焊接电弧及工艺知识.ppt

1,机械工程技术系 陈信,2,我国制造行业焊接技术现状及未来发展趋势,承德技师学院 陈信,3,制造技术是人类制造财富的基本手段，也是生产力的核心内容。制造技术的三大基本功能：成形、连接、改性。连接与焊接 连接(joining)有许多方法，如焊接、机械连接、铆接、胶接等，焊接(welding)是应用最广、最重要的金属材料永久连接方法。它采用外加能量方法实现连接，又称为溶接。,焊接是现代制造技术的重要内容,4,西方工业国家，钢产量的5060%需要焊接中国2001年，钢产量1.3亿吨，4000万吨需要焊接。,优点突出：,应用面广：,一个数字：,高性能（可达到与母材等强度、等塑性、等韧性，尤其是动载性能）高可靠（永久连接）高适应性（在各种环境下能焊接各种复杂构件）高效率（适应大工业批生产）,机械制造、石油化工、造船、车辆、航天航空、冶金、家用电器、仪器仪表、军工武器设备，以及IT工业等。,焊接已成为一门独立的学科、一项高科技、一个重要的产业。,焊接的重要性,5,主要成就,水轮机转轮直径10.7m，高5.4m，重达440吨，为世界最大、最重的不锈钢焊接转轮，每个转轮消耗12吨焊丝。,世界最大的三峡水轮机转轮（左图13 叶片转轮；右图：15叶片转轮）,水利、电力方面,6,电机定子座直径22m，高6m，重832吨，是在我国焊接的最大钢结构机座；蜗壳进水口直径12.4m，总重量750吨，为世界最大、最重的焊接蜗壳；,主要成就,三峡水电站电机定子吊装入机坑,三峡水电站焊接中的蜗壳,三峡水电站的电机定子座和蜗壳的结构也是巨大的,7,芜湖长江大桥：全长10km，主跨312m，是我国目前跨度最大的公/铁两用桥；国家大剧院：穹顶长轴212.2m,短轴143.64m,高46.28m，焊接钢结构重 6475吨；上海卢浦大桥：全长3900 m，跨度550 m，为世界跨度最大的全焊钢结构拱桥；,芜湖长江大桥（公/铁两用桥）,“世界第一穹顶”北京国家大剧院（设计效果图）,桥梁和建筑方面,主要成就,8,桥梁方面(一),主要成就,9,上海卢浦大桥（2003年，550m）,主要成就-桥梁方面,10,桥梁方面(二),主要成就,11,舟山西堠门大桥（在建，1650m）,主要成就-桥梁方面,12,桥梁方面（三）,主要成就,13,苏通长江大桥（在建，1088m）,主要成就-桥梁方面,14,造船总吨位：1985年的每年50万吨，提高到2002年的463万吨。,大型30万吨原油船,半冷半压式液化气船,长333m，宽58m，我国最大载重量的原油船,长194.98m，宽23.10m，载重17900吨,造船业,主要成就,15,千吨级热壁加氢反应器,600MW电站锅炉汽包,总重量达千吨级、壁厚280mm,汽包长30m，壁厚203mm，重250吨,压力容器方面,主要成就,16,电子产品生产链,元器件是关键！互连技术是桥梁！,Board,Packaging,Assembly,IC,17,焊接技术发展史,一百年前，在19世纪末到20世纪初的电气产业革命中，将电弧用于焊接，开始了电弧焊的纪元。20世纪前期发明和推广了电焊条焊接，中期发明和推广了埋弧焊和气体保护焊，又随着物理学的进步，将各种高能束（电子束、等离子束、激光束）应用于焊接，到20世纪七十年代，在世界范围内，焊接已成为成熟的传统产业。20世纪后期随着电子技术及自动控制技术的进步，一些焊接产业在向高新技术方向发展。,18,据预测到2030年焊接仍将是制造业的重要加工工艺。它是一种精确、可靠、低成本，并且是采用高科技连接材料的方法。目前还没有其他方法能够比焊接更为广泛地应用于金属的连接，并对所焊的产品增加更大的附加值。,19,21世纪是金属结构的世纪（将从经济耐用性和保护环境、节约能源及防止地震灾害等角度出发，推广使用钢结构。）。与钢材焊接相关的产业，将在市场中呈现活跃的商机。我国在21世纪前期，将成为世界范围内的焊接产业大国。,20,世界上钢及其它金属产量、品种的不断增长及其对制品质量、性能要求的日益提高，特别是随着我国的入世及世界制造加工基地向我国不断转移，作为工业缝纫和线（材料）的焊割机和焊丝、焊条的数量、质量和品位及其自动化生产水平，也将有限大提高。我国每年消耗钢材3亿吨用于焊接结构，今后810年内它们将会继续保持高速增长。,21,我国焊接现状,目前我国的焊接自动化率还不足30%，同发达工业国家的80%差距甚远。从20世纪未国家逐渐在各个行业推广自动焊的基础焊接方式气体保护焊，来取代传统的手工电弧焊，现已初见成效。,22,焊接发展:,23,焊接电弧,24,1、焊接定义,焊接的定义及分类,焊接就是通过加热、加压，或两者并用，用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工工艺方法。,2、焊接分类,熔焊：是在焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。,压焊：是在焊接的同时对焊件施加压力(加热或不加热)，以完成焊接的方法。,钎焊：是采用比母材熔点低的钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料且低于母材熔点的温度，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方法。,25,焊接方法分类,26,3、焊接特点,（1）节省材料，减轻重量。,焊接特点及应用,（2）可化大为小、以小拼大。,简化复杂和大型零件的制造过程。,（3）适应性强。,可焊范围广，连接性能好。,（4）能满足特殊性能要求，可实现异种金属和密封件的连接。,（5）生产效率高，便于实现机械化和自动化。,缺点：,焊接应力、变形，,接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。,4、焊接应用,（1）制造金属结构件；,（2）制造机器零件和工具；,（3）修复。,27,主要内容,焊接电弧焊接电弧的引燃焊接电弧的构造及其静特性焊接电弧的稳定性,28,焊接电弧物理基础,电弧定义：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。实现了将电能转化为机械能、热能和光能。,29,电弧引燃,电弧焊主要有：焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊 等,1、焊接电弧 引燃,瞬时接触，,瞬间短路，产生低压大电流，产生大量电阻热,断路情况下，电源空载电压形成电场，加上热能使气体电离；阴极电子也获得能量产生电子发射，电弧引燃并持续燃烧。,迅速分离2-4mm。,具备两个条件：电子发射、气体电离。,30,焊接电弧引燃,气体是良好的绝缘体 带电粒子密度10-8/m3使气体导电的条件：气体电离:使中性的气体分子或原子释放电子形成正离子的过程称为气体电离。使气体电离所需要的能量称为电离电位(或电离功)。,31,焊接电弧物理基础,金属导电符合欧姆定律原因：导电机制没有发生变化（自由电子定向移动）电弧导电机制：电子、正离子、负离子都参与导电 是复杂的导电电场分布的不均匀性表明电弧电阻的非线性,32,焊接电弧物理基础,带电粒子产生来源：中性气体粒子的电离金属电极发射电子负离子形成正离子形成,基本物理过程,33,焊接电弧物理基础,气体的电离定义：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离原子核束缚而成为自由电子和正离子的过程。,34,焊接电弧物理基础,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*10-19J 电离电位,35,焊接电弧物理基础,激励定义：当中性气体粒子受外加能量作用而不足以使其电离时，但可能使其内部的电子从原来的能级跃迁到较高的能级，这种现象称为。使中性粒子激励所需要的外加能量叫做激励能,36,焊接电弧物理基础,受激励的电子没有脱离原子的束缚=粒子呈中性受激励的粒子处于不稳定状态=稳定状态时间短约为：10-2-10-8s 激励状态的粒子有两种出路又转变为稳定状态，伴随着这个过程能量以辐射光的形式释放出来=电弧辐射光接受外部能量电离,37,焊接电弧物理基础,当电弧空间存在电离电压（或激励电压）不同的多种气体的时候，在外加能量的作用下，电离电压（或激励电压）低的气体粒子先被电离（或激励），若这种气体的足以维持电弧的稳定燃烧，则整个电弧燃烧所需要的能量主要取决于这个较低的电压。因而电弧所要求的外加能量就比较低。意义：稳弧剂的作用,38,焊接电弧物理基础,Fe电离电压为7.8V,K电离电压为4.3V,39,焊接电弧物理基础,电弧的电离与激励同时存在电离与激励所需的最低能量为固定值,40,焊接电弧物理基础,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,电离的种类,41,焊接电弧物理基础,热电离定义：气体粒子受热作用而产生电离的过程实质：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）,42,焊接电弧物理-电离,电离度与材料、温度之间的关系,43,焊接电弧物理基础,基本规律：温度压力电离电压,电离度,带电粒子数,电弧稳定性,44,焊接电弧物理基础,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,45,焊接电弧物理基础,场致电离发生的位置主要是两级区，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,46,焊接电弧物理基础,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。,47,焊接电弧物理基础,48,焊接电弧物理基础,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光电离是产生带电粒子的次要途径,49,焊接电弧物理基础,阴极电子发射电离和阴极电子发射是电弧产生和维持不可缺少的两个必要条件阴极发射出的电子，在电场的加速下碰撞电弧空间的中性粒子使之电离，从而是阴极电子发射充当了维持电弧导电的原电子之源。,50,焊接电弧物理基础,电子发射与逸出功定义：电子发射：阴极中的自由电子受到一定的外加能量作用，从阴极表面逸出的过程逸出功：一个电子从金属表面逸出所需的最低外加能量。单位电子伏或者逸出电压逸出功的大小受电极材料及表面状态的影响。,51,焊接电弧物理基础,金属表面存在氧化物时逸出功会减小,52,焊接电弧物理基础,阴极斑点定义：阴极表面经常可以看到发出闪烁的区域，这个区域称为电子发射最集中的区域电流最集中流过的区域热阴极：斑点固定 W C冷阴极：斑点不规则移动 Cu Fe Al,53,焊接电弧物理基础,阴极清理作用（阴极破碎）cleaning action of the cathode 铝镁合金惰性气体保护电弧焊时,当母材为阴极时,由于正离子的冲击,具有去除焊缝及其周围母材表面上氧化膜的作用.,54,焊接电弧物理基础,电子发射的类型热发射场致发射光发射粒子碰撞发射实际焊接过程中常常是几种发射形式共存,55,焊接电弧物理基础,热发射（对电极有冷却作用）定义：阴极表面受热，自由电子动能加大，一部分电子达到或超过逸出功而产生的电子发射现象热发射强弱受到阴极材料沸点的影响，沸点高的钨或碳做阴极时，电极可以被加热到比较高的温度，通过热发射可以提供足够多的电子,56,焊接电弧物理基础,场发射定义：阴极表面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，当力达到一定程度电子就会逸出阴极表面，这种电子发射现象冷阴极主要是这种发射电子的机理,57,焊接电弧导电特性,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，在焊接电弧的弧柱区、阴极区和阳极区其相应的导电特性也是不同。,58,焊接电弧导电特性,最小电压原理：电弧在稳定燃烧时，有一种使其自身能量消耗最小的特性，即当电流和电弧周围的条件（气体介质、温度、压力）一定时，稳定燃烧的电弧将选择一个确定的导电截面，使电弧的能量消耗最少。当电弧长度也是定值的时候，电场强度的大小即代表了电弧产热量的大小，因此，能量消耗最小的时候电场强度最低，即在固定弧长上的电压降最小，这就是最小电压原理,59,焊接电弧导电特性,电流和电弧周围条件一定时，如果电弧截面面积大于或小于其自动确定的截面，就会引起电场强度的增大，是消耗的能量增多，违反最小电压原理。面积增大面积减小,60,我们把开始造成两电极间气体发生电离及阴极电子发射而引起电弧燃烧的过程叫做电弧的引燃过程。电弧的引燃的两种方法：第一种：是将两电极互相靠近到只有12毫米的间距，这时如果在两电极间加有很高的电压(约在1000伏以上)，形成电弧。这种方法因为电压极高，危险性很大，因此实际上并不采用。第二种：是先将两电极互相接触，然后迅速拉开至34毫米的距离来引燃电弧。,二、焊接电弧的引燃过程,什么是引燃过程？,61,焊接时电弧的引燃过程,焊接电弧的引燃,62,三、电弧的结构及其静特性,（一）焊接电弧的结构及温度 电弧的三个区域：阴极区弧柱区阳极区,63,1、阴极区 在阴极区的阴极表面有明亮的斑点，它是电弧放电时，阴极表面集中发射电子的微小区域，称为阴极斑点。从阴极表面到阳离子层之间就形成较大的电位差，这部分电压差称为阴极压降。,焊接电弧的结构及其静特性,64,2、弧柱区 弧柱是电弧阴极区和阳极区之间的区域，由于阴极区和阳极区的长度极小，故弧柱长度就可以认为是弧长。弧柱是依靠阴离子向阳极转移与阳离子向阴极的运动保持到电状态，同时辐射弧光。,焊接电弧的结构及其静特性,65,3、阳极区 紧靠阳极长度约为10-4cm的气体导电区域称为阳极区。在阳极上也有光亮的斑点，它是电弧放电时，正电极表面上集中接收电子的微小区域，叫做阳极斑点。电弧中的电子受阳极的吸引向阳极移动，运动着的电子在阳极表面的空间相应的浓度较大，形成一个空间电场，造成电位差，这部分电位差称为阳极压降。,焊接电弧的结构及其静特性,66,4、电弧的温度和温度分布 一般情况下，电弧热量在阳极区产生的较多，约占总热量的43%，阴极约36%，弧柱约21%。温度：用钢焊条焊钢材时 阳极区2600K 阴极区2400K 电弧中心60008000K 阳极温度高于阴极温度且都低于电极材料的沸点。,焊接电弧的结构及其静特性,67,电弧的温度分布 轴向两极区低弧柱区高 径向中心高四周低,68,（二）焊接电弧的静电性,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，叫做电弧静特性。电弧的静特性曲线,69,焊接电弧的静特性,静特性曲线形状,负阻特性,平特性,上升特性,热损失小于热输入，提高了电弧温度及电离度,金属蒸汽发射等离子流,70,焊接电弧的静特性,负阻特性：电流较小，电弧热量较低，其间的电子电离度低，电弧的导电性较差，需要有较高的电场推动电荷运动；电弧阴极区，由于电极温度低，电子提供能力较差，不能实现大量的电子发射，会形成比较强的阴极电压降。,71,焊接电弧的静特性,电流增加时，弧柱温度增加，电弧中的粒子的电离度增加，电弧的导电性增强，同时电极温度提高，阴极热发射能力增强，阴极电压降低；阳极蒸发加剧，阳极电压降低。即在电极温度和电弧温度较高的情况下，电弧中产生和运动等量的电荷不需要更强的电场。,72,焊接电弧的静特性,对于弧柱区，主要从弧柱产热和散热的平衡的角度考虑：在小电流区，如果电流增加4倍，假设电流密度一定，即弧柱直径增加2倍，弧柱向周围的热量损失随之增加2倍，而弧柱内的热量却增加4倍，这时如果电弧电压仍然保持不变，那么就违背了最小电压原理。,73,焊接电弧的静特性,平特性：电流进一步增大，电弧等离子气流增强，除电弧表面积增加造成的热损失外，等离子气流的流动对电弧产生附加的冷却作用，因此在一定的电弧区间内，电弧电压自动的维持一定的数值，保证产热和散热的平衡。,74,焊接电弧的静特性,上升特性：在大电流区，电弧中的等离子气流更加强烈，而由于电弧自身磁场的作用，电弧的截面不能随电流的增加而同步增加，电弧的电导率减小，要保证较大的电流通过相对比较小的截面，需要更高的电场。,75,焊接电弧的静特性,电弧静特性的3各阶段，并不是各种电弧中都能够表现出来，还受到电弧形态和电极的条件的影响。GTA焊接的静特性一般可以明显的表现出3个区段特性,76,焊接电弧的静特性,GMA焊接由于通常采用较细的电极焊丝，可使用的电流一般在中等数值以上，电弧多呈现圆锥形，等离子气流作用强烈，静特性一般呈现上升特性。,77,焊接电弧的静特性,SAW电弧埋在焊剂层的下边，受到焊剂层的覆盖，电弧的热损失小，且没有等离子气流的存在，一般使用较粗的焊丝大电流焊接，一般为下降特性。,78,焊接电弧的稳定性,电源种类对电弧稳定性的影响（交流、直流）空载电压对电弧稳定性的影响,79,焊接电弧的稳定性,焊接材料药皮成分（稳弧剂、电离能高的成分）药皮偏心、局部脱落,80,焊接电弧的稳定性,焊接电流（越大越稳定）电离度、热发射能力增强断弧弧长增加,81,焊接电弧的稳定性,电弧的刚直性（挺直性、挺度）：电弧作为柔性导体抵抗外界干扰，力求保持焊接电流沿电极轴向流动的性能，这种性能是电弧自身磁场决定的。电磁力是产生电弧刚直性的主要原因。,82,焊接电弧的稳定性,磁偏吹：实际焊接过程中，由于受到很多因素的影响，电弧周围磁力线均匀分布的状态被破坏，使电弧偏离焊丝（条）轴线方向，这种现象称为，或者电弧偏吹。结果：影响焊接质量,83,焊接电弧的稳定性,磁偏吹影响因素导线连接位置电弧附近电磁铁磁性回路焊接位置,84,焊接电弧的稳定性,导线接线位置引起的磁偏吹,85,焊接电弧的稳定性,平行电弧间的磁偏吹,86,焊接电弧的稳定性,电弧附近的铁磁性物质引起的磁偏吹,87,焊接电弧的稳定性,电弧处于工件端部时产生的磁偏吹,88,焊接电弧的稳定性,减少磁偏吹的措施可能时采用交流电源代替直流电源尽量采用短弧进行焊接对于长和大的工件采用两端接地的方法如果工件有剩磁，焊接前应消除避免周围铁磁性物质的影响用厚药皮焊条代替薄药皮焊条,89,焊接电弧的稳定性,其他影响稳定性的因素：表面清洁状态气流,90,作业,1、什么是焊接电弧2、简述电弧引燃的过程3、焊接电弧进特性曲线是什么样的？4、焊接电弧的结构及温度分布如何？,91,焊接电弧的极性,焊接电弧的极性：直流焊接时电弧的两极与电源的连接方式称为电弧的极性。,直流正接，正极性,直流反接，负极性,92,焊丝的熔化与熔滴过渡,熔滴过渡定义：电弧焊时，焊丝的末端在电弧的高温作用下加热熔化，形成熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程，称为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的过渡过程将对焊接过程和焊缝质量产生直接的影响。,93,焊丝的熔化与熔滴过渡,焊丝的加热与熔化特性熔滴上的作用力熔滴过渡的主要形式及特点,94,焊丝的熔化特性焊丝的熔化速度：单位时间内，熔化的焊丝的长度。焊丝的熔化特性：焊丝的熔化速度和焊接电流之间的关系。其主要与焊丝材料及焊丝直径有关。,焊丝的熔化与熔滴过渡-焊丝的加热与熔化特性,95,材料不同：电阻率、熔化系数不同伸出长度：电阻不同焊丝直径：电阻不同、导热能力不同,焊丝的熔化与熔滴过渡-焊丝的加热与熔化特性,96,-熔滴上的作用力,重力表面张力电弧力熔滴爆破力电弧的气体吹力,焊丝的熔化与熔滴过渡,97,表面张力在焊条端头上主要保持熔滴的主要作用力。F=2R,表面张力系数与材料成分、温度、气体介质等因素有关,焊丝半径,-熔滴上的作用力,焊丝的熔化与熔滴过渡,98,-熔滴上的作用力,焊丝的熔化与熔滴过渡,99,平焊时，表面张力阻碍熔滴过渡，因此只要能使F减小的措施，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小表面张力的目的。,-熔滴上的作用力,焊丝的熔化与熔滴过渡,100,-熔滴上的作用力,焊丝的熔化与熔滴过渡,101,在液滴上有少量的表面活性物质时，可以降低表面张力系数。在液态钢中，最大的表面活化物质是O和S，纯铁被氧饱和后，表面张力系数由1220*10-3N/m变为1030*10-3N/m。因此，影响这些杂质含量的各种因素（金属的脱氧程度、渣的成分等）都会影响熔滴的过渡。增加熔滴温度会降低金属的表面张力系数，从而减小熔滴尺寸。,-熔滴上的作用力,焊丝的熔化与熔滴过渡,102,重力：当焊丝直径较大而电流较小时，在平焊位置的情况下，使熔滴脱离焊丝的力主要是重力。Fg=mg=4/3gr3重力大于表面张力时，熔滴就要脱离焊丝。立焊和氧焊时，重力阻碍熔滴过渡。,-熔滴上的作用力,焊丝的熔化与熔滴过渡,103,电弧力：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。电弧力只有在焊接电流较大的时候，才对熔滴过渡起主要作用；电流小时，重力表面张力其主要作用,-熔滴上的作用力,焊丝的熔化与熔滴过渡,104,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。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。,-熔滴上的作用力,焊丝的熔化与熔滴过渡,105,斑点压力：斑点面积比较小的时候，斑点压力常常阻碍熔滴过渡；斑点面积比较大的时候，笼罩整个熔滴，斑点压力促进熔滴过渡。,-熔滴上的作用力,焊丝的熔化与熔滴过渡,106,熔滴爆破力：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，使气体体积膨胀而产生的内压力，致使熔滴爆破，这一内压力称为，它促进熔滴过渡，但产生飞溅。,-熔滴上的作用力,焊丝的熔化与熔滴过渡,107,电弧的气体吹力,造气剂碳元素氧化,-熔滴上的作用力,焊丝的熔化与熔滴过渡,108,焊丝的熔化与熔滴过渡,熔滴过渡现象十分复杂，但规范条件变化时，过渡形态可以相互转化，因此必须按照熔滴过渡的形态及电弧形态，对熔滴过渡加以分类。分类：自由过渡、接触过渡和渣壁过渡,熔滴过渡的主要形式和特点,109,自由过渡：熔滴经电弧空间自由飞行，焊丝的端头和熔池不发生直接接触。接触过渡：焊丝端部的熔滴与熔池的表面通过接触而过渡。熔化极气体保护焊时，焊丝短路并重复的引燃电弧，称为短路过渡TIG焊时，焊丝作为填充金属，它与工件之间不引燃电弧，搭桥过渡渣壁过渡，与渣保护有关，发生在埋弧焊时，熔滴从熔渣的空腔壁上流下。,焊丝的熔化与熔滴过渡,熔滴过渡的主要形式和特点,110,粒状过渡,喷射过渡,爆破过渡,短路过渡,搭桥过渡,渣壁过渡,套筒过渡,焊丝的熔化与熔滴过渡,熔滴过渡的主要形式和特点,111,粒状过渡电弧电压高，根据电流大小、极性和保护气体种类不同，又可分为粗滴过渡和细滴过渡,焊丝的熔化与熔滴过渡,熔滴过渡的主要形式和特点,112,粗滴过渡：电流比较小和电压比较高时，弧长较长，使熔滴不易与熔池短路。因电流比较小，弧根面积的直径小于熔滴直径，熔滴与焊丝之间的电磁力不易使熔滴形成缩颈，同时斑点压力又阻碍熔滴过渡。随着焊丝熔化，颗粒长大，最后重力克服表面张力作用，而形成大的颗粒过渡。电弧稳定性和焊缝质量都比较差。,焊丝的熔化与熔滴过渡,熔滴过渡的主要形式和特点,113,氩气介质中，由于电弧电场强度低，弧根比较扩展，并且在熔滴下部弧根的分布是对称于熔滴的，因而形成粗滴过渡CO2气体保护焊时，由于气体分解吸热对电弧的冷却作用，使电弧的电场强度提高，电弧收缩，弧根面积减小，增加了斑点压力而阻碍熔滴过渡，并形成大颗粒排斥过渡。直流正接，由于斑点压力很大，无论氩气还是二氧化碳保护，都有明显的大颗粒排斥过渡,焊丝的熔化与熔滴过渡,熔滴过渡的主要形式和特点,114,细滴过渡：电流比较大，相应的电磁收缩力增大，表面张力减小，熔滴存在的时间短，熔滴细化，过渡频率增加，电弧稳定性比较高，飞溅少，焊缝质量高气体介质或焊接材料不同时，细滴过渡的特点不同。CO2和酸性焊条电弧焊，熔滴非轴向过渡；铝合金熔化极氩弧焊或大电流活性气体保护焊焊钢则轴向过渡,焊丝的熔化与熔滴过渡,熔滴过渡的主要形式和特点,115,喷射过渡（射流过渡）易于出现于氩气或者富氩气体保护的焊接方法中。过渡时，细小的熔滴从焊丝端部连续不断的高速冲向熔池，过渡频率快，飞溅少，电弧稳定，热量集中，对焊件的穿透能力强，易形成指状熔深，适合焊接较厚的板材（3mm），不适合薄板.,焊丝的熔化与熔滴过渡,熔滴过渡的主要形式和特点,116,在Ar或者富Ar保护气体,电流小,焊丝的熔化与熔滴过渡,熔滴过渡的主要形式和特点,117,接触过渡：焊丝（或焊条）端部的熔滴与熔池表面通过接触而过渡的方式分类：短路过渡，搭桥过渡短路过渡：小滴 电磁收缩力大于表面张力搭桥过渡：大滴 电磁收缩力小于表面张力,焊丝的熔化与熔滴过渡,熔滴过渡的主要形式和特点,118,短路过渡电弧引燃后随着电弧的燃烧，焊丝或者焊条端部形成熔滴并逐渐长大。当电流较小，电弧电压比较低，弧长比较短，熔滴未长成大滴就与熔池接触形成液态金属短路，电弧随之熄灭，金属熔滴过渡到熔池中去。熔滴脱落后，电弧重新引燃，如此交替，这种过渡称为,焊丝的熔化与熔滴过渡,熔滴过渡的主要形式和特点,119,出现场合：碱性焊条的焊条电弧焊 细丝气体保护电弧焊（1.6mm）短路过渡由燃弧和熄弧两个交替的阶段组成，电弧的燃烧是不连续的。,焊丝的熔化与熔滴过渡,熔滴过渡的主要形式和特点,120,实质：熔化速度与送丝速度不一致,焊丝的熔化与熔滴过渡,熔滴过渡的主要形式和特点,121,短路过渡特点：燃弧熄弧交替进行平均电流小，峰值电流大，适合薄板及全位置焊接小直径焊条或焊丝，电流密度大，产热集中，焊接速度快弧长短，焊件加热区小，质量高,焊丝的熔化与熔滴过渡,熔滴过渡的主要形式和特点,122,搭桥过渡：非熔化极电弧焊。再表面张力、重力及电弧力的作用下，熔滴进入熔池。,焊丝的熔化与熔滴过渡,熔滴过渡的主要形式和特点,123,渣壁过渡：熔滴沿着熔渣壁面流入熔池的一种过渡形式出现场合：埋弧焊和焊条电弧焊,焊丝的熔化与熔滴过渡,熔滴过渡的主要形式和特点,124,母材熔化与焊缝成形,主要内容：单道焊缝的形成规律与影响因素缺陷的形成原因及改善措施,125,母材熔化与焊缝成形-焊缝形成过程,在电弧热的作用下，焊丝与母材被熔化，在焊件上形成一个具有一定形状和尺寸的液态熔池。随着电弧的移动熔池前端的焊件不断的被熔化进入熔池中，熔池后部则不断的冷却结晶形成焊缝。,126,温度分布不均匀：距热源中心距离、散热条件,母材熔化与焊缝成形-焊缝形成过程,127,母材熔化与焊缝成形-焊缝形成过程,熔池的体积主要由电弧的热作用决定熔池的形状主要由电弧对熔池的作用力决定在电弧压力作用下熔池表面出现凹坑熔滴过渡机械冲击力对熔池的表面形状也有影响,128,母材熔化与焊缝成形-焊缝形成过程,空间位置不同重力表面张力对熔池的作用不同工艺方法焊接参数也影响熔池的尺寸最希望的焊接空间位置保证位置的措施（翻转、强迫成型装置）,129,母材熔化与焊缝成形-焊缝形成过程,焊缝的结晶过程与熔池的形状有密切的关系，因而对焊缝的组织和质量有重要的影响。焊缝结晶总是从熔池边缘处母材的原始晶粒开始，沿着熔池散热的相反方向进行，直至熔池中心与不同方向结晶而来的晶粒相遇为止。,130,母材熔化与焊缝成形-焊缝形成过程,所有的结晶晶粒的方向都与熔池的池壁相垂直。焊缝成形系数：熔池的宽度与熔池深度之比。,131,母材熔化与焊缝成形-焊缝形成过程,成形系数小，焊缝的枝晶会在焊缝的中心交叉，易使低熔点的杂质聚集在焊缝中心而形成裂纹、气孔、夹渣等缺陷熔池的形状决定了晶粒的交角，尾部越细长，焊缝中心晶粒交角越大，杂质偏析严重，产生裂纹的可能性越大，焊接速度过大易出现这种情况,132,母材熔化与焊缝成形-焊缝形状与焊缝质量的关系,焊缝的有效厚度,焊缝宽度,焊缝余高,焊缝余高系数：焊缝宽度/焊缝余高,133,母材熔化与焊缝成形-焊缝形状与焊缝质量的关系,焊缝厚度是焊缝质量优劣的主要指标，焊缝余高和宽度则应与焊缝厚度有合理的比例。成形系数小（优缺点）在实际焊接过程中，在保证焊透 的前提下焊缝成形系数的大小应该根据焊缝产生裂纹和气孔的敏感性来确定。埋弧焊1.25，堆焊=10,134,母材熔化与焊缝成形-焊缝形状与焊缝质量的关系,余高问题实际焊接中允许存在余高03mm，或余高系数为48要求严格的场合，可磨平,135,母材熔化与焊缝成形-焊缝形状与焊缝质量的关系,熔合比：焊缝截面上母材熔化部分所占面积与焊缝全部面积之比熔合比越大，焊缝成分越接近母材,136,母材熔化与焊缝成形-焊接工艺参数对焊缝成形的影响,焊接参数：对焊接质量影响较大的焊接工艺参数（焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接热输入等）工艺因数：其他焊接工艺参数（焊丝直径、电流种类及极性、电极、焊件倾角、保护气体）结构因数：坡口形状、间隙、焊件厚度,137,母材熔化与焊缝成形-焊接工艺参数对焊缝成形的影响,焊接参数的影响,有效厚度,焊缝宽度,余高,138,母材熔化与焊缝成形-焊接工艺参数对焊缝成形的影响,焊接工艺因数的影响电流种类及极性焊丝直径和伸出长度电极倾角焊件倾角,139,母材熔化与焊缝成形-焊接工艺参数对焊缝成形的影响,140,母材熔化与焊缝成形-焊接工艺参数对焊缝成形的影响,结构因数：焊件材料和厚度坡口和间隙,141,母材熔化与焊缝成形-焊缝成形缺陷的产生及防止,焊缝的成形尺寸不符合要求,142,母材熔化与焊缝成形-焊缝成形缺陷的产生及防止,咬边,143,母材熔化与焊缝成形-焊缝成形缺陷的产生及防止,未焊透和未熔合,144,母材熔化与焊缝成形-焊缝成形缺陷的产生及防止,焊瘤,145,母材熔化与焊缝成形-焊缝成形缺陷的产生及防止,焊穿及塌陷,