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1、二、基本概念二、基本概念电弧、气体放电、电离、电子发射、电弧、气体放电、电离、电子发射、阴极斑点、阳极斑点、刚直性、磁偏吹、阴极斑点、阳极斑点、刚直性、磁偏吹、电离能、逸出功、电离电压、逸出电压电离能、逸出功、电离电压、逸出电压三、难点三、难点最小电压原理最小电压原理电弧的导电机构电弧的导电机构四、重点四、重点电弧、电离、气体放电、刚直性、电弧、电离、气体放电、刚直性、磁偏吹等一些基本概念。磁偏吹等一些基本概念。电弧力。电弧力。电弧的产热机理。电弧的产热机理。阴极斑点的特点。阴极斑点的特点。最小电压原理。最小电压原理。一、基本要求一、基本要求熟练掌握本章的基本概念。熟练掌握本章的基本概念。理解
2、并掌握最小电压原理、电弧力。理解并掌握最小电压原理、电弧力。了解电弧各个区域的组成、导电机构、了解电弧各个区域的组成、导电机构、产热机构、交流电弧的特点以及阴极斑产热机构、交流电弧的特点以及阴极斑点的特点及其对焊接质量的影响。点的特点及其对焊接质量的影响。 电弧是一种持久稳定电弧是一种持久稳定气体放电气体放电现象，通过放电将现象，通过放电将电能转变为热能与机械能，产生高温使金属熔化。电能转变为热能与机械能，产生高温使金属熔化。非自持放电非自持放电放电本身不能产生导电所需的带电粒子(A+、e)。自持放电自持放电放电本身能产生导电所需的带电粒子(A+、e)；有暗放电、辉光放电、电弧放电等三种。气体
3、放电气体放电两极间的气体被击穿而导电的过程。焊接电弧的引燃焊接电弧的引燃1.1.接触引弧接触引弧 接触点面积小，电流密度大，发热，熔化，汽化，接触点面积小，电流密度大，发热，熔化，汽化，引起热发射以及热电离，拉开时发生强场发射，带电引起热发射以及热电离，拉开时发生强场发射，带电质点被加速，碰撞，引起撞击电离，并进一步引起光质点被加速，碰撞，引起撞击电离，并进一步引起光电离和热电离从而维持电弧的稳定燃烧。电离和热电离从而维持电弧的稳定燃烧。 应用场合：应用场合： 焊条电弧焊焊条电弧焊 熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊2.2.非接触引弧非接触引弧 用高电压击穿间隙使电弧引燃。引弧器有两种，用高电压
4、击穿间隙使电弧引燃。引弧器有两种，高频高压引弧和高压脉冲引弧。前者是频率为高频高压引弧和高压脉冲引弧。前者是频率为150-150-250250kHz,kHz,电压峰值电压峰值2000-30002000-3000V,V,后者产生一个后者产生一个3000-3000-50005000V V的高压脉冲。的高压脉冲。 应用场合应用场合: :钨极氩弧焊和等离子弧焊。钨极氩弧焊和等离子弧焊。+-壹、电弧的产生壹、电弧的产生UaIa电弧放电辉光放电暗放电自持放电非自持放电UI导体导电10E-10 10E-4 1 10 100( (一一) ) 电离与激励电离与激励 1 1、电离、电离：在一定条件下中性原子分离成
5、A+及e的现象。AA+e电离能：原子或分子电离所需要的能量，单位为ev或J。电子伏：一个电子被1V的电压所加速得到的能量。电离电压：电离能/电子带电量。一次电离：AA+e二次电离：A+A+en次电离：A(n-1)+An+e（一）、气体介质的电离（一）、气体介质的电离A+Ae电离电离：气体中性原子或分子(A)分离为一价正离子(A+)和电子(e)的过程。 电子发射电子发射：金属表面逸出电子的现象。产生方式产生方式2 2、激励、激励： 气体原子得到的一定的能量,虽然小于Wi,但可使电子 从低能级跃迁到高能级,这种现象叫激励。激励能：所需的最小外加能量叫激励能We。激励能电压：激励能We/e。3 3、
6、能量传递方式、能量传递方式1)1)碰撞碰撞：粒子间通过相互碰撞而交换能量。弹性碰撞：仅发生动能再分配非弹性碰撞：交换的能量势能，从而导致电离或激励。 2)2)光幅射光幅射：在光的辐射下,中性粒子直接吸收光量子的能量。 AA+A-eAAeh eUi4 4、电离的分类：、电离的分类：1)热电离：气体粒子受热的作用而产生电离。实质：中性粒子通过与电子碰撞接收电子能量而电离。电离度：电离了的粒子数量与电离前离子数量之比。热解离：在热量的作用下，多原子分子分解为原子。解离能：分子热解离所需要的能量。2) 电场作用下的电离：A+、e在电场作用下被加速、与A碰撞 使其电离的过程。主要是e的作用：电子获得的能
7、量是A+ 的4倍。3)光电离：A直接捕捉光量子并吸收其能量而电离。波长越小越易促进光电离，电弧波长包括红外线、紫外线 可见光、可使AI、K、Na原子光电离。但不能使Ar、He、Fe等电离。 1、基本概念、基本概念1)电子发射电子发射：电子从金属表面逸出的现象。(对电弧导电起作用的主要是阴极的发射)2)逸出功（逸出功（Ww）：电子发射所需的最小能量。3)逸出电压逸出电压：Ww/e物理意义：Ww越小，引弧越容易，电弧稳弧性越好。主要影响因素：材料：K、Na之Ww较低。表面状态：有氧化物时，逸出功降低加入杂质：例如，钍、铈及镧等可降低Ww。（二）、金属的电子发射（二）、金属的电子发射2 2、分类、分
8、类1)1)热发射：热发射：在热量的作用下产生的发射 产生条件：阴极温度足够高 特点：对阴极有冷却作用，这一点对TIG焊具有重要意义。可提高W极的载流能力。2)2)电场发射：电场发射：金属表面的电子在电场力的作用下逸出的现象。 特点：对阴极的冷却作用较小。3)3)光发射：光发射：光幅射作用下产生的发射。实际电弧中产生光发射 的可能性很小。4)4)粒子碰撞发射：粒子碰撞发射：高速运动的A+碰撞到阴极上导致的发射。库仑力库仑力负离子的产生负离子的产生 中性离子与电子结合的过程，是一个放热过程，所放出的热被称为电子亲和能。A+eA-+W注意：1)亲和能高的原子易形成A- ，但高温下不利于放热反应。2)
9、交流电弧过零时，易形成。3)易在电弧周边形成。4)不利于电弧稳定。扩散与复合扩散与复合扩散：电弧中心处A+、e较多，e易向周边运动。当周边电子浓度达到一定值后，在e吸引下，A+也向周边运动，从而在周边复合。A+eA+WiA+A-2A+WieAA-+ +AA-+ +Ae区域组成区域组成 由阴极区、阳极区、弧柱区阴极区、阳极区、弧柱区三部分组成。1 1、阴极区：、阴极区：长度极短、电压较大、E（电场强度）极高2 2、阳极区：、阳极区：长度也极短、电压较大、E极高3 3、弧柱区、弧柱区: : 长度基本上等于电弧长度，E较小阳极区阳极区阴极区阴极区弧柱弧柱10-5 10-6cm10-2 10-4cmU
10、AUCUK-+二、二、电弧的组成及特性电弧的组成及特性（一）弧柱区的导电机构（一）弧柱区的导电机构所谓导电机构就是指带电粒子产生、运动方式。1、带电粒子的产生、带电粒子的产生1)电离：热电离光电离电场作用的电离2)阴极区注入的电子3)阳极区注入的正离子2、带电离子的运动、带电离子的运动A+冲向阴极正离子流IA+e冲向阳极电子流IeI=IA+Ie其中：IA+=0.1%IIe=99.9%I3、特点：、特点：1)电中性；2)E小、Ua小IA+IeI(二二)阴极区的导电机构阴极区的导电机构1 1、阴极区在导电过程中的作用、阴极区在导电过程中的作用1)产生弧柱区导电所需要电子流 Ie =0.999I2)
11、接收弧柱区来的正离子流IA+=0.001I2、热发射型、热发射型1)产生条件：W、C阴极，且电流很大2)带电粒子的产生方式：热发射热阴极：弧柱导电所需要的电子可完全由热发生来产生的阴极 冷阴极：热发射能力不足的阴极热阴极材料：熔点高的材料冷阴极材料：熔点低的材料。3)特点：无阴极区、无阴极压降Vk2)带带电电离离子子产产生生方方式式:场场发发射射场场电电离离热热发发射射碰碰撞撞发发射射-3、电场发射型导电机构、电场发射型导电机构碰撞发射碰撞发射Uk阴阴极极热发射热发射场发射场发射+-+-+-阴极区阴极区弧柱区弧柱区场电离场电离0.999I3) 特点：特点：阴极附近存在阴极附近存在正电荷区正电荷
12、区阴极区阴极区 fe0.001I阴极区断面收缩阴极区断面收缩阴极表面上产生阴极斑点阴极表面上产生阴极斑点1)条件：条件： W、C阴极、且阴极、且I 较小较小 Al、Fe、Cu作阴极作阴极4、等离子型导电机构、等离子型导电机构(1)条件：W、C阴极，且I较小或Al、Fe、Cu阴极；且气压较小，UkUi(2)带电粒子产生方式：热电离(3)特点：阴极附近存在正电荷区阴极区fe0.001I阴极区断面收缩阴极表面上产生阴极斑点( (三三) ) 阳极区的导电机构阳极区的导电机构1 1、阳极区在导电过程中的作用、阳极区在导电过程中的作用 1)接收弧柱区来的电子流 Ie =0.999I I 2)产生弧柱区所需
13、要的正离子流IA+=0.001I I2 2、热电离、热电离 1)产生条件：I较大 2)带电离子产生方式：热电离 3)特点： 阳极压降小，甚至为0 不存在阳极斑点。3 3、电场作用下的电离、电场作用下的电离 1)产生条件：I较小 2)带电粒子的产生方式：热电离、场电离 3)特点： 有阳极区，发生收缩 Ua较大 有阳极斑点阳极压降的形成阳极压降的形成-+-+-UA+弧柱区弧柱区阳极区阳极区(四四)阴极斑点与阳极斑点阴极斑点与阳极斑点1、阴极斑点、阴极斑点：阴极上导通电流的一些灼亮的弧立点。1)产生条件：W、C阴极且I很小。Al、Fe、Cu作阴极。2)某点充当阴极斑点的条件：电弧通过该点时耗能最小。
14、该点容易发射电子。3)特点：电流密度大、温度高。跳跃性及粘着性。存在斑点力：蒸发反力、A+的撞击力。自动寻找氧化膜，该点对于铝、镁及其合金的焊接是非常重要的，见后面的阴极雾化作用。-焊接方向焊接方向-+AAB焊接方向焊接方向粘着性粘着性跳跃性跳跃性2、阳极斑点、阳极斑点1)产生条件：I很小。2)充当阳极斑点的条件：通过该点导通电流时，耗能最小；易蒸发，产生金属蒸气。3)特点：电流密度大、温度高；粘着性、跳跃性；避开氧化膜；斑点力，阳极斑点力小于阴极斑点力。电弧稳定燃烧时，Ua与Ia的关系称为电弧静特性。下降区（负阻特性区）：电流密度不变平特性区：E不变上升特性区：贰、电弧的静特性贰、电弧的静特
15、性UaIa小小电电流流TIGTIGSAWMMAMIGMAG影响因素影响因素：弧长气体介质、导热性、热分解性能气体介质的压力焊接电弧的静特性焊接电弧的静特性：在电极材料、气体介质和弧长一：在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流和电弧电压定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流和电弧电压变化的关系，又称伏安特性。变化的关系，又称伏安特性。下降段下降段: :负阻特性区负阻特性区, ,电流增加，弧柱截面积更快增加，电流密度电流增加，弧柱截面积更快增加，电流密度j jZ Z下降；电弧温度增加，电离度增加，下降；电弧温度增加，电离度增加，Z增加，电弧电压下降，呈现增加，电弧电压下降，
16、呈现下降特性。下降特性。平直段平直段: :平特性区平特性区, ,电流增加，电流增加，IfIf和和SfSf成比例增加，电流密度成比例增加，电流密度Jz Jz ，电导率电导率Z不变，电弧电压不变，呈现平特性。不变，电弧电压不变，呈现平特性。上升段上升段:电流增加，电弧面积不电流增加，电弧面积不再增加，从而电流密度增加，而再增加，从而电流密度增加，而电离度已达饱和，电导率基本不电离度已达饱和，电导率基本不变，从而岁电流增加，电弧电压变，从而岁电流增加，电弧电压增加，呈现上升特性。增加，呈现上升特性。 U Uf fI If fU Uf f 弧柱区电压弧柱区电压影响电弧静特性的因素：影响电弧静特性的因素
17、：U Ua aL L2 2L L1 1L L2 2 LL1 1电弧长度对电弧静特性的影响电弧长度对电弧静特性的影响焊接电弧静特性的应用焊接电弧静特性的应用对于不同的焊接方法，电弧静特性曲线有所不同。静特对于不同的焊接方法，电弧静特性曲线有所不同。静特性下降段电弧燃烧不稳定而很少采用。性下降段电弧燃烧不稳定而很少采用。焊条电弧焊、埋弧焊多半工作在静特性焊条电弧焊、埋弧焊多半工作在静特性水平段水平段。熔化极气体保护焊、微束等离子弧焊、等离子弧焊也多熔化极气体保护焊、微束等离子弧焊、等离子弧焊也多半工作在半工作在水平段水平段，当焊接电流很大时才工作在，当焊接电流很大时才工作在上升段上升段。熔化极气体
18、保护焊和水下焊接基本上工作在熔化极气体保护焊和水下焊接基本上工作在上升段上升段。U Ua aI Ia a焊条电弧焊焊条电弧焊埋弧焊、埋弧焊、不熔化不熔化极气体极气体保护焊、保护焊、微束等微束等离子弧离子弧焊焊细丝熔细丝熔化极气化极气体保护体保护焊焊等离子等离子弧焊、弧焊、水下焊水下焊小电流小电流钨极氩钨极氩弧焊弧焊( (二二) )、焊接电弧的动特性焊接电弧的动特性焊接电弧的动特性，是指在一定弧长下，当电弧电流很快变化焊接电弧的动特性，是指在一定弧长下，当电弧电流很快变化时，电弧电压和电流之间的关系：时，电弧电压和电流之间的关系：U Uf f=f(i=f(if f) )，由于热惯性对电离，由于热
19、惯性对电离度的影响，焊接电弧的动特性曲线不同于静特性曲线特性度的影响，焊接电弧的动特性曲线不同于静特性曲线特性电流快速增加时，由于电弧电离电流快速增加时，由于电弧电离度较低，电弧电压高于静态值，度较低，电弧电压高于静态值，V-A特性曲线高于静特性曲线。特性曲线高于静特性曲线。电流快速减小时，由于电电流快速减小时，由于电弧电离度较高，电弧电压弧电离度较高，电弧电压低于静态值，低于静态值，V-A特性曲特性曲线地于静特性曲线。线地于静特性曲线。焊接电弧的稳定性是指焊接过程中能保持一定的电焊接电弧的稳定性是指焊接过程中能保持一定的电弧长度，不产生电弧的偏吹、摇摆、断弧等现象而弧长度，不产生电弧的偏吹、
20、摇摆、断弧等现象而保证电弧持续、稳定的燃烧。保证电弧持续、稳定的燃烧。 1. 焊接的极性焊接的极性 焊条和工件与焊接电源的连接方式称为焊接的焊条和工件与焊接电源的连接方式称为焊接的极性极性。当用交流电焊接时，电源极性交替变化，所以焊条当用交流电焊接时，电源极性交替变化，所以焊条和工件可与电源两接线柱任意连接。当用直流电焊和工件可与电源两接线柱任意连接。当用直流电焊接时，电源两极固定，因此焊条和工件可以有两种接时，电源两极固定，因此焊条和工件可以有两种方式与电源正、负极相连接。方式与电源正、负极相连接。叁、电弧的稳定性叁、电弧的稳定性2. 焊条条药皮皮 焊条药皮和焊剂中加入低电离电位的物质能保证
21、电焊条药皮和焊剂中加入低电离电位的物质能保证电弧燃烧的稳定性。相反，电弧气氛中如果有较多的弧燃烧的稳定性。相反，电弧气氛中如果有较多的氟化物等电离电位较高的物质时，就会因为产生负氟化物等电离电位较高的物质时，就会因为产生负离子而降低电弧燃烧的稳定性。药皮偏芯、脱落、离子而降低电弧燃烧的稳定性。药皮偏芯、脱落、受潮等都会造成电弧燃烧的不稳定。受潮等都会造成电弧燃烧的不稳定。3.焊接接污染物染物焊接处如有油漆、油污、水分和铁锈等物质存在时，焊接处如有油漆、油污、水分和铁锈等物质存在时，也会影响电弧燃烧的稳定性。也会影响电弧燃烧的稳定性。4.电弧弧长度度电弧太长了，电弧就会发生剧烈晃动，从而破坏焊电
22、弧太长了，电弧就会发生剧烈晃动，从而破坏焊接电弧的稳定性，而且飞溅也将明显增大。接电弧的稳定性，而且飞溅也将明显增大。5.电弧磁偏吹弧磁偏吹 偏吹：偏吹：电弧因周围磁力线不对称而偏向一侧的现象。 偏向：偏向：磁力线疏的一侧。+-+-电流电流+F左左F右右磁偏吹磁偏吹+-+-电电流流+F左左F右右接线位置引起的磁偏吹接线位置引起的磁偏吹+-+-+-+-电流电流+F左左F右右磁性物质引起的磁偏吹磁性物质引起的磁偏吹-+工件两端同时接地线，以工件两端同时接地线，以消除不对称；或使用交流消除不对称；或使用交流电源。电源。尽可能在周围无铁磁物质尽可能在周围无铁磁物质处焊接。处焊接。p焊接电弧性质 热效率
23、、线能量、占载率p金属熔化过渡 熔滴作用力、过渡形式、熔化系数、焊缝形成焊接热源的有效热功率（热效率）电弧焊时，一般可将电弧看成是无感的纯电阻，则全部电能转变为热能，其有效热功率为：其中：q 为电弧的有效热功率J/S U 为电弧电压V I 为电弧电流A h 为功率系数R 为电弧的欧姆电阻 Ieff 为有效电流A（交流情况下，用瞬时积分得出的有效值）p在一定条件下，h是常数，其主要取决于焊接方法，焊接规范和焊接材料的种类。下表给出了钢和铝常用焊接方法的热功率数据。钢和铝常用熔焊方法的热功率数据焊接方法热力率qkJ/s焊接速度vmm/s单位长度热功率qwkJ/mm热效率h药皮焊条电弧焊气保护金属数
24、弧焊气何护锅极电弧焊电弧焊激光焊氧乙炔1205100115525015110 515152515010 3.521100.051 0.650.900.650.900.200.500.950.950.900.950.250.85二、金属熔滴上的作用力二、金属熔滴上的作用力是影响熔滴过渡及焊缝成形的主要因素。是影响熔滴过渡及焊缝成形的主要因素。1 1、重力、重力2 2、表面张力、表面张力3 3、电弧力、电弧力4 4、熔滴爆破力、熔滴爆破力5 5、电弧的气体吹送力、电弧的气体吹送力 1.1.重力：重力： 当焊丝直径较大而当焊丝直径较大而I I较小时，较小时，在在平焊平焊位置的情况下，使熔滴位置的情况
25、下，使熔滴脱离焊丝的力主要是重力。脱离焊丝的力主要是重力。 F Fg g=mg=4/3 =mg=4/3 r r3 3 g g 重力大于表面张力时，重力大于表面张力时，熔滴就要脱离焊丝。熔滴就要脱离焊丝。 立焊和仰焊立焊和仰焊时，重力时，重力阻阻碍碍熔滴过渡。熔滴过渡。对熔滴过渡的影响因焊接位置的不同而不同！对熔滴过渡的影响因焊接位置的不同而不同！表面张力系数表面张力系数与与材材料料成成分分、温温度度、气体介质等因素有关气体介质等因素有关焊丝半径焊丝半径2 2、表面张力、表面张力 在在焊焊条条端端头头上上主主要要保保持熔滴的主要作用力。持熔滴的主要作用力。 F F=2=2R R平焊平焊时，时，阻
26、碍阻碍熔滴过渡，因此只要能使熔滴过渡，因此只要能使F F减小的措减小的措施，都有利于平焊时的熔滴过渡。施，都有利于平焊时的熔滴过渡。使用小直径焊丝或者表面张力小的焊丝就能达到减使用小直径焊丝或者表面张力小的焊丝就能达到减小表面张力的目的。小表面张力的目的。3 3、电弧力：、电弧力： 电弧对熔滴和熔池的机械作用力，包括：电电弧对熔滴和熔池的机械作用力，包括：电磁收缩力、等离子流力、斑点力。磁收缩力、等离子流力、斑点力。 电弧力只有在电弧力只有在I I较大的时候较大的时候，才才对熔滴过渡对熔滴过渡起起主要主要作用作用；I I小时，重力、表面张力起主要作用。小时，重力、表面张力起主要作用。 电磁力对
27、熔滴过渡的影响取决于电弧形态，电磁力对熔滴过渡的影响取决于电弧形态，如果弧根面积笼罩整个熔滴，此处的电磁力促进如果弧根面积笼罩整个熔滴，此处的电磁力促进熔滴过渡；如果弧根面积小于熔滴直径，此处电熔滴过渡；如果弧根面积小于熔滴直径，此处电磁力形成斑点压力的一部分阻碍熔滴过渡。磁力形成斑点压力的一部分阻碍熔滴过渡。 电流比较大的时候，高速等离子流力对熔滴电流比较大的时候，高速等离子流力对熔滴产生很大的推力，使之沿轴线方向运动。产生很大的推力，使之沿轴线方向运动。斑点压力：阻碍熔滴过渡。斑点压力：阻碍熔滴过渡。电弧力电弧力1、电磁收缩力、电磁收缩力:通过电弧（熔滴）的电流线之间的相互吸引力，对电弧或
28、熔滴起着压缩作用，该力被称为电磁收缩力。1)圆柱形电弧：电弧压力电弧推力式中：I-电流，R-电弧半径，k-系数流体中压力各个方向相同，因此作用于焊条及工作上的轴向力为：流态导体中电磁收缩力的影响流态导体中电磁收缩力的影响柱形导体中的电磁收缩力柱形导体中的电磁收缩力 ALF推推焊丝焊丝母材母材压力 2)锥形电弧：锥形电弧中沿轴向存在压力差，导至一轴向推力： 式中：I-电流； Rb-锥形弧柱下底面半径； Ra-锥形弧柱上底面半径。2 2、等离子流力、等离子流力F推引起的高温气体流(等离子流)所形成的力叫等离子流力。作用：1)促进熔滴过渡；2)导致指状熔深。分布：轴线处大，周边小等离子流力等离子流力
29、等离子流力的分布等离子流力的分布FPF F斑斑Fmg3 3、斑点力、斑点力 由以下三部分组成,阴极斑点力大于阳极斑点力。 1) 带电粒子撞击力： 阴：A+撞击，大 阳：e撞击，小 2) 蒸发反力： 阴：T高，力大 阳：T低力小 3) 电磁收缩力： 阴：大 阳：小4、爆破力、爆破力仅产生于短路过渡中，短路小桥汽化爆断所产生的力。5、细熔滴的冲击力、细熔滴的冲击力仅产生于MIG焊射流过渡，熔滴以很大的加速度冲击熔池，形成冲击力。4 4、熔滴爆破力、熔滴爆破力： 当熔滴内部因冶金反应而生成气体或者含有当熔滴内部因冶金反应而生成气体或者含有易蒸发金属时，在电弧高温的作用下，使气体体易蒸发金属时，在电弧
30、高温的作用下，使气体体积膨胀而产生的内压力，致使熔滴爆破，这一内积膨胀而产生的内压力，致使熔滴爆破，这一内压力称为压力称为 ，它，它促进熔滴过渡，但产生飞溅促进熔滴过渡，但产生飞溅。5 5、电弧的气体吹力、电弧的气体吹力 SMAW SMAW焊，药皮的熔化焊，药皮的熔化滞后于焊芯，焊条端头形滞后于焊芯，焊条端头形成套筒，成套筒，促进熔滴过渡促进熔滴过渡。三、熔滴过渡的主要形式及特点三、熔滴过渡的主要形式及特点传统上，通常将每一种传统上，通常将每一种熔滴过渡熔滴过渡又可以再分为不又可以再分为不同的类型。目前，熔滴过渡的名称尚未规范、统一。同的类型。目前，熔滴过渡的名称尚未规范、统一。过程复杂，对电
31、弧稳定性、焊缝成形和冶金过程均有影响！过程复杂，对电弧稳定性、焊缝成形和冶金过程均有影响！滴状过渡滴状过渡喷射喷射过渡过渡爆破过渡爆破过渡短路短路过渡过渡搭桥搭桥过渡过渡渣壁渣壁过渡过渡套筒套筒过渡过渡1.自由过渡：熔滴经电弧空间自由飞行，焊丝自由过渡：熔滴经电弧空间自由飞行，焊丝 的的端头和熔池不发生直接接触。端头和熔池不发生直接接触。2.2.接触过渡接触过渡：焊丝端部的熔滴与熔池表面通过接焊丝端部的熔滴与熔池表面通过接触而过渡的方式。触而过渡的方式。3.3.渣壁过渡：熔滴沿着熔渣壁面流入熔池的一种渣壁过渡：熔滴沿着熔渣壁面流入熔池的一种过渡形式。过渡形式。国际焊接学会国际焊接学会(IIW)
32、(IIW)的分类：的分类： 自由过渡、接触过渡、渣壁过渡自由过渡、接触过渡、渣壁过渡常见焊接方法的熔滴过渡形式常见焊接方法的熔滴过渡形式 SMAW 酸性焊条：酸性焊条：细滴过渡细滴过渡 碱性焊条：粗滴过碱性焊条：粗滴过渡渡+短路过渡短路过渡CO2焊：滴状过渡（粗丝）、短路过渡焊：滴状过渡（粗丝）、短路过渡MIG（焊铝）：喷射过渡、亚射流过渡（焊铝）：喷射过渡、亚射流过渡MAG（熔滴过渡形式最多、最灵活）：（熔滴过渡形式最多、最灵活）：短路过渡短路过渡 射滴过渡射滴过渡 射流过渡射流过渡 TIG：搭桥过渡：搭桥过渡 SAW：渣壁过渡：渣壁过渡规律：随着电流的增加，熔滴过渡的体积减小、频率加快。结
33、论：同一焊接方法可能出现多种过渡形式，并非绝对一种，只是有主、次之分。焊条金属的熔化速度焊条金属的熔化速度焊条金属的平均熔化速度焊条金属的平均熔化速度gM=Gp/t=pIp为焊条熔化系数为焊条熔化系数gM焊条金属的平均熔敷速度焊条金属的平均熔敷速度gH=GH/t=HIH为焊条熔敷系数为焊条熔敷系数gH为焊条的平均熔敷速度为焊条的平均熔敷速度损失系数损失系数=(G-GD)/G=(gM-gD)/gD=1-H/PH=(1-)P四、焊条的熔化四、焊条的熔化五、焊缝的形成五、焊缝的形成1、熔池的形状和尺寸、熔池的形状和尺寸 熔池为半椭球，几何尺寸为L=P2IU 其中，P2是比例系数，取决于焊接方法和规范
34、。I是焊接电流，U是焊接电压，上式适用于点状热源 。53 2、熔池质量和存在时间、熔池质量和存在时间 tmax=L/v tcp=Gp/vAw AW焊缝的横截面积焊缝的横截面积 3、熔池温度、熔池温度熔池中部温度最高，头部次之，其次是尾部。熔池中部温度最高，头部次之，其次是尾部。4 4、熔池运动状态、熔池运动状态 1 1）液态金属密度差引起自由对流运动）液态金属密度差引起自由对流运动2 2）表面张力差强迫对流运动）表面张力差强迫对流运动3 3） 熔池中各种机械力搅拌熔池中各种机械力搅拌4 4）对焊接质量的影响）对焊接质量的影响54p焊接冶金反应区 药皮、熔滴、熔池p焊接冶金 熔渣、氧、氢、氮、硫
35、、磷、合金化一、一、焊接冶金反接冶金反应区区（手工（手工电弧弧焊）（一）药皮反应区1.产生的气体1001200C：水分蒸发、分解、氧化a. 100C 吸附水分蒸发b.200400C 排除结晶水c. 400C 排除化合水有机物的分解和燃烧：产生CO2、CO、H2 碳酸盐的分解（大理石CaCO3、菱苦土MgCO3):产生CO2 高价氧化物分解（赤铁矿Fe2O3、锰矿MnO2):产生O22.产生的气体对铁合金（Mn-Fe、Si-Fe、Ti-Fe）的氧化作用在温度大于600C的条件下：2Mn+O2=2MnO Mn+CO2=MnO+CO Mn+H2O=MnO+H2 结果使气氛氧化性降低，达到先期脱氧的作
36、用（二）熔滴反（二）熔滴反应区区1.特点熔滴温度高：18002400C，过热度大熔滴比表面积大，故接触面积大：一般比炼钢时大1000倍反应接触时间短：熔滴存在时间短，内部又存在流动熔滴金属与熔渣发生强烈混合：熔渣质点尺寸可达50m,相互接触面积大，反应物与产物充分交流，反应速度加快 总之，熔滴反应区反应时间较短，但温度高，相互接触面积大，反应最为激烈，对焊缝的影响最大2.主要冶金反应气体的分解和溶解金属的氧化、还原合金化 金属蒸发（三）熔池反（三）熔池反应区区 1.物理条件与熔化的母材充分混合熔池的平均温度较低（16001900C）比表面积小（3130cm3/Kg）时间从几秒到几十秒温度分布不
37、均（在熔池头部的反应可能与尾部不一样） 熔池反应体系中各相浓度接近平衡浓度，反应速度小药皮重量系数Kb 大时，有部分熔渣直接进入熔池，参与并强化熔池反应熔池反应物质处在连续更新过程，且 维持准稳定状态2.化学条件熔池反应速度小，程度小，对整个化学冶金过程贡献小主要化学冶金反应同熔滴阶段，但程度和方向有可能改变3.特点二、二、焊接冶金接冶金（手工（手工电弧弧焊）1.作用机械保护改善工艺性：提高电弧的稳定性，减少飞溅，促进脱渣、改善焊缝成型冶金处理作用2.成分与分类 盐型：活性材料及高合金钢氧化物、氯化物盐-氧化物：合金钢氧化物氧化物型：低碳钢及低合金钢氧化物(一)、焊接熔渣3.熔渣的要求不溶于金
38、属比重小流动性脱渣性合适熔点65四、氧对金属的作用四、氧对金属的作用氧在金属中的溶解氧在金属中的溶解1).以原子氧形式溶解2).以FeO形式溶解金属被氧化的途径金属被氧化的途径气相中氧化气体与金属相互作用1).自由氧对金属的氧化自由氧对金属的氧化2).CO2对金属的氧化对金属的氧化3).H2O气对金属的氧化气对金属的氧化4).混合气体对金属的氧化混合气体对金属的氧化(二)、氧对金属的作用与控制措施66氧对焊接质量的影响氧对焊接质量的影响1).机械性能下降2).化学性能变差3).产生气孔CO合金元素烧损4).工艺性能变差防止措施防止措施一防二脱一防二脱67三、氢对金属的作用三、氢对金属的作用氢在
39、金属中的溶解1、来源：焊条药皮、焊剂、焊丝药芯中水分，药皮中有机物为、焊件表面杂质（锈、油）空气中水分第一类能形成稳定氢化物金属第二类不形成稳定氢化物的金属(三)、氢对金属的作用与控制措施 焊接区为氢可以处于分子、原子和离子状态 1).氢以原子形式溶入2).以溶入3).以溶入2、氢的溶解机构68氢对焊接质量的影响氢对焊接质量的影响暂态现象：脆化、白点、 经时效、热处理可消除永久现象：气孔、改变组织、显微斑点、冷裂纹、不可消除691)、氢脆脆 氢在室温附近，氢溶解在金属晶格中，引起钢的塑性严重下降现象2)、白点、白点 肉眼可见，直径0.53mm中心处有气孔或小的夹渣，外围有塑性裂断的痕迹，象鱼眼
40、似的也称“鱼眼”. 产生原因：生原因：白点是在塑性变形阶段产生的。703)、气孔、气孔 4)、组织变化和化和显微斑点微斑点焊缝金属AM时，由于氢在A有较大的溶解度，当含氢量高的焊缝自A化，温度冷却时，引起局部A过冷残余A增加，残余AM时，富氢的组织内产生大的内应力，造成显微裂纹。5)、产生冷裂生冷裂纹71控制氢的措施控制氢的措施1)、限制焊接材料的含氢量，药皮成分2)、严格清理工件及焊丝： 去锈、油污、吸附水分3)、冶金处理4)、调整焊接规范5)、焊后脱氢处理72二、氮与金属作用来源：来源：主要是焊接区周围的空气。氮与金属作用有两种情况。1、不与氮发生作用的金属，即不能熔解氮又不形成氮化物，可
41、用N作为保护气体。2、与氮发生作用的金属，即能溶解氮又能形成氮化物，这种情况下就要防止焊缝金属的氮化。(四)、氮对金属的作用与控制措施731、氮在金属中的溶解、氮在金属中的溶解 1）原子形式溶于液态金属2）以NO形式溶入3）以氮离子形式溶入2、氮对焊接质量的影响、氮对焊接质量的影响1) 时效脆化2) 气孔3) 有利一面：可作为合金元素加入钢中，一般指高合金钢。74753、影响焊缝含氮量的因素及控制措施、影响焊缝含氮量的因素及控制措施1）、机械保护：气一渣保护、渣保护、气体保护、抽真空。对于适渣型焊条：保护效果取决于药皮的数量及成分2）、焊接工艺规范影响：3）、焊丝成分的影响：增加焊丝或药皮中的
42、含碳量可降低焊缝中的含氮量d76四、焊缝金属中硫和磷的控制四、焊缝金属中硫和磷的控制1.硫的危害硫是焊缝中常存的有害元素之一。硫能促使焊缝金属产生热裂纹、降低冲击韧度和需腐蚀性，并能促使产生偏析。厚板焊接时，硫还会引起层状撕裂。(五)、硫对金属的作用与控制措施78碱性焊条脱硫碱性焊条脱硫(CaO)FeS(CaS)(FeO)(MnO)FeS(MnS)(FeO)2.控制硫的措施（1）限制焊接材料中含硫量（2）用冶金方法脱硫脱硫剂：碱性氧化物、锰脱硫脱硫剂：碱性氧化物、锰脱硫Mn+Fes=(MnO)+Fe(MgO)FeS(MgS)(FeO)1.磷的危害磷也是焊缝中常存的有害元素之一。磷会增加钢的冷脆
43、性，大幅度地降低焊缝金属的冲击韧度，并使脆性转变温度升高。焊接奥氏体类钢或焊缝中含碳量较高时，磷也会促使焊缝金属产生热裂纹。(六)、磷对金属的作用与控制措施802.控制磷的措施（1）限制焊接材料中含磷量（2）脱硫反应a）.FeO将磷氧化生成P2O5b）.使之与渣中的碱性氧化物生成稳定的磷酸盐2Fe2P+5（FeO=P2O5+11FeP2O5+3（CaO）=（CaO）3P2O5P2O5+4（CaO）=（CaO）4P2O5(六)、磷对金属的作用与控制措施811、合金过渡的目的及方式目的：补尝;改善;特殊性能方式：1.应用合金焊丝或带极2.应用药芯焊丝或药芯焊条3.应用合金药皮或粘结焊剂4.应用合金
44、粉未(七)、焊缝金属的合金化82二、合金过渡过程的理论分析二、合金过渡过程的理论分析2、合金剂过渡的方式 合金渣-液渣-液界面液态金属中溶解扩散搅拌均匀.Kb0.4熔滴过渡为主熔滴过渡为主Kb0.4熔池过渡为主熔池过渡为主83三、合金过渡系数用及其影响因素3、合金过渡系数式中Cd-合金元素在熔敷金属中含量 Ce-合金元素原始含量Cco-合金元素在药皮中的含量Ccw-在焊芯中的含量4、影响过渡系数的因素、影响过渡系数的因素 1.合金元素的物化性质Cu、Ni、Co、Fe、W、Mo、Cr、Mn、V、Si、Ti、Zr、Al在1600各种合金元素对氧的亲和力由左到右增强2.合金元素的含量合金元素的含量，
45、 ,但增加一定时,趋于定值. 3.合金剂的粒度4.药皮的成分药皮或焊剂的氧化势，合金元素与其氧化物共存时, 合金元素与其氧化物与渣的酸碱性相同时, 5.药皮重量系数Kb，p热影响区组织 熔合区、粗晶区、细晶区、不完全重结晶区、 再结晶区p接头机械性能 硬度分布、力学性能、脆化、软化86一一.焊接接热影响区的影响区的组织分布分布8616Mn钢焊接热影响区焊缝金属母材熔合区过热区不完全重结晶区87883.注意问题注意问题热影响区存在的问题：1).热影响区中熔合区,过热区晶粒严重长大,是焊接接头的薄弱地带.2).低碳钢的不完全重结晶区,在急冷急热的条件下,会表现出高碳钢的行为. 3).成分偏析严重,
46、C.P.S高时易产生淬硬组织,裂纹. 89二二.焊接热影响区的性能焊接热影响区的性能硬度为了方便起见,常常用硬度的变化来判定热影响区的性能变化,硬度高的区域,强度也高,塑性,韧性下降,测定热影响区的硬度分布可以间接来估计热影响区的强度,塑性和裂纹倾向影响硬度的因素。 二二.焊接接接接头的机械性能的机械性能1)碳当量（碳当量（CarbonEquivalent)国际焊接学会日本焊接学会裂纹敏感系数最大硬度91熔池熔池工工件件焊焊缝缝渣渣壳壳电弧电弧焊焊条条焊焊钳钳焊接电缆焊接电缆焊焊机机本章结束下一章：手工电弧焊LHLs电电源源送丝轮送丝轮导电嘴导电嘴la（2）电阻热 在自动和半自动焊时，从焊丝与导电嘴接触点到焊丝端头的一段焊丝（即焊丝伸出长度，用Ls表示）有焊接电流通过，所产生的电阻热对焊丝有预热作用，从而影响焊丝的熔化速度。特别是焊丝比较细和焊丝的电阻系数比较大时（如不锈钢），这种影响更加明显。LHLs电电源源送丝轮送丝轮导电嘴导电嘴la（2）电阻热 在自动和半自动焊时，从焊丝与导电嘴接触点到焊丝端头的一段焊丝（即焊丝伸出长度，用Ls表示）有焊接电流通过，所产生的电阻热对焊丝有预热作用，从而影响焊丝的熔化速度。特别是焊丝比较细和焊丝的电阻系数比较大时（如不锈钢），这种影响更加明显。
