导图社区 熔焊方法及设备
- 107
- 2
- 1
- 举报
熔焊方法及设备
参考书目：机械工业出版社《熔焊方法及设备》王宗杰第二版，适用于大学工科本科焊接专业及材料成型及控制工程焊接方向。
编辑于2022-05-15 16:20:40- 工科
- 大学工科 …
- 相似推荐
- 大纲
熔焊方法及设备
第一章-焊接电弧
基本物理过程
粒子的产生
气体的激励
气体的电离
热电离
场致电离
光电离
产生负离子
粒子的运动
电子的发射（起动/动力）
热发射
场致发射
光发射
粒子碰撞发射
带电粒子的扩散（有方向）
分布不均匀，从密度高处转移至密度低处（无特定方向） （我认为是热运动的结果）
在电场（强度）的作用下，从"高电势"向低电势方向转移（电弧 的电场分布使其主要从一极到另一极）
热影响十电场影响
带电粒子的复合
空间复合（两极之外/间复合）
电极表面复合
焊接电弧的产生
原理
电场作用
热作用
引弧方式
接解式引弧
热作用（主体）
短路阶段
热作用与电场作用
分离阶段
燃弧阶段
非接触式引弧
电场作用
激发阶段
电场作用及热作用
燃弧阶段
焊接电弧的构造及其导电机构
弧柱区
阴极区
热发射型
场致发射型
等离子型
阳极区
热电离
场致电离
最小电压原理
焊接电弧电特性
定义及相关概念
静特性
特性
下降特性
平特性
上升特性
几处压降（会解释其特性变化）
弧柱电压降
阴极电压降
阳极电压降
动特性（总是滞后）（回线特征）
直流电弧
交流电弧
焊接电弧产热及温度分布
产热原理
获得
吸收热量：同其它粒子碰撞
"加速跑出"：受到电场作用
维持（粒子的动能）
消耗（同"获得"对应）
同其它粒子碰撞
在电场作用下“投入电极”（传递给电极，部分为内能， 另一部分，可以用电极中粒子碰撞）
产热机构及情况（会解释）
阴极区的产热
阳极区的产热
弧柱区的产热
温度分布：
轴向：两电极较低，弧柱区温度较高
径向：中心轴温度最高，离开中心轴温度逐渐降低
第二章一焊丝的熔化和熔滴过渡
焊丝的加热与熔化
熔化热源
电弧热
电阻热
影响焊丝熔化速度的因素
焊接电流
忽略电阻热：成直线关系
不可忽略电阻热：熔化速度与电流成曲线关系
电弧电压
焊丝直径（热集中）
焊丝伸出长度（热积累）
焊丝材料
气体介质及焊丝极性
熔滴上的作用力
重力
表面张力
电弧力
电磁收缩力
等离子流力
斑点压力
爆破力
电弧气体吹力
熔滴过渡主要形式及其特点
自由过渡
滴状过渡
粗滴过渡
细滴过渡
电流增加，电磁收缩力增加，熔滴表面张力减小，会促使 熔滴过渡，过渡频率增加，熔滴尺寸显著细化
非轴向过渡
喷射过渡
射滴过渡
物理特点
电弧在引弧之后沿熔滴拓展，包围熔滴的大部或全部表面， 呈钟罩形；熔滴尺寸较小，与焊丝直径相近；熔滴脱离焊 丝后沿焊丝轴向过渡，加速度大于重力加速度
工艺特点
亚射流过渡
弧长较短
旋转射流过渡
焊丝伸出长度较大，电流通常比射流过渡还大
射流过渡
条件：纯氩或富氩保护气氛，直流反接，保持高弧压 （长弧）、使焊接电流大于某临界值
接触过渡
短路过渡
过程，电弧燃烧形成熔滴→熔滴长大与熔池接触短路熄弧→ 液桥缩颈断开与过渡→电弧再引燃
短路过渡特点
特点一：由过程"短路熄弧"和电弧再引燃可知：短路 过渡是燃弧、短路交替进行
特点二：短路过渡所使用焊接电流平均值较小
特点三：短路过渡一般选用细丝（细焊条）
稳定性
可以用这种交替过程的柔顺、均匀一致程度及过程中飞溅大小来衡量
频率特性
一般认为，短路过渡频率越高，即每秒钟熔商过渡次数越多，那么在恒定的送丝速度 焊丝端部形成的熔滴尺寸越小，每过渡一滴时对电弧的扰动也就越小，过渡过程越稳 定，飞溅小
燃弧时间及其影响因素
短路时间及其影响因素
其它电路参数对频率特性的影响（电感等）
搭桥过渡
渣壁过渡：
沿渣壳
沿套筒
熔滴过渡的损失及飞溅
概念
熔敷效率
熔敷系数
飞溅率
飞溅
短路过渡飞溅（能量主要驱动)
滴状过渡飞溅（冶金反应气体驱动）
射流过渡飞溅（焊接参数不合理，金属蒸气驱动）
第三章母材的熔化和焊缝成形
焊缝形成过程
电弧焊
加热
熔化
化学冶金
凝固
固态相变
....
必不可少的过程
熔化
焊缝（横截面）的形状尺寸
焊缝熔深H
焊缝熔宽B
焊缝余高h
焊缝成形系数
余高系数
融合比:单道焊时，在焊缝横截面上熔化的母材所占的面积与焊缝的总面积之比
熔池形状与焊接电弧热的关系
热输入
焊接电弧的有效热功率（焊件热输入功率)
电弧用于加热、熔化焊件和焊丝的热功率称为电弧有效热功率
交流电弧焊焊接时，由于交流波形的非正弦性：
K是系数，=0.7-0.9
电弧热效率
电弧有效热功率与电弧热功率的比值
电弧热损失
电弧热辐射和气流带走的热量损失
用于加热和熔化焊条药皮或焊剂的损失（不包括熔渣传导给焊件的那部分热量）
焊接飞溅造成的热损失
用于加热钨极或碳极、焊条头、焊钳或导电喷嘴等的热损失
焊接温度场（焊接结构学中有）
参数、计算等
比热流
熔池受到的力及其对焊缝成形的影响
力
重力（与焊缝的空间位置有关）
表面张力
熔池轮廓形状
金属在坡口里堆敷情况，即熔池表面的形状
有沿表面方向的表面张力梯度，促使液体金属流动
在电弧轴线下的熔池表面的温度最高，熔池四周的温度较低。如果熔池表面处材料的成分是均匀一致的，那么表面张力梯度dδ/dr>0，即熔池四周的表面张力大，电弧轴线下熔池中心处的表面张力最低，在这样一种表面张力梯度作用下，熔池表面的金属从中心流向四周，因而形成的熔池宽而浅。
当熔池金属中含有易于在表面偏析的活性元素（如硫和氧等）时，在熔池表面较热的地方通过蒸发或者减小表面偏析使表面张力增大，在这种情况下表面张力梯度dδ/dr＜0，熔池四周的表面张力低，因而熔池表面的金属从四周流向中心，形成的熔池窄而深
焊接电弧力
电弧静压力
电弧动压力
熔滴冲击力
焊缝成形的影响
焊接参数
焊接电流
随着电弧焊焊接电流的增加，作用在焊件上的电弧力增加，电弧对焊件的热输人增加，热源位置下移，有利于热量向熔池深度方向传导，使熔深增大。熔深与焊接电流近似成正比关系，即缝熔深H=Kl。式中K为熔深系数（焊接电流增加100 A导致焊缝熔深增加的毫米数），它与电弧焊的方法、焊丝直径、电流种类等有关
电弧焊的焊芯或焊丝的熔化速度与焊接电流成正比。由于电弧焊的焊接电流增加导致焊丝熔化速度增加，焊丝熔化量近似成正比地增多，而熔宽增加较少，所以焊缝余高增大。
焊接电流增大后，弧柱直径增大，但是电弧潜入工件的深度增大，电弧斑点移动范围受到限制，因而熔宽的增加量较小
随着电弧焊焊接电流增加，焊缝的熔深和余高均增加，熔宽略有增加
焊接电压
在其他条件一定的情况下，提高电弧电压，电弧功率相应增加，焊件输人的热量有所增加。但是电弧电压增加是通过增加电弧长来实现的，电弧长度增加使得电弧热源半径增大电弧散热增加，输人焊件的能量密度减小，因此熔深略有减小而熔宽增大。同时，由于焊接电流不变，焊丝的熔化量基本不变，使得焊缝余高减小
焊接速度
在其他条件一定的情况下，提高焊接速度会导致焊接热输入减少，从而焊缝熔宽和熔深都减小。由于单位长度焊缝上的焊丝金属熔敷量与焊接速度成反比，所以也导致焊缝余高减小。
焊接电流的种类和极性
工艺因素
坡口和间隙
电极（焊丝）倾角
焊件倾角
焊件材质和厚度
焊剂、焊条药皮和保护气体
焊缝成形缺欠及其防止
焊接缺欠是指在焊接接头中因焊接而产生的金属不连续、不致密、或连接不良的现象。
焊接缺陷是超过规定限值的缺欠
由性质与特征划分
未熔合和未焊透
焊缝形状不良
咬边
下塌和烧穿
焊瘤
第五章一埋弧焊
工作原理
冶金
特点
机械保护作用好
冶金反应充分
焊缝的化学成分稳定
焊缝的组织易粗化
概要
反应
锰，硅的还原反应
锰可以提高焊缝金属的强度和韧度，并能提高焊缝的抗热裂性能；硅能镇静熔池，有利于获得致密的焊缝
但锰硅的含量也不宜过高，当锰含量wmn> 1.5%时会增加焊缝的冷脆性； 当硅含量Wsi> 0.5%时能降低焊缝的室温冲击韧度
概要
锰硅过渡
为什么利用焊剂能使焊缝增锰增硅
影响因素
焊剂成分
锰硅原始含量
焊剂碱度
焊接参数
碳的氧化烧损
去氢反应
脱硫和脱磷反应
焊接冶金学一基本原理相关
焊接材料
焊剂
焊丝
焊剂与焊丝的匹配
被焊材料的类别和对焊接接头性能的要求
低碳钢和强度较低的低合金钢
低合金高强钢
耐热钢、低温钢和耐蚀钢等特种钢
奥氏体或铁素体高合金钢
埋弧焊工艺特点
稀释率高
热输入高
焊接速度快
设备
不同方式的分类（针对整套设备）
设备的组成
核心：埋弧焊机
机械系统
送丝机构
焊车行走机构
机头调节机构
导电嘴
焊接电源
直流电源
交流电源
控制系统
辅助设备
实例： MZ-1000型埋弧焊机
适用条件
水平位置或与水平面倾斜不大于15度
开坡口和不开坡口的平板对接、角接和搭接焊缝，借助于转胎或滚轮架等 辅助设备也可以焊接圆筒件的内，外环缝
适用焊丝直径为3～6mm
焊机结构
焊车
焊接电源
控制系统
埋弧焊工艺
内容略解
实际+具体数据
焊前准备
坡口的选择与加工
3～12mm时可以不开坡口
焊件较厚时，为保证根部熔透和消除夹渣等缺欠，需要开坡口
焊件的清理
焊丝的清理和焊剂的烘干
焊件的装配
要求： 间隙均匀，高低平整
实例
定位焊的位置应在第一道焊缝背面，长度一般应大于30mm
直缝焊件装配时，尚需加引弧板和引出板，以去除引弧和收尾时容易产生的缺欠，如弧坑等
对接接头埋弧焊工艺（低碳钢埋弧焊为例）
对接接头单面焊
焊接热输入容易过大，焊接接头的韧度不易保证，因此主要适用于中、薄板焊接
背面的强制成形衬垫
焊剂铜衬垫法
水冷滑块式铜垫法（铜块易磨损，适用于焊接厚度为6～20mm的钢板）
热固化焊剂衬垫法
对接接头双面焊
工艺特征
焊接质量较易控制，对焊接装配的要求不太高，对焊接参数的波动敏感性不大
第一面焊接时既要保证足够的熔深，又要防止熔化金属的流溢和烧穿
工艺措施
悬空双面焊法（间隙<1mm,或不留间隙）
焊剂垫双面焊法
临时工艺衬垫双面焊法
焊条电弧焊封底双面焊法（一般厚板焊件背面封底的和形式为V形 并保证封底厚度大于8mm，以免正面埋弧焊时被烧穿）
多层双面焊法（板厚超过40mm时，且坡口一般多采用 V形和双V形， 但都必须留有4mm的钝边和适当的坡口角度）
T形接头和搭接接头埋弧焊工艺
平角焊法
焊件不易于翻转或尺寸很大时使用
焊丝与立板的夹角一般为20度-30度
船形焊法
焊件易于翻转场合使用
使用：将角焊缝两边置于与垂直线呈45度的位置
特征
对装配质量要求较高，装配间隙不得大于1mm 否则，易焊穿和产生液体金属溢漏
船形焊时单道焊可以增大电流，得到较大的焊脚 尺寸，不会产生咬边和溢漏缺欠
20G钢蒸汽锅炉上锅筒埋弧焊工艺实例（需掌握）
其他工艺方法
多丝埋弧焊
窄间隙埋弧焊
埋弧堆焊
第六章-钨极惰性气体保护焊（TIG)
TIG焊理论
原理
应用
焊接设备
焊接电源
直流反接
直流正接
交流
关注的点
热输入
阴极清理
钨极冷却
引弧装置和稳弧装置
高压高频式
高压脉冲式
焊枪
作用
夹持钨极
传导焊接电流
输送并喷出保护气体
要求（略）
类型与结构
气冷式（小电流≤150A）
水冷式（大电流≥150A）
喷嘴
供气系统与水冷系统
控制系统
程序控制系统
电源特性控制系统
TIG焊用焊接材料
保护气体
氧化性
焊接参数
钨极
性能要求
钨极的材料种类
焊丝
焊接工艺
接头和坡口形式
焊接厚度小于3mm→对接
焊接厚度大于6mm→开坡口
焊接厚度超过10mm的铝及铝合金时，为了保证焊透，还需要预热，温度为150-250℃
焊件和焊丝的焊前清理
焊接参数的选择
焊接电流
电弧电压
焊接速度
保护气体流量
钨极伸出长度
填丝速度
先确定电源类型
1035TIG焊接工艺实例
其它焊接工艺
热丝TIG焊
钨极脉冲氩弧焊
A-TIG焊
第七章-熔化极氩弧焊（MIG/MAG）
MIG/MAG焊理论
原理
特点
应用（范围）
其熔滴过渡及控制
过渡形态
焊接时极性选择
阴极清理作用
影响电弧行为
子主题
电弧固有的自调节系统
铝焊丝MIG焊才能使用这系统
子主题
设备
焊接电源
送丝系统
焊枪与导丝管
半自动焊枪
自动焊焊枪
供气系统与水冷系统
控制系统
型号及技术参数
NB-400型半自动熔化极氩弧焊机
焊接材料
保护气体
Ar+He
Ar+H2
Ar+N2
Ar+O2
Ar+CO2
Ar+CO2+O2
分类总结
惰性气体，考虑传热系数，电弧电压（相同弧长），对过渡形式的影响
H2
还原性（与CO等发生冶金反应）
氢气孔
在Ar中加入H2可提高电弧温度，增加母材热输入
N2
提高电弧的刚度
改善焊缝成形
缺点：焊接时有飞溅，且焊缝表面较粗糙
O2
氧化性
持续形成氧化物，"吸引"阴极斑点，克服电弧的阴极漂移现象
体积分数较大时，焊缝表面氧化明显，接头质量下降（＞2%）
应配用含Mn，Si等脱氧元素较高的焊丝
纯Ar作保护气体，易产生容易产生气孔的指状熔深，加入20%O2，可改善熔深形状
CO2
氧化性
对电弧和熔滴过渡形式（飞溅）的影响
含C
易渗碳
焊丝
低碳钢及低合金钢焊丝
不锈钢焊丝
铝及铝合金焊丝
镍及镍合金焊丝
铜及铜合金焊丝
钛及钛合金焊丝
焊接工艺
焊前准备
焊接参数
常用焊接工艺
6351-T4铝合金管熔化极氩弧焊工艺实例
其他形式的熔化极氩弧焊
脉冲熔化极氩弧焊
双丝熔化极氩弧焊
TIME焊
第八章-CO2气体保护电弧焊
基础理论
工作原理
特点
应用
熔滴过渡特点
方式
短路过渡
自由过渡
冶金特点
氧化问题
气孔问题
子主题
设备
焊接电源
控制系统
送丝系统
焊枪与软管
供气系统
举例：NBC7-250(IGBT）型逆变式CO2焊机
焊接材料
CO2气体
焊丝
飞溅问题与控制措施
冶金反应引起飞溅
斑点压力引起飞溅
熔滴短路引起飞溅
非轴向熔滴过渡引起飞溅
焊接参数选择不当引起飞溅
焊接工艺
焊前准备
焊接参数选择
鰭片管的半自动CO2气保焊实例
其它形式的CO2气保焊
药芯焊丝
波形控制和STT控制法
第九章-等离子弧焊
基础理论
等离子弧
等离子弧的产生
分类
供电电源及引燃
特性
静态特性
热源特性
双弧现象形成机理及形成因素+防止
等离子弧发生器
等离子弧焊接
原理
特点
应用
焊接设备