响母材的热输入量。其他条件一定时，提高焊接速度，单位长度焊缝的热输入量及焊丝金属的熔敷量均减小，故焊缝厚度、焊缝宽度和余高都减小。2焊接工艺因数对焊缝成形的影响（看看了解）(1) 电流种类和极性。熔化极气体保护焊和埋弧焊： 采用直流反接时，焊件(阴极)产生热量较多，焊缝厚度、焊缝宽度都比直流正接大；交流焊接时，焊缝厚度、焊缝宽度介于直流正接与直流反接之间。钨极氩弧焊或酸性焊条电弧焊： 直流反接焊缝厚度小; 直流正接焊缝厚度大； 交流焊接介于上述两者之间(2) 焊丝直径和伸出长度p65看书其他工艺因素：（大致看看）1.坡口和间隙。2.电极倾角。电
13、极前倾时，焊缝宽度增加，焊缝厚度、余高均减小，焊条电弧焊时，多采用电极后倾法65-80。3焊件倾角。下坡焊时电弧下方液态金属变厚，电弧对熔池底部金属的加热作用减弱，焊缝厚度减小，焊缝宽度增大。4.焊件材料和厚度。导热性好的材料熔化单位体积金属所需热量多，在热输入量一定时，它的焊缝厚度和焊缝宽度就小；焊件材料的密度或液态粘度越大，则电弧对熔池液态金属的排开越困难，焊缝厚度越小。其他条件相同时，焊件厚度越大，散热越多，焊缝厚度和焊缝宽度越小。5焊剂、焊条药皮和保护气体。二：焊缝成形缺陷及其防治：1.咬边，是焊缝的焊趾部位被熔化了的母材因填充金属不足而留下的缺口。当采用大电流、高速焊接或焊角焊缝时一
14、次焊接的焊脚尺寸过大，电压过高或焊枪角度不当，都可能产生咬边现象。防止咬边的有效措施： 正确选择焊接参数 熟练掌握焊接操作技术2.未焊透和未熔合。易产生应力集中，使接头力学性能下降。 未焊透：焊接时，焊接接头根部未完全熔透的现象。未熔合：焊道与母材之间或焊道与焊道之间未能完全熔化结合的现象。形成未焊透和未熔合的主要原因： 焊接电流过小 焊速过高坡口尺寸不合适 焊丝偏离焊缝中心受磁偏吹影响 焊件清理不良杂质阻碍母材边缘与根部之间以及焊层之间的熔合。3焊瘤：焊接过程中，熔化的金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤，也称满溢。产生焊瘤的原因：当坡口尺寸过小、焊接速度过慢、电弧电压过低、焊丝偏
15、离焊缝中心及焊丝伸出长度过长等都可能产生焊瘤。防止产生焊瘤的主要措施是：尽量使焊缝处于水平位置使填充金属量适当 焊接速度不宜过低焊丝伸出长度不宜太长注意坡口及弧长的选择等4.焊穿及塌陷焊穿：焊缝上形成穿孔的现象。塌陷：熔化的金属从焊缝背面漏出，使焊缝正向下凹、背面凸起的现象。形成焊穿及塌陷的主要原因： 焊接电流过大焊接速度过小坡口间隙过大等在气体保护电弧焊时，气体流量过大也可能导致焊穿。为防止焊穿及塌陷，应使焊接电流与焊接速度适当配合。气体保护焊时，还应注意气体流量不宜过大，以免形成切割效应。第五章 埋弧焊一：埋弧焊的原理submerged arc welding1可焊接的焊件厚度范围很大2不适合采用埋弧焊的材料： 铸铁因不能承受高热输入量引起的热应力， 铝、镁及其合金，没有适用的焊剂 铅、锌等低熔点金属材料
