[工学]焊接方法与设备 第1单元电弧焊基础.ppt

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1、第一单元 电弧焊基础知识 溶 厩 真 容 彼 颊 卒 类 羊 饥 笼 朔 焚 诞 撕 撼 兆 私 既 泊 济 京 仪 单 文 剃 富 雄 宅 估 韧 骤 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 n 通过本单元的学习，要使学生深入 了解作为焊接能源的电弧物理基础；掌 握焊接电弧的主要工艺特性；明确作为 填充材料的焊丝熔化与熔滴过渡以及作 为工件的母材熔化与焊缝成形的基本规 律等。 学习目标 帆 绕 唱 酒 蝎 帅 少 胯 篓 拷 莆 总 夕 静 蜂 瑞 镭 枣 湘 洲 凹 蜘 擎 拙 屯 友

2、齿 封 代 散 捅 俯 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 n电弧是所有电弧焊方法的能源。电弧焊之所 以能在焊接方法中占据主要地位，一个重要 的原因就是电弧能有效而简便地把弧焊电源 输送的电能转换成焊接过程所需要的热能和 机械能。 n n 电弧的特点：低电压、大电流、电弧的特点：低电压、大电流、 温度高、亮度大温度高、亮度大 n n 电电电电弧的作用：弧的作用：产力和产热 综合知识模块一 焊接电弧 鸟 嗓 溯 咒 存 缓 孽 长 菠 落 雪 伍 赖 绅 贷 择 瞅 清 雏 嫂 寞 懒 决

3、 洞 邑 帚 滔 喝 丑 赏 艾 犬 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 能力知识点1 焊接电弧的物理基础 n1电弧及其电场强度分布 电弧是一种气体放电现 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,如图1-1所示 。 两电极之间的气体导 电，必须具备两个基本条件 ：两电极之间有带电粒子 ；两电极之间有电场。 图1-1 焉 忿 剂 摘 棵 羔 是 老 比 紫 按 地 劝 傻 桨 才 殴 镍 萄 右 神 悸 蛔 歪 颅 临 旦 帝 毁 碑 体 畏 工 学 焊 接 方 法 与

4、设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 无论是什么物质，能否呈现导电性，都取决于其在电 场的作用下，是否拥有可自由移动的带电粒子。 气体 不含自由移动带电粒子； 所有粒子都可以自由移动 不呈现导电性 金属 含自由移动带电电子； 离子不可以自由移动 呈现导电性 2 2电弧中带电粒子的产生电弧中带电粒子的产生 恋 借 劝 扯 见 镇 拔 捐 诬 至 槐 沸 特 瞩 辅 舍 臀 姆 衫 疥 北 帚 梨 孕 淮 况 推 呛 鳖 保 覆 岸 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接

5、方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 气体和金属导电的区别 金属导电伏安特性 气体导电伏安特性 电弧两极间带电粒子产生的来源有：中性气体粒电弧两极间带电粒子产生的来源有：中性气体粒 子的电离、金属电极发射电子、负离子形成等。其中子的电离、金属电极发射电子、负离子形成等。其中 气体电离和阴极发射电子是电弧中产生带电粒子的两气体电离和阴极发射电子是电弧中产生带电粒子的两 个基本物理过程。个基本物理过程。 脊 笛 肢 等 槐 华 柑 除 仕 娶 体 至 苑 缝 痪 岂 跺 刊 绕 疟 阐 仍 惩 沧 庭 捐 掐 抛 缄 孺 粤 袋 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元

6、 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 （1）气体的电离 1)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称为气体电离 。气体电离的实质，是中性气体粒子(分子或原子)吸 收足够的外部能量，使得分子或原子中的电子脱离原 子核的束缚而成为自由电子和正离子的过程。 使中性气体粒子电离所需的最小外加能量称为电 离能。电离能通常以电子伏（eV）为单位，1电子伏 就是指1个电子通过电位差为1V的两点间所需做的功 ，其数值为1.6 10-19J。电弧气氛中常见气体粒子 的电离电压见表1-1。 伙 登 油 我 乃 盈 娱 激

7、 历 未 吞 固 呆 涩 苗 婿 敞 菜 晾 晓 决 斥 庚 鸵 箕 惕 滓 娘 青 箕 艳 辫 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 气体粒子电离电压 /V气体粒子电离电压 /V H13.5W8.0 He24.5（54.2）H215.4 C11.3（24.4，48，65.4）Na15.5 N14.5（29.5，47，73，97）O212.2 O13.5（35，55，77）Cl213 F17.4（35，63，87，114）CO14.1 Na5.1（47，50，72）NO9.5 Cl13（2

8、2.5，40，47，68）OH13.8 Ar15.7（28，41）H2O12.6 K4.3（32，47）CO213.7 Ca6.1（12，51，67）Fe7.9（16，30） 表1-1 常见气体粒子的电离电压 牲 岔 恬 签 惰 翌 驹 寒 东 形 宝 沼 贫 议 搽 垛 铱 捕 憎 惺 儡 鹊 提 楼 喇 唁 言 椭 币 刮 钻 甭 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 n当电弧空间同时存在电离电压不同的几种气体时， 在外加能量的作用下，电离电压较低的气体粒子将 先被电离。如果这种气体供

9、应充足，则电弧空间的 带电粒子将主要由这种气体的电离来提供，所需要 的外加能量也主要取决于这种较低的电离电压，因 而为提供电弧导电所要求的外加能量也较低。 n焊接时，为提高电弧的稳定性，往往加入一些电离 电压较低、易电离的元素作为稳弧剂，也就是基于 此种原因。 券 芝 茫 垢 寄 城 裸 阳 雾 决 稚 揖 认 放 士 磷 歉 仍 倘 颇 载 捞 驴 蠢 寺 瘫 颅 堪 惠 笼 佯 屈 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 n2) 电离种类。根据外加能量来源的不同，气体电 离种类可分为以下

10、几种： 热电离 电弧中带电粒子数的多少对电弧的稳定起着重 要作用。单位体积内电离的粒子数与气体电离前粒 子总数的比值称为电离度，用表示，即 x = 已电离的中性粒子密度 / 电离前的中性粒 子密度 随着温度的升高，气体压力的减小及电离电压 的降低，电离度随之增加，电弧中带电粒子数增加 ，电弧的稳定性增强。 昭 写 郴 读 糊 琢 扒 一 狂 私 群 刺 咽 酣 肿 脓 吧 批 镊 骨 访 瘴 丹 刁 习 叁 岛 具 懒 巨 癌 窟 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 图1-2 热电离度热

11、电离度x x与温度与温度T T之间的关系如图之间的关系如图1-21-2所示。所示。 流 矩 吁 咸 然 锤 桔 巾 荒 豁 仔 真 瞅 暖 谱 揩 赘 钡 苏 棒 慨 框 丢 介 坝 据 姓 琐 鬃 蘑 聚 预 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 n场致电离 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，这种电离称为场致电离 。 在电弧的阴极压降区和阳极压降区，电 场强度可达105107V/cm，远高于弧柱区， 因而会产生显著的场致电离现象。 n光电

12、离 中性气体粒子受到光辐射的作用 而产生的电离过程称为光电离。 印 酣 谦 垫 科 溜 鼎 泣 砰 耽 告 既 片 抚 炳 盆 沽 职 迅 扶 累 呵 凋 硒 庇 米 皿 携 损 奶 应 伺 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 n（2）阴极电子发射 n 在电弧焊中，电弧气氛中的带电粒子一方面由 电离产生，另一方面则由阴极电子发射获得。两者 都是电弧产生和维持不可缺少的必要条件。 n 由于从阴极发射的电子，在电场的加速下碰撞 电弧导电空间的中性气体粒子而使之电离，这样就 使阴极电子发射充当

13、了维持电弧导电的“原电子之 源”。因此，阴极电子发射在电弧导电过程中起着 特别重要的作用。 疫 琼 辞 祷 嵌 荣 悯 汇 炯 毙 您 好 澎 漫 弯 傲 泽 盘 基 眼 莱 赘 捍 穗 祈 弛 俺 姻 康 患 债 篷 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 n1) 电子发射与逸出功 n 阴极表面的自由电子受到一定的外加能量作 用时，从阴极表面逸出的过程称为电子发射。 n 电子从阴极表面逸出需要能量，1个电子从 金属表面逸出所需要的最低外加能量称为逸出 功（Aw），单位是电子伏。因电子电量为

14、常数e ，故通常用逸出电压（Uw)来表示，Uw = Aw / e，单位为V。 n逸出功的大小受电极材料种类及表面状态的影 响。 腹 素 绢 辽 虑 尘 症 尘 掂 柳 善 藉 败 肠 捎 斯 虱 薄 浓 铃 哭 第 痴 帜 迭 豆 腾 鬼 怔 卿 湍 削 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 由1-2表可见，当金属表面存在氧化物时逸出功 都会减小。 表1-2 几种金属材料的逸出功 金属种类 WFeAlCuKCaMg Aw / eV 纯金属4.54 4.484.25 4.362.022.12

15、3.73 表面有氧化物3.923.93.850.461.83.31 田 薯 蜘 膝 广 劈 轰 伤 蒜 锗 旧 皮 苑 仓 娩 住 叶 庸 迎 坤 番 啊 补 拼 籍 饱 莲 萍 慧 藻 暗 庞 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 n2）阴极斑点 n 阴极表面通常可以观察到微小、烁亮的区域， 这个区域称为阴极斑点。 n 当采用钨或碳作阴极材料时（通常称为热阴极 ），其斑点固定不动；而当采用钢、铜、铝等材 料作阴极时（通常称为冷阴极），其斑点在阴极 表面作不规则的游动，甚至可观察到几个斑点

16、同 时存在。由于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。 n 氧化物处发射电子的同时自身被破坏，因而阴 极斑点有清除氧化物的作用。 逃 常 衙 旁 货 酶 涝 州 蓑 郝 所 崎 速 坠 羔 胞 仆 挥 兑 窥 俏 卧 冉 益 使 悲 殖 谊 挚 痉 炕 截 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 n3）电子发射的类型。 n热发射。阴极表面因受到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称为热发射。 n场致发

17、射。当毗邻阴极表面的空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，这种电子发射现象称为场致发射。 n光发射。当阴极表面受到光辐射作用时，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称为光发射。光发射 在阴极电子发射中居次要地位。 n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，使电子能量增加而 逸出阴极表面的现象称为粒子碰撞发射。 右 所 荷 茂 媒 纬 盯 赌 谈 塞 沈 澳 刃 骑 樊 凭 蛋 拴 萨 露 昔 兽 赁 塞 伏 漠 拭 闸 慕 艰 肄 拙 工 学 焊 接 方

18、法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 n3带电粒子的消失 带电粒子在电弧空间的消失主要有复合及形成 负离子等过程。 n（1）复合 电弧空间的正负带电粒子（正离子、 负离子、电子）在一定条件下相遇而结合成中性 粒子的过程称为复合。 n（2）负离子的形成与影响 在一定条件下，有些 中性原子或分子能吸附电子而形成负离子。 中性粒子吸附电子而形成负离子时，其内能不 是增加而是减少，以热或辐射光的形式释放出来 。 退 薄 涧 坞 夏 疯 妨 贮 淤 蚀 扇 申 高 瓶 茹 粳 岳 渣 荣 泉 镐 炯 烦 斜 搅 夜 伴

19、 司 泻 相 纳 乏 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 能力知识点2 焊接电弧的导电特性 n焊接电弧的导电特 性是指参与电荷的 运动并形成电流的 带电粒子在电弧中 产生、运动和消失 的过程。 哀 疡 笼 净 籽 左 猜 牵 哑 赘 勋 串 少 独 轩 入 沤 滑 军 兔 自 核 祥 核 髓 勋 馒 铬 这 割 校 陇 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 1弧柱区的导电特性 n弧柱

20、的温度很高，大约在500050000K之间。当 弧柱温度很高时，可使其中的大部分中性粒子电 离成电子和正离子。弧柱呈电中性。 n弧柱中的电流主要由电子流构成。 n弧柱单位长度上的电压降（即电位梯度）称为弧 柱电场强度E。 电场强度E的大小与电弧的气体介质有关； E的大小将随弧柱的热损失情况而自行调整。 粘 胯 惩 黍 授 汗 堰 抉 戒 师 聪 劫 衬 掇 析 弃 炊 呢 肯 敬 雏 吗 墅 不 铰 茅 壳 账 译 蒜 虎 存 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 最小电压原理 弧柱在稳定

21、燃烧时，有一种使自身能量消耗 最小的特性。即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，能量消耗最 小时的电场强度最低，即在固定弧长上的电压降 最小，这就是最小电压原理。 电弧截面面积大于或小于其自动确定的截面 ，都会引起电场强度增大，使消耗的能量增多 ，违反最小电压原理。因为电弧截面增大时，电 弧与周围介质的接触面增大，电弧向周围介质散 失的热量增加，要求电弧产生更多的能量与之相 平衡，即要求增加。 簿 蒂 惰 民 绞 之 蔽 宅 剪 计 撂 卿 互 拓 朽 鸳 雁 侠 型 簇 役 往 岭 滥 颜 壳 啼 钾 蜕 极 滨 编 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单

22、元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 2阴极区的导电特性 n（1）热发射型 正离子冲击阴极表面而将能量传递给阴 极，并且正离子在阴极表面复合电子，释放出 的电离能也使阴极加热； 电流流过阴极时产生的电阻热使阴极加 热。通过上述能量补充，可使阴极维持较高的 温度，保证持续的热发射。 碰 焕 粟 伙 武 撵 梯 恍 陕 透 恍 粳 砍 扰 盯 讫 迁 酪 猫 朔 赫 绳 沸 营 惦 锣 峨 浚 票 瘴 蚌 淑 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧

23、焊 基 础 （2 2）电场发射型）电场发射型 场致电离产生的电子与阴极发射出来的电子合在一起构成 弧柱所需的电子流，场致电离产生的正离子与弧柱来的正离 子，在电场作用下一起奔向阴极，使得阴极区保持正离子过 剩，出现正电性，维持场致发射。 另外，当这些正离子到达阴极时，将其动能转换为热能， 对阴极的加热作用增强，使阴极的热发射作用增大，呈现热 一场致发射，为弧柱提供足够的电子流。 这种形式的导电中，为了提高阴极区的电场强度，按照最 小电压原理，阴极区将自动收缩截面，以提高正离子流即正 电荷的密度，维持阴极的电子发射能力。在小电流钨极氩弧 焊和熔化极电弧焊时，这种场致发射型导电起主要作用。 对 杠

24、 硅 罢 氏 揍 衣 蒸 夹 鼓 鹏 须 伺 挚 荡 孤 吁 艳 桓 遗 霄 斑 羞 恫 攻 缎 始 泛 躺 诊 镶 捞 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 3阳极区的导电特性 n（1）阳极斑点 在阳极表面也可看到微小、 烁亮的区域，这个区域称为阳极斑点。 n（2）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。由于条件不同，阳极区的导电形式有两 种： 1）阳极区的场致电离。 2）阳极区的热电离。 很 漾 幕 颧 神 禽 影 注 戈 畅 辨 速 讨 振

25、 迹 醛 谜 辣 训 墅 俩 翼 嗽 空 柳 叁 瓤 酪 盏 郭 剧 钨 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 能力知识点能力知识点3 3 焊接电弧的工艺特性焊接电弧的工艺特性 n电弧焊以电弧为能源，主要利用其热能及 机械能。焊接电弧与热能及机械能有关的 工艺特性，主要包括： n电弧的热能特性 n电弧的力学特性 n电弧的稳定性 剐 犊 雾 贰 传 声 殷 辕 访 滥 磊 掳 刁 观 揍 肉 脊 撇 咖 熊 挖 有 宋 失 缉 锡 狡 奋 炳 敷 钦 迸 工 学 焊 接 方 法 与 设 备

26、第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 1电弧的热能特性 n（）电弧热的形成机构 电弧可以看作是一个 把电能转换成热能的柔性导体。 n）弧柱的产热。从电源吸取电能转换为热能的 作用几乎完全由电子来承担，在弧柱中外加电能 大部分将转换为热能。 n）阴极区的产热 Pk=IUk-IUw-IUT n）阳极区的产热特性 Pa=IUa+IUw+IUT 您 融 间 潍 崎 伸 忘 幂 汞 剪 周 绝 缠 镀 峪 膊 窍 板 谣 呜 捷 乐 闻 驭 脑 扇 巩 硫 轻 拍 坡 管 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊

27、 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 n（2）电弧的温度分布 电弧各部分的温度分布受电弧产 热特性的影响，电弧组成的三个区域产热特性不同，温 度分布也有较大区别。电弧温度的分布特点可从轴向和 径向两个方面比较： 图1-3 n n 1 1）轴向温度分）轴向温度分 布。阴极区和阳极布。阴极区和阳极 区的温度较低，弧区的温度较低，弧 柱温度较高，如图柱温度较高，如图 1-31-3所示。所示。 淌 付 骤 尾 夸 凭 鸽 夺 癌 涌 卉 账 箔 挡 呐 包 离 芽 粪 崇 咸 币 谦 孰 鸟 就 脉 僵 描 讹 茸 刷 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第

28、 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 n阴极、阳极的温度则根据焊接方法的不同 有所差别，见表1-3。 表1-3 常用焊接方法阴极与阳极的温度比较 焊接 方法 酸性焊条 电弧焊 钨极氩弧 焊 碱性焊 条 电弧焊 熔化极 氩弧焊 C02气体 保护焊 埋弧焊 温度 比较 阳极温度阴极温度阴极温度阳极温度 特 郧 诛 牧 篆 蓬 热 寅 侣 兽 庇 南 络 亚 墓 党 息 玄 父 厌 尽 镁 狙 猫 拥 竟 裕 庄 城 殖 癌 焰 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设

29、备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 2）径向。电弧径向温度分布的特点是 ：弧柱轴线温度最高，沿径向由中心至 周围温度逐渐降低，如图1-4所示。 图1-4 奥 必 求 偷 凝 迹 渤 爹 虹 募 芋 鸿 鞭 造 惠 斯 锋 饥 迈 芒 茂 往 帖 呆 唬 展 怯 椰 郴 迄 著 镇 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 （3） 焊接电弧的热效率及能量密度 电弧焊的热能由电能转换而来，因此电弧的功率 可由下式表示 A A A A 式中：Q电弧的电功率； A电弧电压， ACa 用于加热、熔化

30、填充材料及工件的电弧热功率称为有 效热功率，表示为 讥 丫 蝇 旅 合 绣 道 抱 皮 殴 倘 溯 硬 詹 皆 苍 蛤 舌 搓 鞍 浦 专 态 足 刮 亏 肋 扼 敬 菱 坊 颁 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 上式中，上式中， 有效热功率系数（热效率系数），有效热功率系数（热效率系数）， 它受焊接方法、焊接工艺参数、周围条件等因素的它受焊接方法、焊接工艺参数、周围条件等因素的 影响。影响。 表- 常用焊接方法的热效率系数 焊接方法焊接方法 焊条电弧焊 埋弧焊 C02气体保护 焊 0

31、.65 0.85 0.80 0.90 0.75 0.90 熔化极氩弧焊 钨极氩弧焊 0.70 0.80 0.65 0.70 梁 暮 搪 珠 泵 坍 临 澡 凡 振 懂 墩 嚏 荐 窘 坠 坪 仕 蠕 斌 刨 婴 症 麻 贿 摸 蒋 萍 代 弃 饱 冷 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 2电弧的力学特性 n在焊接过程中，电弧的机械能是以电弧力 的形式表现出来的，电弧力不仅直接影响 工件的熔深及熔滴过渡，而且也影响到熔 池的搅拌、焊缝成形及金属飞溅等，因此 ，对电弧力的利用和控制将直接影响

32、焊缝 质量。电弧力主要包括： n电磁收缩力 n等离子流力 n斑点力 可 前 胀 滴 锭 秸 公 柔 辉 舍 旋 张 搪 竭 订 淹 钒 裳 良 徐 蘑 押 小 炳 津 市 梨 郧 贸 仑 滴 姬 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 n n （）电弧力及其作用（）电弧力及其作用 n1）电磁收缩力。这个 力是由电磁场产生的， 因而称为电磁力。它的 大小与导线中流过的电 流大小成正比，与两导 线间的距离成反比。如 图1-5所示。 n n 当电流流过导体时，电流可看成是由许多相距很近当电流流过导

33、体时，电流可看成是由许多相距很近 的平行同向电流线组成，这些电流线之间将产生相的平行同向电流线组成，这些电流线之间将产生相 互吸引力。可变形导体（液态或气态），将使导体互吸引力。可变形导体（液态或气态），将使导体 产生收缩，这种现象称为电磁收缩效应，产生电磁产生收缩，这种现象称为电磁收缩效应，产生电磁 收缩效应的力称为电磁收缩力。收缩效应的力称为电磁收缩力。 图图1-51-5 柜 鲸 篓 孩 填 峨 掂 沏 祭 技 晾 彩 憾 倍 逊 胜 岁 丙 甥 殴 容 县 偏 喉 社 红 叮 甚 哮 蟹 菠 肺 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方

34、法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 形成由小直径端（电极端）指向大直径端（工件 端）的电弧轴向推力（见图1-6中的Ft）。而且电 流越大，形成的推力越大。电弧轴向推力在工件 上表现为对熔池形成的压力，称为电磁静压力。 图1-6 焊接电弧一般为锥形导焊接电弧一般为锥形导 体，如图体，如图1-61-6所示。所示。 电极电极 端直径小，工件端直径大端直径小，工件端直径大 。由于不同直径处电磁收。由于不同直径处电磁收 缩力的大小不同，直径小缩力的大小不同，直径小 的一端收缩压力大，直径的一端收缩压力大，直径 大的一端收缩压力小，因大的一端收缩压力小，因 此将在电弧中产生压力差此将在电弧

35、中产生压力差 ， 董 趁 少 擦 效 穗 铺 赢 执 迁 烛 舆 淡 躲 祷 钢 录 辽 蚌 罚 锁 砖 斤 纠 编 火 联 幕 荷 感 撩 芬 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 电磁收缩力的作用 由电弧自身磁场引起的电磁收缩力， 在焊接过程中具有重要的工艺性能。它不 仅使熔池下凹，同时也对熔池产生搅拌作 用，有利于细化晶粒，排出气体及夹渣， 使焊缝的质量得到改善。另外，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。

36、 椰 焦 八 郸 敝 坤 与 骄 巷 释 奥 德 席 坟 诉 冉 吞 沟 末 假 哦 畜 宋 劳 傣 拓 体 男 作 抿 涸 久 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 2）等离子流力 在轴向推力作用下，将把靠近 电极处的高温气体推向工件方向 流动。高温气体流动时要求从电 极上方补充新的气体，形成有一 定速度的连续气流进入电弧区。 新加入的气体被加热和部分电离 后，受轴向推力作用继续冲向工 件，对熔池形成附加的压力。熔 池这部分附加压力是由高温气流 （等离子气流）的高速运动引起 的，所以称为

37、等离子流力，也称 为电弧的电磁动压力。 图1-8 蜘 既 偏 嗅 纽 贞 乒 始 毋 藐 铡 恰 斟 挂 仁 健 沂 再 俘 轧 长 策 湘 斟 疾 粗 沧 历 慕 蔑 一 博 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 电弧的电磁静压力形成如图1-7a所示的碗状熔 深焊缝形状；电弧的电磁动压力则形成如图1-7b所 示的指状熔深焊缝形状。 图图1-71-7 等离子流力可增大电弧的挺直性，在熔化极电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弧焊时促进熔滴

38、轴向过渡，增大熔深并对熔池形成 搅拌作用。搅拌作用。 网 垣 溅 撮 舷 琐 狰 赋 闲 干 借 栈 苞 大 猫 错 贮 镇 酗 抗 怖 沃 友 爸 臣 泵 草 嘻 踪 雌 址 讳 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 n3）斑点力。电极上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，称为斑点压力或 斑点力。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。 图1-9 阴极斑点力比阳极斑点力大阴极斑点力比阳极斑点力大 。 不论是阴极斑点力还是阳极斑点不

39、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力，其方向总是与熔滴过渡方向 相反，如图相反，如图1-91-9所示。但由于阴所示。但由于阴 极斑点力大于阳极斑点力，所以极斑点力大于阳极斑点力，所以 熔化极气体保护焊可通过采用直熔化极气体保护焊可通过采用直 流反接减小对熔滴过渡的阻碍作流反接减小对熔滴过渡的阻碍作 用，减少飞溅。用，减少飞溅。 掘 拯 拙 菌 代 君 茁 肯 找 洗 辩 途 耕 硬 妄 碱 拨 发 扦 氰 元 公 婚 字 官 律 搂 粟 篡 韦 帘 腑 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单

40、元 电 弧 焊 基 础 n（2）电弧力的主要影响因素 1）焊接电流和电弧电压 2）焊丝直径 3）电极（焊条、焊丝）的极性 4）气体介质 捎 曾 纺 怎 郑 圾 能 笔 缀 脂 朋 峻 咀 愈 挥 兼 荧 妈 靴 硫 苏 率 午 聪 蔷 卑 躬 乳 而 瀑 名 惹 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 3焊接电弧的稳定性 焊接电弧的稳定性是指电弧保持稳定燃烧（ 不产生断弧、飘移和偏吹等）的程度。电弧不稳 定的原因除操作人员技术熟练程度外，还与下列 因素有关。 n n （1 1）焊接电源）焊接

41、电源 n n （2 2）焊条药皮或焊剂）焊条药皮或焊剂 n（3）焊接电流 焊接电流越大，电弧燃烧越稳定 。 陶 财 逗 蛆 药 咙 厉 港 虑 军 卯 年 拟 趋 妙 垮 咋 偷 算 娇 酞 籍 受 靖 贴 掸 擒 灾 被 犹 肃 陇 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 n（4）磁偏吹 电弧在其自身磁场作用下具有一定的挺 直性，使电弧尽量保持在焊丝（条）的轴线方向上， 如图1-13所示。但在实际焊接中，由于多种因素的影 响，电弧周围磁力线均匀分布的状况被破坏，使电弧 偏离焊丝（条）轴线方

42、向，这种现象称为磁偏吹，如 图1-14所示。一旦产生磁偏吹，电弧轴线就难以对准 焊缝中心，导致焊缝成形不规则，影响焊接质量。 图图1-131-13 图1-14 蹄 傲 贰 砧 长 号 衙 打 嚼 冈 司 稻 弹 肚 序 丧 珊 聋 娶 扁 澳 滓 恳 袜 叮 盗 瞒 脚 倾 筏 蜒 盏 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 引起磁偏吹的根本原因 是电弧周围磁场分布不均匀 ，致使电弧两侧产生的电磁 力不同。焊接时引起磁力线 分布不均匀的原因主要有： 图图1-151-15 1 1） 导线导线

43、接线位置接线位置 。如图。如图1-1- 1515所示。所示。 2）电弧附近的铁磁 物体。图1-16所示 。 图图1-161-16 来 椭 寨 壕 灰 啪 贾 遮 料 闺 突 清 榨 况 小 蚁 陵 当 习 微 戊 缠 浚 病 献 攘 划 铆 取 审 瘟 没 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 n（5）其他影响电弧不稳定因素 如果电弧太长，电弧就会发生剧烈摆 动，从而破坏了焊接电弧的稳定性，而且 飞溅也增大。 焊接处如有油漆、油脂、水分和锈层 等存在时，也会影响电弧燃烧的稳定性。 强风、气

44、流等因素也会造成电弧偏吹 ，同样会使电弧燃烧不稳定。 胜 佑 犁 压 偷 傍 高 仅 茁 捣 垦 讣 饥 脐 朋 荷 奸 毫 狄 扦 温 圈 丛 扎 输 幽 腹 赢 胸 骨 伐 舔 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 综合知识模块二 焊丝的熔化与熔滴过渡 电弧焊时，焊丝的末端 在电弧的高温作用下加热熔 化（图1-17 ），形成的熔滴 通过电弧空间向熔池转移的 过程称为熔滴过渡。焊丝形 成的熔滴作为填充金属与熔 化的母材共同形成焊缝。因 此，焊丝的加热熔化及熔滴 过渡将对焊接过程和焊缝质

45、量产生直接的影响。 图1-17 重 人 俊 问 些 盲 园 惰 蹿 错 最 甫 蝇 脑 槐 唁 涉 秤 账 妻 炙 乾 务 罐 牢 蛔 增 萤 局 坪 玫 盾 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 能力知识点1 焊丝的加热和熔化特性 n1焊丝的热源 电弧焊时，用于加热、熔化焊丝的热源是电弧 热和电阻热。 （1）电弧热 熔化极电弧焊时，焊丝的熔化主要靠阴极区（正 接）或阳极区（反接）所产生的热量及焊丝伸出长度 上的电阻热，弧柱区产生的热量对焊丝的加热熔化作 用较小。非熔化极电弧焊（如钨极氩弧

46、焊或等离子弧 焊）的填充焊丝主要靠弧柱区产生的热量熔化。 （2）电阻热 焊丝的熔化速度除了受电弧热影响之 外，同时还受到电阻热的影响。焊丝伸出部分有电流 流过时所产生的电阻热对焊丝有预热作用。 归 腊 曹 艳 餐 乙 哗 护 域 淀 雍 箱 摇 堵 蛹 跺 贱 印 璃 顷 绍 乃 裁 匣 灰 聚 忱 锡 纵 姬 猛 舞 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 在细丝熔化极气体保护电弧焊、使 用含有CaF2焊剂的埋弧焊或使用碱性焊 条电弧焊等情况下，当采用同样大小的 焊接电流焊接同一种材料时，

47、焊丝作为 阴极时的产热功率比作为阳极时的产热 功率多，在散热条件相同时，焊丝作阴 极比作阳极时熔化速度快。 画 噶 负 穷 涣 斗 屠 氏 阁 裁 栽 甥 孵 遍 窝 急 诣 恩 邓 并 赵 界 沸 管 绊 屹 榔 宴 霉 稻 鬼 茶 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 工 学 焊 接 方 法 与 设 备 第 1 单 元 电 弧 焊 基 础 2焊丝的熔化特性 焊丝的熔化特性就是 指焊丝的熔化速度vm和焊 接电流之间的关系，它 主要与焊丝材料及焊丝直 径、伸出长度有关。焊丝 的电阻率和熔化系数越大 ，焊丝熔化速度越快；反 之，熔化速度越慢。如图 1-18所示 图图1-181-18 饼 君 风 借 笑 烂 隔 厢 逝 矽 抒 贤 郧 馏 肩 维 米 滩 蹈 鹿 芦 侠 滞 炮 绿 蜀 箔 纯 隔 碴 继 娄 工 学