焊接方法与设备教案汇总.pdf

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1、第 1 页 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 第一节焊接方法及及发展概况 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方法。 （焊接是通过适当的物理化学方法， 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方法。 ） 二、焊接的分类 焊接分为： （1）熔化焊：利用一定的热源， 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方法称为熔焊。 （2）钎焊：利用摩擦、扩散和加压等物理作用，克服两个连接表面的 不平度，除去氧化膜及其它污染物， 使两个连接表

2、面上的原子相互接近 到晶格距离，从而在固态条件下实现连接的方法。 （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， 利用毛细作用使液态钎料充满 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， 熔化焊包括： 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。 熔化极电弧焊包括：焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊 (MIGMAG) 、 CO2焊 、螺柱焊等。 第 2 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 非熔化极电弧焊包括：钨极氩弧

3、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，无需其他附加件，接头强度一 般也能达到与母材相同，因此，焊接产品的重量轻、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）焊接结构具有良好的气密性、水密性，这是其他连接方法无法比拟 的。 4）可连接不同类型的金属材料、不同形状及尺寸的材料，可使金属结 构中材料的分布更合理。 5）可将结构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， 这样就简化了金属结构的加工工艺、缩短了加 工周期。 6）焊接是一种

4、“柔性”加工工艺，既适用于大批量生产，又适用于小 批量生产。 7）缺点 （1）产生焊接变形和焊接残余应力； （2）焊接接头的性能不均匀性； （3）止裂性差 四、焊接方法发展历程： 结合课件进行讲解。 五、焊接的应用： 各种焊接方法广泛地应用于机械、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 3 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 第一单元：电弧焊基础知识 要实现金属的焊接， 必须提供能量，对于熔焊，主要是热源的热能。 常用焊接方法的热源有：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、焊接电弧的物理基础 研

5、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：由焊接电源供给的， 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。 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本身产生， 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： 当电流大于一定值时， 一旦放电开始， 放电过程本身就可以 产生维持导电所需要的带电粒子。有暗放电、 辉光放电、 电

6、弧放电等 三种。 要使两电极之间的气体导电必须具备两个条件： (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， 而获得带电粒子的方法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接电弧产 第 4 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 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：中性气体粒子吸收足够的外部能量，使分子或原子中的电子脱

7、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个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：1.6 10 -19 J 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程度。 电离电压低 - 带电粒子容易产生有利于电弧导电 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 / 电离前中性粒子密度。 焊接电弧中，气体介质电离的形式主要有： 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

8、质： 气体粒子的热运动形成频繁而激烈的碰撞。 主要位置： 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，则可能与中 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。 第 5 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 场致电离发生的位置 : 主要是两极区，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。 由于电子质量远小于其他粒子的质量，因而在电场的作用下， 速度 快，动能

9、大，其余其他粒子发生非弹性碰撞，几乎将本身的动能全部传 递给相应的粒子， 使中性粒子发生电离或激励。 因而场致电离中电子起 到主要的作用。 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 范围： 电弧的辐射只可能对K、Na 、Ca 、Al 等金属蒸汽直接引起电离， 而对焊接电弧气氛中的其他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主要途径，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大

10、于逸出 功的动能而逸出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、焊接电弧的引燃方法 造成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 第 6 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 程称为焊接电弧的引燃。 通常有接触引弧和非接触引弧两种方式。 （1）接触引弧 接触引弧主要应用于：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

11、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，这种引弧方式称为非接触引弧。 非接触引弧需要利用引弧器， 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 20003000V 。 二、焊接电弧的构造及静特性 1、焊接电弧的构造 焊接电弧组成 (1) 阴极区： 电弧紧靠负电极的区域，很窄，约10 -510-6 cm 。 阳极区 阴极区 弧柱区

12、第 7 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 阴极斑点：电弧放电时， 负电极表面集中发射电子的微小区域阴极 斑点。 T阴=21303230 oC，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：电弧放电时， 正电极表面集中接收电子的微小区域阳极斑 点。 T阳=23303930 oC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=57307730 oC.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。 2、焊接电弧的静特性 含义：

13、 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。表示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： 不同的焊接方法在一定的条件下其电弧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。 U弧=U阴+U阳+U柱 第 8 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 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

14、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）的程度。 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，而且引弧容易。 2. 焊接电流的影响 焊接电流越大， 电弧温度越高， 电弧气氛中的电离程度和热发射作 用就越强，电弧燃烧就越稳定。 实验测定表明 : 随电流增大，电弧引燃电压降低； 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

15、 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，能增加电弧气氛中的带电粒子，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，降低了电弧气氛中的电离程度，使电弧燃烧不 稳 定。 4. 焊接电弧偏吹的影响 电弧偏吹： 正常情况下，电弧的中心轴线总是保持沿焊条（焊丝）的轴 线方向，即使焊条与焊件有一定倾角时， 电弧也随着电极轴线的方向而 第 9 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 改变。 （如图所示） 但实际焊接中， 由于气流的干扰、 磁场的

16、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）焊接电弧偏吹的原因 焊条偏心产生的偏吹 药皮薄的一侧熔化的快，使电弧外露，造成电弧偏吹。 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 ） 电弧周围气流产生的影响 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。电弧因周围磁力线不

17、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）防止或减少焊接电弧偏吹的措施 条件许可时，使用交流电源代替直流电源焊接； 调整焊条角度，将焊条向偏吹方向倾斜一定角度； 采用短弧焊； 改变接线部位或在焊件两端同时接线； 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 第 10 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 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（因为电流越大，磁偏吹越严重）； 5. 其

18、他影响因素 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. 焊接电弧的分类及热效率 1. 焊接电弧的分类 按电流种类分： 交流电弧、直流电弧、脉冲电弧 按电弧状态不同分： 自由电弧、压缩电弧 按电极材料不同分： 熔化电极电弧、非熔化电极电弧 （1）直流电弧 直流电弧由直流电源提供热源，燃烧稳定，有极性可供选择；（正接法 和反接法） 但有电弧磁偏吹； 低氢碱性焊条焊接时， 直流反接，电弧稳定，飞溅少，产生气孔倾向小； 酸性焊条焊接时，直流正接； 焊接薄板时，直流反接，以防烧穿； 钨极氩弧焊时，直流正接

19、，以防钨极烧损； 熔化极氩弧焊及CO2 焊时，直流反接，电弧稳定，飞溅少。 （2） 、交流电弧 电流为 50Hz正弦波的电弧被称为交流电弧。由交流电源提供热源。 特点： 第 11 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 1）每秒 100次周期性地过 0点 2）过 0 点时电弧熄灭，再反向引燃，稳定性差 3）无电磁偏吹 4）电极材料与被焊材料物理性能差异很大时， （钨极氩弧焊焊接铝、 镁 及其合金时） 在电弧电流、电弧电压的正负两个半周中会产生不对称而 形成直流分量，必须设法消除。 提高稳定性的措施： 1）串接一个适当的电感； 2）提高空载电压； 3）采用方波电源；

20、（3）脉冲电弧 基值电流用于脉冲休止时维持电弧连续燃烧。脉冲电流用于加热熔化焊 件和焊丝。 应用：钨极、熔化极氩弧焊等。 （4）压缩电弧 未受外界压缩的电弧称为自由电弧； 经过压缩的电弧称为压缩电弧（如等离子弧） 2. 焊接电弧的热效率 电弧的热效率 : qo=IhUh 式中qo电弧功率（w） Ih焊接电流（A） U h电弧电压（V） 电弧有功功率：q=IhUh 式中电弧有效功率系数。 值见表 16。 第 12 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 模块二：焊丝的熔化与熔滴过渡 一、预防触电的安全技术 我国生产的焊接电源的空载电压和工作电压 焊机空载电压工作电压

21、焊条电弧焊机90V2540V 埋弧焊7090V 电渣焊机4065V 氩弧焊、 CO2焊65V 等离子切割300450V 网络电压 : 380/220V。 安全电压： 干燥时 36V；潮湿时 12V。 (1) 熟悉和掌握焊接方法的安全特点、有关的电学知识、 防触电及触电 后的急救知识；严格执行安全操作规程。 (2) 遇焊工触电时，不得赤手拉触电者，应迅速切断电源，若触电者昏 迷时，立即实施人工呼吸，直至送到医院。 (3) 光线暗的场地、容器内操作或夜间工作时，工作照明灯的电压不应 大于 36V，高空作业或特别潮湿场所，安全电压不超过12V 。 (4) 焊工的工作服、手套、绝缘鞋应保持干燥。 (5

22、) 在潮湿场地工作时，应用干燥的木板或橡胶板等坐垫板。 (6) 焊工在拉、合电源闸刀或接触带电物体时，必须单手进行。 (7) 在容器内或船舱内或其他狭小工作场所操作时，须两人轮换操作， 其中一人留守在外面监护，不得离开。 (8) 焊机外壳必须接地或接零。 二、预防火灾和爆炸的安全技术 第 13 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 (1) 焊接前认真检查工作场地周围是否有易燃、易爆物品（如棉纱、油 漆、汽油、煤油、柴油、木屑等）如有上述物品时，应移至10 米以外。 (2) 注意防止金属火花飞溅引起火灾。 (3) 设备在带压时，严禁对其进行焊接或切割；必须先卸压，焊

23、接前必 须打开所有孔盖。常压而密闭的设备也不许进行焊接与切割。 (4) 被化学物质或油脂污染的设备都应清洗后再焊接或切割；若是易燃、 易爆或有毒的污染物， 应彻底清洗，经有关部门检查， 并填写动火证后， 才能进行焊接或切割。 (5) 在进入容器内工作时，焊、割炬应随焊工同时进出，严禁将焊、割 炬放在容器内擅自离开。 (6) 焊条头和焊后的焊件不得随便乱扔。 (7) 离开工作场所时，应关闭气瓶、电源，并将火种熄灭。 三、预防焊接方法有害因素的安全技术 1. 焊接烟尘 2. 有害气体 3. 弧光辐射 4. 高频电磁辐射 5. 射线 6. 噪声 四、特殊环境焊接的安全技术 1. 高处焊接作业 2.

24、容器内焊接作业 3. 露天或野外作业 焊 接 实 例 实例一 Q235 钢板（板厚 6mm ）I 形坡口平对接焊 第 14 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 1. 焊前准备 （1）清理待焊部位两侧各20mm 范围内的铁锈、油污、水分等，露出金 属光泽 （2）焊机： BX3 300 （3）焊条： E4303,3.2、4，焊前 150烘干 12h （4）装配定位：接口处平齐，无错边，根部间隙12mm ；定位焊所用 焊条与 正式焊相同，定位焊长度为1015mm ，间距 100150mm 2. 焊接工艺参数 板厚焊条型号焊条直径焊接电流 /A 36E43033.290

25、130 4140180 3. 焊接 采用双面焊，先焊正面，熔深要达到板厚的2/3 ，再翻转焊件焊背 面。 实例二 Q235 钢板（板厚 6mm ）V形坡口平对接焊 1. 焊前准备 （1）清理待焊部位两侧各20mm 范围内的铁锈、油污、水分等，露出金 属光泽 （2）焊机： BX3 300 （3）焊条： E4303,3.2、4，焊前 150烘干 12h （4）装配定位：接口处平齐，错边小于板厚的0.1 倍，根部间隙 2 3mm ；定位焊所用焊条与正式焊相同，定位焊长度为1020mm ，间距 100200mm 2. 焊接工艺参数 第 15 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内

26、容附注 焊接层次焊条型号焊条直径焊接电流 /A 第 一 层E43033.290130 填充层E43034140180 5210260 盖面层E43034140180 5210260 3. 焊接 采用多层焊。第一层用较小直径焊条（3.2 ） ，采用直线形运条 法；填充层用较大直径焊条 （4、5）和较大电流， 用锯齿形运条法， 摆动幅度逐层加大，但不要超过坡口棱边，填充层应比坡口边缘低1 1.5mm ，以便盖面焊时能看清坡口和不使焊缝余高超高；盖面焊时焊条 直径、运条方法与填充层相同， 但摆动幅度应比填充层大， 摆动到坡口 边缘时稍作停留，使坡口边缘熔化12mm 第 16 页 课 时 授 课 计

27、划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 第二章：焊条电弧焊 定义：焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。它利用焊 条与焊件之间建立起来的稳定燃烧的电弧，加热并熔化焊条和局部焊件 形成焊缝，从而获得牢固的焊接接头。 焊条电弧焊是熔化焊中最基本的焊接方法，也是目前应用最广泛的 一种焊接方法。 2.1 焊条电弧焊的原理及特点 一、焊条电弧焊的原理 利用焊条与工件间燃烧的电弧热熔化焊条端部和工件的局部，在焊 条端部迅速熔化的金属以熔滴形式经弧柱过渡到工件已经局部熔化的 金属中，与之熔合一起形成熔池。 焊条药皮在熔化过程中产生一定量的气体和液态熔渣产生的气体 充满在电弧和熔池的周围， 起隔

28、绝大气保护液态金属的作用。液态熔渣 密度小，在熔池中不断上浮， 覆盖在液态金属上面， 起保护液态金属的 作用。 药皮熔化产生的气体、 熔渣与熔化了的焊芯、 焊件发生一系列冶金 反应，保证了所形成焊缝的性能。 随着电弧向前移动，熔池的液态金属逐步冷却结晶而形成焊缝。 电弧中心的温度在5000以上，电弧电压在1640 V范围，焊接 电流在 20 一 500A之间。 二、焊条电弧焊的特点 1. 焊条电弧焊的优点 （1）工艺灵活、适应性强：对不同的焊接位置、接头形式、焊件厚度 及焊缝，只要焊条能达到的任何位置， 均能进行方便的焊接（可达性好）。 对于单件、 小件、短件、不规则的空间任意位置及不易实现机

29、械化 焊接的焊缝，机动灵活，操作方便。 第 17 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 （2）应用泛围广：焊条能与大多数焊件金属性能相匹配，接头的性能 可以达到被焊金属的性能。 能焊金属：碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、铜、铝及其合金； 能焊但可能需预热、后热或两者兼用的：铸铁、高强度钢、淬火钢等； 不能焊材料：低熔点金属如锌、铅、锡及其合金；难熔金属如钨、钼、 钽等，活性金属如钛、铌、锆等。 （3）易于分散焊接应力和控制焊接变形： 由于焊接时的不均匀加热，存在焊接应力与变形。可通过改变焊接 工艺（跳焊、分段退焊、对称焊）减少焊接变形和改善焊接应力的分 布。 （4

30、）设备简单、成本较低。 2. 焊条电弧焊的缺点 （1）焊接效率低、劳动强度大：熔敷速度慢，焊条尺寸一般已固定， 其直径在 1.6-8mm 范围，长度在 200-600mm之间，焊接电流一般在 500A以下。每焊完一根焊条，必须停止焊接更换焊条，使焊接不连续， 并残留下一截焊条头，而未被充分利用，焊后还须清渣。 （2）焊缝质量依赖性强：焊缝质量主要靠焊工的技术和经验保证。不 适合焊接活泼金属、难熔金属及薄板的焊接。 2.2 焊条电弧焊设备及工具 焊条电弧焊设备和工具包括： 弧焊电源、焊钳、面罩、焊条保温桶； 敲渣锤、钢丝刷、焊缝检验尺等。 弧焊电源是核心， 焊接电源的电气特性和结构方面，具有不同

31、于一 般电力电源的特点。 主要原因是弧焊电源的负载是电弧，电源的电气性 能要求适应电弧负载的特性。 一、对弧焊电源的要求 焊条电弧焊的负载：电弧；它是动态负载。 第 18 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 焊条电弧焊电源除了应具有一般电力电源的特性外，还必须满足下列要 求： 1. 对弧焊电源外特性的要求 电源外特性： 电源其他参数不变的情况下，改变负载时， 电源输出的电 压的稳定值 U与输出的电流的稳定值I 之间的关系曲线 U=f(I),称 为电源的外特性； 弧焊电源的外特性有下降外特性、 平降外特性、上升降外特性三种。 焊接回路中弧焊电源与电弧构成供电和用电

32、系统，为保证电弧稳定 燃烧和焊接参数稳定， 电源外特性曲线与电弧静特性曲线必须相交。交 点处，电源供给的电压和电流与电弧燃烧所需的电压和电流相等。 焊条电弧焊的电弧静特性的工作段在平特性区，只有下降的电源外 特性曲线才能与其相交， 因此，焊条电弧焊的弧焊电源应有下降的电源 外特性。 当弧长变化时，陡降外特性引起的电流变化量明显小于缓降外特性 引起的电流变化量。 因此，为稳定焊接参数， 焊条电弧焊的弧焊电源应 采用陡降外特性的电源。 2. 对弧焊电源空载电压的要求 空载电压： 弧焊电源接通供电网络， 而焊接回路开时， 弧焊电源输出端 的电压。 （1）保证引弧容易引弧时，需要焊条或焊丝与工件接触，

33、因 两者之间往往存在锈污等杂质，需要高的空载电压击穿接触面， 实现导 通；电离在初始阶段也需要强的电场。 （2）保证电弧稳定燃烧 （3）保证人身安全 原则：保证引弧容易和电弧稳定，采用尽可能低的空载电压。 交流弧焊电源： U0=55 70V ?直流弧焊电源： U0=45 85V 第 19 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 一般规定空载电压不得超过100V ，特殊情况要超过，必须具有自动防 触电装置。 3. 对弧焊电源稳态短路电流的要求 弧焊电源稳态短路电流： 弧焊电源所能稳定提供的最大电流，即输 出端短路时的电流。 稳态短路电流太大：焊条过热，易引起药皮脱落，

34、增加飞溅； 稳态短路电流太小：引弧和熔滴过度困难； 要求：稳态短路电流为焊接电流的1.25 2.0 倍。 4. 对弧焊电源调节特性的要求 根据焊金属材料的性质、 坡口及厚度、 接头形式、 位置及焊条直径 不同，要求有不同的焊接电流。因此，要求对弧焊电源的焊接电流，能 在一定范围内作均匀、灵活的调节。 实质: 调节电源外特性 5. 对弧焊电源动特性的要求 动特性：电弧负载发生变化时，焊接电源输出电压和电流的响应过程。 可以用弧焊电源与时间的关系表征， 它表明焊接电源对负载的瞬态改变 的反应能力。 焊接过程从一个稳态过渡到另外一个稳态，这就是动特性的实质。 动特性好：引弧、重新引燃电弧容易、稳定、

35、飞溅少。 二、弧焊电源的分类及型号 1. 弧焊电源的分类及特点 按结构原理可以分为： 交流弧焊电源、直流弧焊电源、脉冲弧焊电源、弧焊逆变器。 按电流性质可以分为： 交流弧焊电源、直流弧焊电源、脉冲弧焊电源。 2. 弧焊电源的型号及技术参数 第 20 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 根据 GB/T10249 1988电焊机型号编制方法中规定，焊机的型 号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定的编排顺序组成，其编排顺序及 含意如下： 例如： 额定值：对焊接电源规定的使用限额。如额定电压、额定电流、额 定功率。超过额定值工作过载，严重过载将会使设备损坏。 在额定负载持续

36、率工作时， 允许使用的最大焊接电流， 称为额定焊 接电流。额定焊接电流不是最大焊接电流 负载持续率：指弧焊电源负载的时间与整个工作时间周期的百分率。 我国对 500A以下的焊条电弧焊电源，工作时间周期定为5min。 例题： 某焊工使用 BX3-300焊机，在规定周期时间内工作三分钟，试问该 焊机负载持续率为多少？ 答： 负载持续率为 60% 。 %.60 5 3 %100 工 负 解：负载持续率 t t 第 21 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 三、常用焊条电弧焊电源 1. 弧焊变压器 （1）BX3 300 型弧焊变压器 调节方法： 粗调节：改变一、二次侧接

37、线方法（接法或接法） 接法：空载电压75V，焊接电流调节范围为40125A 接法 ：空载电压 60V，焊接电流调节范围为115400A 细调节：转动手柄改变一、二次侧绕组的间距；间距增大，漏磁增加， 焊接电流减小。 （2）BX1 315 型弧焊变压器 调节方法：转动手柄，移动铁芯，改变漏磁。（铁芯外移，漏磁减小， 电流增大；铁芯内移，漏磁减大，电流减小；） 调节范围：焊接电流调节范围为60380A 接线方法：一次侧绕组两部分串联与电源连接；二次侧绕组两部分并联 与焊接回路连接。 2. 弧焊整流器 弧焊整流器有硅弧焊整流器、 晶闸管弧焊整流器、 晶体管弧焊整流 器等。 晶闸管弧焊整流器以其优异的

38、性能已逐步代替了弧焊发电机和硅 弧焊整流器，成为目前一种主要的直流弧焊电源。 （1）硅弧焊整流器：以硅二极管为整流元件 常用型号： ZXG 160、 ZXG400 等 （2）晶闸管弧焊整流器： 晶闸管弧焊整流器是一种电子控制的弧焊电源，以晶闸管为整流元 件，以获得所需的外特性及焊接参数（电流、电压）的调节。性能优于 硅整流弧焊电源，已成为一种主要的直流弧焊电源。 第 22 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 主要由三相降压变压器、 三相晶闸管整流器、 输出电抗器、 电子控 制线路等部分组成，其基本原理方框图如图所示 常用型号： ZX5 250 、ZX5 400、

39、 ZX5630 3. 弧焊逆变器 将直流转变为交流的变换称为逆变， 实现这种变换的装置称为逆变 器。为焊接电弧提供电能， 并具有弧焊方法所要求性能的逆变器，即为 弧焊逆变器或称为逆变式弧焊电源。 各类逆变式逆变式弧焊电源已应用于多种焊接方法，逐步成为更新 换代的重要产品 弧焊逆变器的变流过程是：工频交流直流高、中频交流 降压交流并再次变成直流，必要时再把直流变成矩形波交 流。 因而在弧焊逆变器中可采用三种逆变体制。 (1)AC-DC-AC (2) AC-DC-AC-DC (3) AC-DC-AC-DC-AC(矩形波 ) 多采用第二种系统，因此，可以把弧焊逆变器称为逆变式弧焊整流器。 常用型号：

40、 ZX7 250、 ZX7400、ZX7 630 弧焊逆变器的特点： 1. 质量轻、体积小；仅为传统弧焊电源的1/5 1/10 2. 高效节能，效率可达8090，功率因数达 0.99 3. 具有良好的动特性和弧焊工艺性能 (1) 因工作频率高，所需的主回路中滤波电感值小，电磁惯性减小，易 于获得良好的动特性； (2) 所有焊接工艺参数均可无级调整可控性好； 第 23 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 (3) 外特性、动特性等可按不同工艺要求来设计，可适应各种弧焊方法； （如焊条电弧焊、气保焊、等离子弧焊、埋弧焊及焊接机器人） (4) 用作交流电源时可获得较高频

41、率的矩形波，从而提高交流电弧的稳 定性。 缺点：设备复杂、维修难度大。 四、焊条电弧焊电源常见故障及处理 1. 弧焊变压器常见故障及处理（表22） 2. 晶闸管弧焊整流器常见故障及处理（表23） 3. 弧焊逆变器常见故障及处理（表24） 五、焊条电弧焊其他设备和工具 1. 焊钳、地线夹和面罩 （1）焊钳：常用的有300A和 500A两种。 （2）面罩和护目镜： 面罩和护目镜是防止焊接飞溅、 弧光及高温对焊工面部及颈部灼伤 的一种工具。面罩一般分为手持式和头盔式两种。 要求选用耐燃或不燃的绝缘材料制成，罩体应遮住焊工的整个面 部，结构牢固， 不漏光。护目镜按亮度的深浅不同分为6 个型号 (7 1

42、2 号) ，号数越大，颜色越深。一般选用910 号（见表 1-8） 2. 焊条保温筒和焊缝检验尺 （1）焊条保温筒： 使用低氢型焊条焊接重要结构时，焊条必须先进烘箱烘焙， 烘干温度和 保温时间因材料和季节而异。 焊条从烘箱内取出后， 应储存在焊条保温 筒内，在施工现场逐根取出使用。 （2）焊缝检验尺： 用以测量坡口角度、间隙、错边以及余高、焊缝宽度、角焊缝厚度 等尺寸。由直尺、探尺和角度规组成。 第 24 页 课 时 授 课 计 划 副 页1年月日 教学过程及授课内容附注 3. 常用焊接手工工具 主要有：敲渣锤、錾子、钢丝刷、手锤、钢丝钳、夹持钳、角磨机等。 第 25 页 第三节焊条电弧焊焊接

43、材料 焊条电弧焊焊接材料焊条 作用：作为电极、作为填充金属与熔化了的母材熔合形成焊缝 规格：以焊芯直径表示，常用的有：2 、2.5 、 3.2 、4、 5、6 等规格。 按药皮熔化后的熔渣特性分为：酸性焊条和碱性焊条 酸性焊条：工艺性能优于碱性焊条 碱性焊条：力学性能、抗裂性能优于酸性焊条 一、焊条的型号及牌号 说明：焊条型号和牌号都是焊条的代号； 焊条型号：国家标准规定的各类焊条的代号； 焊条牌号：焊条生产厂对焊条产品规定的代号； 焊条牌号是根据焊接材料产品样本编制的，焊接材料产品样本 是我国原机械电子工业部组织焊条生产厂家编写的；后来，我国又参照 国际标准制定了新的国家标准； 焊接材料产品

44、样本中的牌号与新国 家标准中的型号不能一一对应。 牌号不是国家标准，但已使用多年。已成习惯，因此，目前在生产 中仍广泛应用。 1. 碳钢焊条和低合金钢焊条型号 按国家标准 GB/T5117 1995碳钢焊条和 GB/T51181995低 合金钢焊条 规定，碳钢焊条和低合金钢焊条型号是根据熔敷金属的力 学性能、药皮类型、焊接位置和电流种类划分的。 （1）低碳钢焊条 第 26 页 （2）低合金钢焊条 在焊条型号后面附加后缀， 表示熔敷金属的化学成分分类代号，用 “”与数字隔开（见表26） ，若还有附加化学成分时，附加化学成 分直接用元素符号表示，并用“”与后缀字母隔开。 例如: 说明： 表 26中

45、 A1 表示碳钼钢焊条、 B1,B 5表示铬钼钢焊条、C1,C 3 表示镍钢焊条、 D1, D5表示锰钼钢焊条、 NM表示镍钼钢焊条、 G 、M 、 M1 、W表示所有其他低合金钢焊条 2. 不锈钢焊条型号 按国家标准 GB/T983 1995不锈钢焊条规定，不锈钢焊条型号 是根据熔敷金属的化学成分、药皮类型、焊接位置和电流种类划分的。 “E”表示焊条， 后面的数字表示熔敷金属化学成分分类代号，如有 特殊要求的化学成分，则该化学成分用元素符号表示，放在数字后面； 数字后的字母：“ L”表示碳含量较低，“ H”表示碳含量较高，“ R” 表示硫、磷、硅含量较低; “”后面的两位数字表示药皮类型、焊

46、接 位置及焊接电流种类。 3. 焊条牌号 按焊接材料产品样本 规定，焊条牌号由汉字 （或汉语拼音字母） 和三位数字组成。 汉字（或汉语拼音字母） 表示按用途分的焊条各个大 类，前两位数字表示各大类中的若干小类，第三位数字表示药皮类型和 电流种类。 与第三位数字组合表示焊接电流种类和药皮类型（表25） 表示焊接焊接位置，0和1表示适用于全位置焊接， 2表示只适用于平焊及平角焊，4表示适用于向下立焊 表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位：10MPa 表示焊条 第 27 页 （1）结构钢焊条牌号 用“结（ J）”表示结构钢焊条；第一、二位数字表示熔敷金属的 抗拉强度等级；第三位数字表示药皮类型和电流种

47、类。 （2）钼和铬钼耐热钢焊条牌号 用“热（ R）”表示钼和铬钼耐热钢焊条；第一位数字表示熔敷金 属的主要化学成分等级，见表210；第二位数字表示同一熔敷金属主 要化学成分组成等级中的不同编号，按 0、1, 9 顺序排列； 第三位数字 表示药皮类型和电流种类。 （3）不锈钢焊条牌号 不锈钢焊条包括铬不锈钢焊条和铬镍不锈钢焊条，用“铬（G ）” 表示铬不锈钢焊条；用“奥（A）”表示铬镍不锈钢焊条；第一位数字 表示熔敷金属的主要化学成分等级，见表211；第二位数字表示同一 熔敷金属主要化学成分组成等级中的不同编号，按0、1, 9 顺序排列； 第三位数字表示药皮类型和电流种类。 （4）低温钢焊条牌号

48、 用“温（ W ）”表示低温钢焊条；第一、二位数字表示低温钢焊条 工作温度等级；第三位数字表示药皮类型和电流种类。 （5）堆焊焊条牌号 用“堆（ D）”表示堆焊焊条；第一位数字表示焊条的用途、组织 或熔敷金属的主要成分，见表213；第二位数字表示同一用途、组织 或熔敷金属的主要成分中的不同编号，按 0、1,9 顺序排列；第三位数 字表示药皮类型和电流种类。 二、焊条的选用与管理 1. 焊条的选用原则 （1）低碳钢、中碳钢及低合金钢 按焊件的抗拉强度来选用相应强度的焊条，使熔敷金属的抗拉强度 第 28 页 与焊件的抗拉强度相等或相近，该原则称为“等强原则”。 如：焊接 Q235A钢时其抗拉强度在

49、420MPa 左右，应选用熔敷金属 抗拉强度最小值为430MPa的 E4303（结 422 J422 ） 、E4316 （结 426 J426） 、E4315 （结 427 J427 ） 。 （2）不锈钢、耐热钢、堆焊等焊件 应从保证焊接接头的特殊性能出发， 要求焊缝金属化学成分与母材 相同或相近（同成分原则） 。 如：焊接 0Cr18Ni9 时，由于其含铬 18、含镍 9，为了使焊缝 与焊件有相同的耐腐蚀性能， 必须要求焊缝金属化学成分与母材相同或 相近，所以应选用铬、镍含量相近的 E308-16 （A102） 或 E308-15 （A107） 焊条焊接。 （3）对于低碳钢之间、中碳钢之间、低合金钢之间或他们之间的异种 钢焊接 一般应使焊缝与强度等级较低的钢材的抗拉强度相等或相近 如：Q235A与 Q345异种钢焊接时，应按Q235A选用抗拉强度为 420M