【正文】 四） 最小電壓原理 電流一定、周圍條件一定時(shí)，穩(wěn)定燃燒的電弧各導(dǎo)電區(qū)的 半徑（溫度）應(yīng)使電弧電場(chǎng)強(qiáng)度最小，即電弧電壓最小。 12 焊接電弧中的能量平衡及電弧力 一）、焊接電弧的產(chǎn)熱機(jī)構(gòu) （一）弧柱的產(chǎn)熱機(jī)構(gòu) 電能 → 熱能 本質(zhì)： A+、 e在電場(chǎng)作用下被加速、使其動(dòng)能增大的過 程。 電子動(dòng)能：定向運(yùn)動(dòng)動(dòng)能 —Ie 散亂運(yùn)動(dòng)動(dòng)能 — 熱運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)為熱能。 3 影響因素 不僅取決于電流。 （二）陰極區(qū)的產(chǎn)熱 1 本質(zhì)：產(chǎn)生電子、接受正離子的過程中有能量變化，這些能量的平衡結(jié)果就是產(chǎn)熱，由三部分組成： 1）電子逸出陰極時(shí)消耗能量： I?Uw 2）電子進(jìn)入弧柱前被電場(chǎng)（ Ek）加速得到一部分能量： +Ia?Uk 3）電子進(jìn)入弧柱時(shí)帶走的能量： I?UT（溫度等效電壓） 產(chǎn)熱公式 Pk=I?（ UkUwUT） 作用： 用于加熱陰極 （三）陽極區(qū)的產(chǎn)熱機(jī)構(gòu) 本質(zhì)：接受電子、產(chǎn)生 A+過程中伴隨的能量轉(zhuǎn)換，由三部分組成： 1） e被 UA加速所得到的能量： +e UA 2）電子帶來的逸出功： +I?Uw 3）電子帶來的相當(dāng)于弧柱溫度那部分能量 +I?Uw 產(chǎn)熱公式 PA=I?（ UA+Uw+UT） 作用 用于加熱陽極 二）、焊接電弧的熱效率及能量密度 （一）電弧總產(chǎn)熱 Pa=PC+PA+PK = I?（ UC+UK+UA） =Ia?Ua （二）有效功率、熱效率系數(shù) 1 有效功率：用于加熱工件和焊絲的功率 QE 2 熱效率系數(shù)： ?=QE/Pa 3 影響的因素： 1）焊接方法： TIG焊低、 MIG、 SAW高 2）焊接規(guī)范： 3）外部條件 （三）能量密度 1 單位有效加熱面積上的熱功率，單位為 w/cm2 2 功率密度越高 , H/B越大，焊接變形及 HAZ越小。 溫度 電流密度 功率密度 徑向 中心軸附近溫度高，周邊低 （三）影響弧柱溫度的因素 電流， Ia↑ T↑ 氣體介質(zhì)：導(dǎo)熱系數(shù) ↑ ，熱解離 ↑ T↑ 電極材料 拘束度 _ + 弧柱的溫度分布 T T r L 三）、電弧力 電磁收縮力 通過電弧（熔滴）的電流線之間的相互吸引力，對(duì)電弧或熔滴起著壓縮作用，該力被稱為電磁收縮力。 電弧電流及電壓 電流增大，電弧力增大；電壓增大，電弧力 減小。 爆破力 四）、電弧的極性及其選擇方法 直流及交流電弧的特點(diǎn) 一）直流電弧 焊接電流基本保持不變，電流不會(huì)為零。 直流正接（ DCSP）：工件接正極 直流反接（ DCRP）：工件接負(fù)極 二）、交流電弧 正弧波交流電?。?電流為 50H正弧波的電弧被稱為交流電弧。與直流電弧基本相同 正弧波交流電弧特點(diǎn)： 1）周期性地過 0點(diǎn) 2）再引燃 再引燃電壓 Ur：再引燃所需的電壓。 交流電弧的燃燒過程 1）純阻性回路 電弧 —阻性元件，因此 ?a、 ia同相位，有熄弧時(shí)間 te， 當(dāng) te較大時(shí)，難以引燃 2）感性回路 利用電感的續(xù)流，蓄能及移相作用，可將 te降為 0 交流 電源 te U0 Ua Ia 純阻性回路 t 電源電壓 電弧電壓 電弧電流 電源電壓 電弧電壓 電弧電流 交流 電源 電感性回路 交流電弧穩(wěn)定燃燒的條件 在回路中串一合適的電感 交流電弧的加熱及力的特點(diǎn) 1）加熱 Pa不斷變化，對(duì)工件的加熱效果用有效熱功率表示。 167。 電弧自身磁場(chǎng)：電弧作為載流導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。各運(yùn)動(dòng)的帶電質(zhì)點(diǎn)均受到指向焊條中心的力，該力使質(zhì)點(diǎn)保持沿軸線流動(dòng)。 + + + + + 電流 + F左 F右 磁偏吹 + + + + + 電流 + F左 F右 接線位置引起的磁偏吹 + + + + + + + + + + + 電流 + F左 F右 磁性物質(zhì)引起的磁偏吹 + + 167。 掌握熔滴上受到的各種力及其對(duì)過渡的影響； 了解熔滴過渡的基本分類，各類熔滴過渡的基本特征； 掌握各種焊接方法的熔滴過度特點(diǎn)。 1 焊絲的加熱及熔化 一）、加熱熱源： （一）電弧熱 —極區(qū)產(chǎn)熱 ? 焊絲接陰極時(shí)： Pk=I（ UkUwUT） ≈ I（ UkUw） UT很小，大概只有 1V左右。 討論： TIG焊： PAPk MIG焊： PkPA Pk受多種因素影響，而 PA則不。 單位： g/s cm/s 熔化系數(shù) ?m：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，由單位電流所熔化的焊絲量（長(zhǎng) 度，重量） 單位： g/ Cm/ ?m= ?m /I （二）影響因素 電流 電流越大，熔化速度越大。 電壓 Ua（ La）大時(shí)， ?m與 Ua無關(guān) Ua（ La）較小時(shí)， Ua下降時(shí) ?m 增大（如 I不變則 ?m ↑ ） ，使電弧具有保持弧長(zhǎng)穩(wěn)定的能力。 Ua Ia ?a 鋁 Ua Ia 鋼 焊絲的極性 焊絲接負(fù)時(shí)， ?m較大 焊絲接正時(shí)， ?m較小 氣體介質(zhì) 焊絲接陽極時(shí)： ?m =K Rm=K I Uw與氣體介質(zhì)無關(guān) 焊絲接陰極時(shí)： ?m =K I（ UkUw） Uk與氣體介質(zhì)有關(guān)， 因此氣體介質(zhì)影響熔化速度，例如在 Ar中加 CO2可使 ?m增大 電阻熱 鋼焊絲： ds越小，電阻熱的影響越大。 2 熔滴過渡和飛濺 一）、基本概念 熔滴過渡：焊絲端部的熔化金屬以滴狀進(jìn)入熔池的過程。 二）、熔滴上的作用力 （一）表面張力 焊絲與熔滴間的表面張力 F?，阻礙過渡，將熔滴保持在焊絲上。 短路過渡時(shí)，熔滴與工件間的表面張力 — 促進(jìn)過渡 F?=2πR P? 影響 ?的因素： 1）材料類型，例如，鐵的表面張力系數(shù)大于鋁 2）溫度，溫度上升，表面張力系數(shù)降低 3）表面活性物質(zhì)，如鋼液中有 S或 O時(shí)，表面張力系數(shù)降低。 （三）電磁收縮力 電流線通過熔滴時(shí)的電磁收縮力 1） 當(dāng) Sb（斑點(diǎn)面積） Ss（焊絲截面積）時(shí)，電流線在熔滴中收縮 F推 向上，阻礙過渡。 （四）斑點(diǎn)力 其作用亦與斑點(diǎn)面積有關(guān)： 1） Sb較大時(shí)，促進(jìn)過渡 2） Sb較小時(shí)，阻礙過渡 熔滴中的電磁收縮力 熔滴斑點(diǎn)力 蒸發(fā)反力 及帶電粒子撞擊力 （五）爆破力 熔滴爆破時(shí)，爆破力指向四面八方，即促進(jìn)過渡，又導(dǎo)致飛濺 （六）等離子流力 從焊絲指向工件，總是促進(jìn)過渡 FP 爆破力 二）、熔滴過渡的主要形式及特點(diǎn) （一）自由過渡 熔滴脫離焊絲，由電弧空間進(jìn)入熔池。 （二）渣壁過渡 沿熔渣壁過渡埋弧焊 DCSP：熔滴尺寸大，過渡頻率低 DCRP：尺寸小， f大。 熔敷系數(shù)： 單位時(shí)間內(nèi)由單位電流熔敷到焊縫 中焊絲金屬重量 ?m 損失系數(shù)： 影響的因素： 1）焊接方法 SAW、 MIG、 MAG、 CO MMA依次減小。 15 母材熔化和焊縫成形 一 、 基本要求 熟練掌握標(biāo)征熔池及焊縫形狀尺寸的幾個(gè)參數(shù)； 熟練掌握熱輸入、線能量、熔深、熔寬、成形系數(shù)、余高、熔合比等基本概念； 了解作用于熔池上的力 熟練掌握焊接參數(shù)對(duì)焊縫形狀尺寸的影響 了解各種焊縫缺陷形成的原因及預(yù)防措施。一般用熔深 H、焊縫寬度 B和余高 a三個(gè)參數(shù)來表征焊縫的形狀和尺寸。 ? 焊縫寬度 B不直接反映接頭的承載能力，但它和熔深 H構(gòu)成的焊縫的基本形狀，影響著焊縫的質(zhì)量。 焊縫成形系數(shù) ? 當(dāng) φ 小時(shí)，焊縫窄而深，這樣的焊縫往往在熔池金屬冷凝過程中氣體難以逸出而易產(chǎn)生氣孔，同時(shí)熔池的結(jié)晶方向有利于焊接裂紋的生成；另一方面，這樣的焊縫反映其焊接熱量較集中，其接頭的熱影響區(qū)較?。? ? 當(dāng) φ 大時(shí)，焊縫淺而寬，這樣的焊縫根部不易焊透。若是理弧堆焊，為了保證堆焊層成分和高的堆焊生產(chǎn)率，其焊縫成形系數(shù) φ 一般要求較大，可達(dá) 10。焊縫余高是為了避免熔池金屬凝固時(shí)產(chǎn)生凹陷而留出的工藝允差，它的存在還能增大焊縫工作截面，從而捉高其承受靜載的能力。所以要加以限制，使余高 a與焊縫寬 B應(yīng)有一個(gè)合理的比例關(guān)系。 ? 一般要求 B/a＞ 4~8；為了提高焊件的疲勞壽命，最好的辦法是把對(duì)接接頭的焊縫余高去掉；或把角焊縫焊成凹面的或者焊后加工焊趾，使余高向母材平滑過渡。 ? 由圖 3332可見熔合比 γ 可用下式表示 常用焊接方法及其應(yīng)用 )/( Hmm FFF ???式中， Fm、 FH—母材熔化的橫截面積和填充金屬熔敷 (圖 3—3—32中影 線部分 )的橫截面積 (mm2)?？梢酝ㄟ^改變?nèi)酆媳鹊拇笮碚{(diào)整焊縫的化學(xué)成分和組織，這是防止焊縫產(chǎn)生冶金缺陷、提高焊縫力學(xué)性能的有效途徑。 ? 焊接電流：其他條件不變時(shí)，作平面堆焊，焊接電流對(duì)焊縫形狀及尺寸的影響如圖 3334所示，熔深 H幾乎與焊接電流成正比。 常用焊接方法及其應(yīng)用 在實(shí)際生產(chǎn)中電弧電壓和電流有圖 3336所示的關(guān)系，表示在焊接電流增加時(shí)，電弧電壓也相應(yīng)增加，或熔深增加的同時(shí)，電弧電壓也相應(yīng)增加。 常用焊接方法及其應(yīng)用 ? 焊接速度：在其他條件不變的情況下，焊接速度對(duì)焊縫形狀及尺寸的影響如圖 3337所示。 常用焊接方法及其應(yīng)用 ? 工藝因素 主要指焊絲傾角、焊件斜度和焊劑層的寬度與厚度等。 常用焊接方法及其應(yīng)用 ? 焊件傾斜：指焊件傾斜后使焊縫軸線不處在水平線上，山現(xiàn)了俗稱的 上坡焊 或 下坡焊 。當(dāng)傾斜度 ?角＞6176。 ，則余高過大，兩邊出現(xiàn)咬邊，成形明顯惡化，見圖 3339a。 。 ? 下坡焊效果與上坡焊相反，若 ?過大，焊縫中間表面下凹，熔深減小，熔寬加大，就合出現(xiàn)未焊透、未熔合和焊瘤等缺陷。 常用焊接方法及其應(yīng)用 ? 焊劑層厚度：在正常焊接條件下，被熔化焊劑的重量約與被熔化的焊絲的重量相等。 ? 焊劑層太薄時(shí)，則電弧露出，保護(hù)不良，焊縫熔深淺，易生氣孔和裂紋等缺陷。 ? 在同樣條件下用燒結(jié)焊劑焊的熔深淺，熔寬大。 常用焊接方法及其應(yīng)用 ? 焊劑粗細(xì)：焊劑粒度增大時(shí)，熔深和余高略減，而熔寬略增，即焊縫成形系數(shù)和余高系數(shù)增大，而熔合比稍減。 ? 極性：直流正極性 (焊件接正極 )，焊縫的熔深和熔寬比直流反接的小，而交流電乎兩者之間。表 3310列出其它焊接條件相同情況下坡口形狀和裝配間隙對(duì)接接頭焊縫形狀的影響。 一般通過開坡口來實(shí)現(xiàn)。 ?減小。 通常， Ia選定后， Ua也基本上定下來了。 r （三）焊接速度 將 q/?w 定義為線能量，即單位長(zhǎng)度的焊縫上 輸入的熱量。通常采用雙弧焊或多弧 焊來提高焊接速度。 坡口、間隙越大， a↓?↓ （七）電極傾角 前傾：電弧下液態(tài)金屬厚，電弧潛入深度小，所以 H↓B↑a↓ 后傾：相反 （八）工件傾角 下坡焊：重力阻止液金后排，電弧潛入深度減小， H↓a↓B↑易于導(dǎo)致滿溢，未焊透等 上坡焊：相 反。最易發(fā)生在短路過渡 CO2焊中。 原因： 高速大電流焊 上坡焊 三）、燒穿 熔焊時(shí)熔化金屬自焊縫背面流出，形成穿孔的現(xiàn)象叫燒穿。 原因： 1）大電流高速焊 2）角焊縫、焊腳過大或 Ua過大 五）、焊瘤 熔焊時(shí)熔化金屬流淌到焊縫以外未熔合的母材上形成金屬瘤的現(xiàn)象叫焊瘤。 原因： 1） Ia太大 2）坡口尺寸太大 七）、塌陷 焊縫表面塌陷，背面凸起的現(xiàn)象。 全位置焊接 1）分段 2）減小線能量，采用脈沖 TIG焊 第三章 埋弧焊 一 、 基本要求 了解埋弧焊特點(diǎn)及應(yīng)用 熟練掌握埋弧焊的治金特點(diǎn) 掌握自動(dòng)焊的焊接焊接參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)原理