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
2、、空气乙炔、铝热焊、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
3、烈而持久的气体放电现象。2两电极间气体导电条件：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 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
5、电子，使电子能量增加而逸出阴极表面的现象 6.阴极斑点（场致发射才有）：是阴极表面发出烁亮的区域，是发射电子最集中的区域。热阴极：采用钨或碳高溶沸点材料作阴极时，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：钢、钢、铝等材料 金属氧化物逸出功低，易发射电子。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
6、被清除后另一处氧化物就成为集中发射电子的所在。 阴极清理：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：阴极区、阳极区、弧柱区。阳极区作用 ：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。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。 8 最小电压原理： 当电流和电弧周围条件一定时，稳定燃烧的电弧将自动选择一个确定的导电截面,以保证电弧的电场强度具有
7、最小的数值，在固定弧长上的电压最小，意味着电弧总是保持最小能量消耗。 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。 电弧力:电磁收缩力、等离子流力、斑点力等。 A:电磁收缩力：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 MIG 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、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。作用：增大挺直性，在熔化极电弧焊时促进
8、熔滴轴向过渡，增大熔深并对熔池形成搅拌作用。C:斑点压力:电极上形成斑点时，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。 电弧力影响因素：焊接电流和电弧电压、焊丝直径、电极极性 、气体介质、钨极极端部几何形状、电流脉动。13：电弧稳定性因素：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）第二章 焊丝融化 熔滴过渡熔滴作用力 ：重力、表面张、电弧（电磁收缩 、等离子流、斑点压力 ） 、爆破、气体吹力。熔滴上的作用力对熔滴过渡的作用：除重力、等离子流力外，表面张力、电磁力、斑点压力与电弧形态有关纯促进熔滴过渡力：等离子流力依情
9、况而定：重力：平焊：促进力，立焊、仰焊：阻碍力。表面张力：长弧焊：阻碍力，短弧焊：促进力。电磁力：小截面指向大截面。斑点力：阻碍力（除电磁力） 短路过渡（20V）：1.6mm 以下的细丝 CO2气保焊或碱性焊条。电压低，电弧较短，熔滴尚未长大滴时即与熔池接触而形成短路液体过桥，在向熔池方向的表面张力及电磁收缩力的作用下，熔滴金属过渡到熔池中去。 特点：1)、燃弧、短路交替。焊接电流较小，利于薄板、全位置焊。一般用细丝（细焊条） ，电流密度大，速度快，故对焊件热输入低，减小热影响区宽度、焊件变形。 焊接参数不当、电源动特性不佳，将大量飞溅，稳定性被破坏，影响焊接质量，浪费焊接材料，恶化劳动条件。
10、 射流过渡：在电弧力的作用下焊丝短头的液态金属呈铅笔尖状液柱，由于液柱的表面张力很小，在较强的等离子流力作用下，细小的熔滴从尖端一个接一个以高速冲向熔池。优点：焊接过程稳定，飞溅极少，焊缝成形质量好。电弧稳定，对保护气流的扰动小，保护效果好。射流过渡电弧功率大，热流集中，对焊件的熔透能力强。用于平焊厚度3mm 件。 c影响因素：焊丝成分、焊丝直径、焊丝伸出长度、气体介质、电源极性熔敷效率：过渡到焊缝中的金属质量与使用的焊丝（条）金属质量之比熔敷系数：am 是指单位时间、单位电流所熔敷到焊缝中的焊丝金属质量飞溅损失 飞溅率 表示，定义外飞溅损失的金属与熔化的焊丝（条）金属的质量百分比滴状过渡飞溅
11、的特点：1、CO2 含量大于 30%的混合气体保护焊时呈粗滴过渡，缩颈，2、细滴过渡时，飞溅较少，主要产生于熔滴与焊丝的缩颈处。 减少飞溅的重要途径：改善电源动特性，适当限制短路峰值电流第 3 章 母材熔化和焊缝成形1 熔池受到的力及其对焊缝成形的影响:熔池金属重力、表面张力、焊接电弧力、熔滴冲击力。2 焊接参数对焊缝成形的影响 (1)焊接电流 影响焊缝厚度。其他条件一定时，随着电流，熔深 H、余高 h、熔宽 B 略 (2)电弧电压 影响焊缝宽度。随着电弧电压，电弧功率，焊缝宽度、熔宽深、余高(3)焊接速度 影响母材的热输入量。焊接 V，单位长度焊缝的热输入量及焊丝金属的熔敷量均，故焊缝厚度、
12、焊缝宽度和余高都 3 焊接工艺因数对焊缝成形的影响：（一）电流种类和极性：MIG 焊、埋弧焊：直流反接，焊件(阴极)产生热量多，焊缝厚度、焊缝宽度比直流正接大；交流焊接时，焊缝厚度、焊缝宽度介于正接与反接。TIG 焊、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 TIG焊焊接钢、钛用直流正接，焊接铝镁合金用 AC（阴极清理（二）焊丝直径和伸长 （三）其他：坡口间隙，电极、焊件倾角，焊件厚，焊剂、药皮和保护气。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。采用大电流、高速焊接或焊角焊缝时一次焊接的焊脚尺寸过
13、大，电压过高或焊枪角度不当，都能产生咬边。防止措施： 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。 未焊透：焊接接头根部未完全熔透。 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。 易产生应力集中，使接头力学性能下降。 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 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，也称满溢原因：当坡口尺寸过小、焊接速度过慢、电弧电压过低、焊丝偏离焊缝中心及焊丝伸出长度过长等都可能产生焊瘤。 防止措施：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、焊丝伸长不宜太长、注
14、意坡口及弧长的选择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。 原因： 焊接电流过大、焊接速度过小、坡口间隙过大第四章 电弧焊 自动控制基础 粗焊丝不用电弧自身调节原因a.粗焊丝电阻小，调节灵敏度低、反应慢，弧长调节时电流波动大，使成形不好；b.焊丝熔化速度正比于焊接电流，j（I/ds2） ，为保证合适的电流密度，I增加较大，才能有合适的焊丝熔化速度。简述等熔化速度曲线方程的物理意义此曲线上任一（I，U）组合均可满足vf=vm条件，即电弧稳定燃烧；此曲线外的（I，U）组合，焊接过程不稳定；若此曲线上的点同时满足电源外特性曲线条件
15、和电弧静特性曲线条件，则电弧稳定工作，即稳弧点应在三特性曲线的交点处。电弧自身调节系统和电弧电压反馈调节系统的静特性概念、焊接电流和电压的调节方法及应用。电弧自身调节系统静特性指在一定的焊接条件下，在给定焊丝送进速度的条件下，由电弧自身调节系统控制的焊接电弧弧长稳定时的电流与电弧电压之间的关系。电弧自身调节熔化极电弧焊的电流和电压的调节方法焊接电弧的稳定工作点就是焊接电源的外特性曲线和电弧自身调节系统静特性曲线的交点，因此通过调节这两条曲线就可以调节焊接电流和电弧电压。适用于细焊丝熔化极电弧焊。电弧电压反馈调节熔化极电弧焊的电流和电压的调节方法具有电弧电压反馈调节系统的自动电弧焊机是通过改变焊
16、接电源的外特性和送丝给定电压来调节焊接电流和电弧电压的。适用于粗丝熔化极电弧焊。两种自动调节作用:埋弧焊的电弧静特性曲线一般接近于水平的线段，为使电弧能稳定工作，电弧静特性曲线与焊接电源外特性曲线的关系必须符合稳定条件，即两曲线必须有交点，而且在交点处电源外特性曲线的斜率必须小于电弧静特性曲线的斜率。 等速送丝式焊机采用电弧自身调节系统； 变速送丝式焊机采用电弧电压反馈自动调节系统。电弧在 o0 点工作时，焊丝的熔化速度等于其送丝速度，焊接过程稳定。当外界干扰使弧长变短，则电弧静特性降至 l1，此时电弧静特性曲线与 A 曲线交于 o2 点。在弧长变短的过程中，电弧静特性曲线还与电源外特性曲线相
17、交于 o1 点，即此时焊接电流有所增大，特使焊丝熔化速度加快，也就是说电弧的自身调节也对弧长的恢复起了辅助作用，从而加快了调节过程。注意：A 焊丝熔化速度总是随电流增加而增加的 B 电弧电压增加时，焊丝熔化速度减小。 C 焊丝直径减小、伸出长度增大时，焊丝熔化速度增大第 5 章 埋弧焊优点 1、生产效率高 电流可到1000A 以上，因而电弧的熔深能力和焊丝熔敷效率都比较大。2、焊接质量好 焊接参数通过电弧自动调节系统的调节能够保持稳定，对焊工技术要求不高，因而焊缝成形好、成分稳定；另一方面也与采用熔渣进行保护，隔离空气的效果好有关。3、劳动条件好 埋弧自动焊时，没有刺眼的弧光，也不需要焊工手工
18、操作。4、节约金属及电能 对于2025mm 厚以下的焊件可不开坡口，节省由于加工坡口而损失的金属，也使焊丝填充量。由于焊剂的保护，金属的烧损和飞溅。电弧热量得到充分利用，单位长度焊缝上所消耗的电能缺点 1.焊接适用的位置受到限制 2、焊接厚度受到限制 不适于焊接厚度小于1mm 以下的薄板。3、对焊件坡口加工与装配要求较严 必须保证坡口的加工和装配精度冶金特点：1机械保护作用好 能有效地阻止空气侵入电弧空间。2 焊缝的化学成分稳定 焊缝化学成分波动较小。 3 冶金反应充分 4 焊缝的组织易粗化二：低碳钢埋弧焊的冶金过程 是指液态熔渣与液态金属以及电弧气相之间的相互作用，其中主要包括氧化、还原反应
19、，脱硫、脱磷反应以及去除气体等过程。 冶金特点：1空气不易侵入焊接区 2冶金反应充分 3焊缝金属的合金成分易于控制 4焊缝金属纯度较高且成分均匀低碳钢埋弧焊冶金反应：硅、锰的还原 碳的氧化(烧损)反应 焊缝中氢和硫、磷含量的控制(4)熔池中的去氢反应第 6 章 钨极惰性气体保护焊（TIG）优点（1）几乎可以焊接所有的金属或合金（2）焊接质量好（焊缝纯净、成形好、热影响区小（3）适于薄板及打底全位置焊（4）无飞溅 。 缺点 1 焊接效率低、成本高 2 无冶金反应效应，焊前清理要求严格 3 需特殊的引弧措施 4 紫外线强烈、臭氧浓度高 5 抗风能力差直流正极法（a） 电子撞击焊件(正极)，释放出全
20、部动能和位能(逸出功)，产生大量热能加热焊件，从而形成深而窄的焊缝2直流反极法（b）由于焊件一般熔点较低，电子发射比较难，往往只能在焊件表面温度较高的阴极斑点处发射电直流反接时电流对母材表面的氧化膜具有阴极清理作用钨极电流承载能力及阴极清理机理： 阴极斑点总是出现在电子逸出功较低的氧化膜处，当阴极斑点受到弧柱区来的正离子流的强烈撞击时，温度很高，氧化膜很快被气化破碎，显露出纯洁的焊件金属表面，电子发射条件也因此变差。这时，阴极斑点就会自动转移到附近有氧化膜存在的地方，如此下去，就会把焊件焊接区表面的氧化膜去除掉直流反接用的很少：只用于厚度在 3mm 以下的铝镁及其合金焊接。电极的要求：引弧及稳
21、弧性能好、耐高温、不易损耗、电流容量大第 7 章 熔化极惰性气体/活性气体保护电弧焊 熔化极氩弧焊的特点 1 MIG 焊的保护气体是没有氧化性的纯惰性气体，电弧空间无氧化性，能避免氧化，焊接中不产生熔渣，在焊丝中不需要加入脱氧剂，可以使用与母材同等成分的焊丝进行焊接；MAG 焊的保护气体有氧化性，但相对比较弱。2 与 CO2气体保护电弧焊相比较：熔化极氩弧焊电弧稳定，熔滴过渡稳定，焊接飞溅少，焊缝成形美观。3 与 TIG 焊相比较，熔化极氩弧焊由于采用焊丝作为电极，焊丝和电弧的电流密度大，焊丝熔化速度快，熔敷效率，母材熔深大，焊接变形小，焊接生产率高。4 MIG 焊直流反接焊铝及铝合金时，对母
22、材表面氧化膜有阴极清理作用。MIG 焊不足：1 氩气及混合气体均比 CO2气体的售价高，焊接成本高，2 MIG 焊对工件、焊丝的焊前清理要求较高，过程对油、锈较敏感。射滴过渡特点1、熔滴尺寸接近于焊丝直径 2.电弧形态成钟罩形 3.沿焊丝轴向过渡 ，过渡加速度大于重力加速度 4、焊接电流增加到射滴过渡的临界值射流过渡特点：1、电弧呈圆锥状 2.焊丝端部的液体金属呈铅笔尖状 3.熔滴的过渡加速度可以达重力加速度的几十倍。 4.熔滴直径小于焊丝直径的 1/2，5、电流超过射滴过渡的临界值（考点）电弧固有的自调节系统：是由具有固有自调节作用的电弧，配合以等速送丝方式和垂降特性焊接电源而构成的。它与电
23、弧自身调节系统相同处都是利用焊丝熔化速度作调节量来保持焊接弧长的稳定；不同：电弧自身调节系统是依靠焊接电流的改变来影响焊丝的熔化速度，而电弧固有的自调节系统是依靠焊丝熔化系数的改变来影响焊丝的熔化速度。设备：有弧焊电源、送丝（推丝式、拉丝式、推拉丝式）系统、焊枪、行走台车、供气系统、水冷系统、控制系统熔化极氩弧焊用焊接材料 保护气体：1、Ar+He 铝、铜、钛及其合金 2、Ar+H 2 镍及其合金 3 Ar+N2 铜及其合金 4 Ar+O2 低氧时焊不锈钢及高强度钢；高氧焊低碳钢及低合金钢 5. Ar+CO2 碳钢及低合金钢 6. Ar80%+15%CO2+ 5%O2 碳钢、低合金钢。34.
24、脉冲熔化极氩弧焊的特点 利用周期性变化的脉冲电流进行焊接，可以有效焊接薄板焊缝、空间位置焊缝以及热敏感性材料，扩大了焊接电流的调节范围，有效控制熔滴过渡及熔池尺寸，有利于全位置焊接，有效的控制热输入，改善接头性能。脉冲参数： 1、基值电流Ib 及基值时间Tb ，维持电弧连续燃烧，预热焊丝和母材，使焊丝端部有一定的熔化量，为熔滴过渡作准备。2、脉冲电流Ip 及脉冲时间Tp，是决定脉冲能量的重要参数。3、焊接平均电流Ia，决定对母材的热输入量，应根据焊件厚度、焊缝空间位置、焊接材质等确定。4、脉冲频率fp 和脉冲宽度比Kp，fp 的大小需适应焊接电流大小，Kp 反映脉冲焊接特点的强弱，一般不大于5
25、0。第八章 二氧化碳气体保护电弧焊CO2 气体保护电弧焊的特点有 1 CO2 焊是一种高效节能的焊接方法。2 用粗丝（焊丝直径16mm）焊接时可以使用较大的电流，实现射滴过渡。3 用细丝（焊丝直径16mm）焊接时可以使用较小的电流，实现短路过渡。4、CO2 焊是一种低氢型焊接方法，焊缝的含氢量极低。5、CO2焊所使用的气体和焊丝价格便宜，焊接设备在国内己定型生产，为该方法的应用创造了十分有利的条件。6、CO2 焊是一种明弧焊接方法，焊接时便于监视和控制电弧和熔池，有利于实现焊接过程的机械化和自动化。与埋弧焊相比不足之处有1、焊接过程中金属飞溅较多，焊缝外形较为粗糙，特别是当焊接参数匹配不当时，
26、飞溅就更严重。2、不能焊接易氧化的金属材料，也不适于在有风的地方施焊。3 焊接过程弧光较强，尤其是采用大电流焊接时，电弧的辐射较强，故要特别重视对操作人员的劳动保护。4 设备比较复杂，需要有专业队伍负责维修。四 CO 2焊飞溅问题与控制措施：1、由冶金反应引起的飞溅。采用含有脱氧元素的焊丝 2 由斑点压力引起的飞溅。采用直流反接可减少飞溅；3 熔滴短路时引起的飞溅。在焊接回路中串入合适的电感；4 非轴向熔滴过渡造成的飞溅；5 焊接参数选择不当引起的飞溅。正确选择焊接参数。五 CO2 焊的气孔及防止一CO 气孔出现在：焊缝的根部或近表面的部位，且多呈针尖状。产生原因：（在开始结晶或结晶过程中，熔
27、池中的 C 与 FeO 反应生成的 CO 气体来不及逸出，形成 CO 气孔。） 二氮气孔现在焊缝近表面的部位，呈蜂窝状分布,严重时还会以细小气孔的形式广泛分布在焊缝金属之中。 三3氢气孔 圆喇叭型，内壁光滑氢气孔产生的主要原因是，熔池在高温时溶入了大量氢气，在结晶过程中又不能充分排出，留在焊缝金属中成为气孔 避免 应去除焊件及焊丝上的铁锈、油污及其他杂质 ； 要注意 CO2 气体中的含水量。因为 CO2气体中的水分常常是引起氢气孔的主要原因。 CO2 具有氧化性，可以抑制氢气孔的产生，焊前对 CO2 气体进行干燥处理，清除焊丝和焊件表面的杂质，产生氢气孔的可能性很小。第九章 等离子弧形成的三种
28、压缩效应。1、 前提、机械压缩效应，利用喷嘴来限制弧柱直径，提高能量密度的效应；2、 本质、热压缩效应， 利用气流或水流的冷却作用使电弧得到压缩的效应； 3磁压缩效应等离子弧按电源供电方式不同分为1、非转移型等离子弧（等离子焰） ，电极接电源的负极，喷嘴接电源的正极，电弧在电极与喷嘴之间产生，工件不接电。 喷涂，焊接切割金属2、转移型等离子弧，电极接电源的负极，工件接电源的正极，等离子弧在电极与工件之间燃烧，很难直接形成。切割，焊接，堆焊3、联合型（又称为混合型）等离子弧，非转移型等离子弧和转移型等离子弧同时存在，这时需要两个独立的电源供电。小电流等离子弧焊接及粉末堆焊等离子弧双弧形成的因素。1、喷嘴因素 喷嘴孔径越小、孔道长度或内缩增大，双弧倾向大；2 电流因素 电流大，双弧倾向大；3 离子气体因素 离子气体流量增加，双弧倾向反而减小；4 其他因素 喷嘴冷却不好使温度升高，或喷嘴表面有氧化物或金属飞溅物等，也是形成双弧的原因。
