电弧焊基础资料.doc

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1. 电弧焊方法：焊条电弧焊、气体保护非熔化极电弧焊:钨极氩弧焊（TIG）、等离子弧焊接（PAW）、气体保护熔化极电弧焊：熔化极氩弧焊（MIG）、二氧化碳电弧焊（Co2焊）、混合气体保护熔化极电弧焊（MAG)、熔化极等离子弧焊接、埋弧焊（SAW）、自保护电弧焊、螺柱焊。
2. 气体放电是指气体电离。物理学中的等离子气体是指含有带电粒子的电中性的粒子集团，是继固体、液体、气体之后的物质的第四种存在状态，以高导电性为特征。电弧的本质是气体放电。
3. 金属电子发射除上述热电子发射和电场发射两种机制外，还有光发射和碰撞发射。
4. 电弧电压：阳极压降区、弧柱压降区、阴极压降区。阳极区，发热多。
5. 电弧焊热效率对比埋弧焊最高，等离子弧焊接（小孔型）最低，焊接电弧分布中心向外，温度下降
6. 电弧的引燃方法：接触式引弧、非接触式引弧。非接触式引弧有两项原因，一是不允许电极与工件接触，一是电极无法与工件接触。交流电弧焊由于电流过零问题焊接中需要采取稳弧措施
7. 焊缝形状尺寸的参数：焊缝成形系数φ（熔宽B与熔深H之比）、焊缝深宽比（H与B之比）、余高a（熔深、熔宽、余高）
8. 溶滴产生脱落、过渡的力主要是 重力、表面张力、电磁力、摩擦力。既是作用在溶滴上的表面张力通常是阻止溶滴脱落的力。而在短路过渡的情况下却变为促进溶滴过渡的力。
9. 电弧焊溶滴过渡形态的分类:自由过渡、接触过渡、渣壁过渡。
10. 以目前最为普遍的应用对象衡量，TIG焊是所有焊接方法中应用最广泛的。钨电极材料:纯钨电极、钍钨极、铈钨极、锆电极。
11. 钨极氩弧焊直流正极性焊接是所有电弧焊方法中电弧过程最为稳定的。在引弧动作开始之前要提前通以保护气，驱除导气管中的空气并使焊接区处于被保护状态下这种称作提前送气；焊接结束时如果在电弧熄灭的同时停止保护气，焊缝结束部位产生严重氧化，而且处于高温状态的钨极也会受到氧化而出现显著烧损，为此在熔池完全凝固及电极冷却之前需要继续流通保护气，这称作滞后停气。
12. 等离子弧的工作形式：转移型等离子弧、等离子焰流、混合型等离子弧。焊枪喷嘴 结构参数：喷嘴直径d、喷嘴孔道长度l、内腔锥角α、压缩孔道形状。送气方式可采用两种方式即切向送气或径向向焊枪中送入气体切向送气的弧柱压缩程度较高些。
13. 合金元素烧损、一氧化碳气孔、焊接飞溅是二氧化碳电弧焊的三个主要问题；二氧化碳电弧焊中H的主要来源有两条途径：一是焊丝、工件表面的油、绣和水分；另一是二氧化碳气体中的水分。一氧化碳气孔属于反应型气孔 焊丝损失系数包含飞溅损失和氧化、蒸发损失等表示公式如下:x100%(am为熔化系数ay为熔敷系数)；三种送丝方式：推丝送丝、拉丝送丝、推拉送丝；窄间隙焊接 是对厚板I型坡口进行多层焊接其目的是提高焊接生产率，节约焊接材料，减少焊接热输入，提高质量接头，并减少焊接变形。
14. MIG焊溶滴喷射过渡分为射滴过渡和射流过渡；而亚射流过渡介于短路过渡与射滴过渡之间的一种形式，电弧特征是弧长较短。铝合金亚射流过渡中短路与正常短路过渡的差别是缩颈在熔滴过渡之前形成并达到临界脱落状态。脉冲MIG焊参数脉冲电流波形主要参数：基质电流Ib，脉冲电流Ip、脉冲宽度Tp基质时间Tb。波形中的其他参数;平均电流Ia、脉冲频率f、脉宽比K。
15. 铜及铜合金的MIG焊必须注意的是预热问题；SAW电极形状分类：焊丝电极、卷带电极、板状电极。焊剂：熔炼焊剂、烧结焊剂、焊剂散布方式有散布到电弧前方的和与焊丝同轴散布两种。
16. 母材熔化形态分：单纯熔化极、中心熔化极、周边熔化极
17. 直流反接时，电弧具有对母材表面的氧化膜进行清理的现象。交流焊接，为使电弧燃烧稳定，在电流从负半波向正半波转换瞬间最好也施加同样的稳弧电压。
18. 熔池脱氧采用Si-Mn联合脱氧，脉冲GMA焊接熔滴过渡控制采用弧光传感技术。
名词解释
焊接是一门材料连接技术，通过某种物理化学过程使分离的材料产生原子或分子间的作用力而连接在一起。
等离子体是指含有带电粒子的电中性粒子集团，是继固体液体气体之后的物质的第四种存在状态以高导电性为其特征，电离气体具有与通常状态下气体不同的性质。
中性粒子的电离中性粒子存在于电弧空间（气隙中），当处于高能量状态时，其电子轨道上的电子脱离约束，分离成电子和离子称之为电离。
带电粒子的扩散复合：带电粒子在定向运动过程中出现从电弧内部向外部周边区域的移动，称作带电粒子的扩散；带电粒子的复合是指电子与正离子相遇后重新结合成中性粒子。
焊接电弧的热效率η：相对于电弧功率（电弧电压x电弧电流），向母材传送的热量（热输入量）所占的比例。
直流电弧：所谓直流电弧是指电弧（电极）极性不发生变化的电弧最大特点是稳定性好。
焊接电弧静特性：一定弧长度的电弧，稳定燃烧，电弧电压与电弧电流之间的关系称为电弧的静特性。
阴极斑点：根据阴极材料性质及所处的状态不同，在某些场合下，电弧导电通道将主要集中在一个较小的区域，该区域电流密度，温度，发光强度远高于其它区域，称作阴极斑点区。阳极斑点：当电弧燃烧不能在阳极表面所覆盖的全面积上形成均匀的电流通道时，将在阳极上的某一局部区域形成主要的电流通道，大部分电子经过该通道进入阳极，即是阳极斑点区。
最小的电压原理：在给定电流与周围条件一定的情况下，电弧稳定燃烧时，其导电区的半径，应使电弧电场强度具有最小的数值，就是说，电弧具有保持最小能量消耗的特性。
电弧的挺直性：指电弧作为柔性导体具有抵抗具有外界干扰、力求保持焊接电流沿电极轴线方向流动的性能。
未焊透和未熔合：单面焊接时，接头根部未完全焊透的现象叫未焊透。单层焊，多层焊，或双面焊时，焊道与焊道之间未能完全结合的部分称作未熔合。
咬边;由于焊速很快，焊缝两侧的金属没有被很好熔化，同时熔化金属受表面张力的作用容易聚集在一起而对焊趾部位的润湿性不好，容易形成固液态剥离，凝固后出现咬边。
焊瘤：有两种表现形态，一是熔化金属流淌到焊缝区以外未熔化母材上聚集成金属瘤，这是由于填充金属过多引起的，或熔池重力的结果。另一是直接在焊缝上聚集成大的金属瘤，多数情况是由于不稳定的熔滴过渡造成。
起皱焊缝：大电流MIG焊接当电弧阴极斑点的清理作用消失、阴极斑点进入熔池内部时，电弧力集中到熔池底部，对熔池金属有激烈的搅拌作用，将出现类似大象皮肤的不良焊缝。
等离子弧：通过外部拘束使自由电弧的弧柱被强烈压缩所形成的电弧。
焊接飞溅:在焊接过程中，大部分焊丝熔化金属可以过渡到熔池，有一部分焊丝熔化金属飞到熔池以外的地方的现象。
射流过渡：对于钢系焊丝，焊丝前端在电弧中被削成铅笔状，熔滴从其前端流出，以很细小的颗粒进行过渡，其过渡频率最大可以达到每秒500次。射滴过渡：熔滴尺寸接近于焊丝直径，过渡频率在每秒100-200次左右，每一滴都呈现规则过渡。区别：射滴熔滴大，射流熔滴直径小于焊丝直径。
起皱界限电流：在大的焊接电流下，容易产生焊缝起皱现象，电弧也稳定，得不到满意的焊缝。该现象是在大电流下发生的，把不产生起皱现象的最大电流称作起皱界限电流
简答
螺柱焊 螺柱焊是把螺栓或棒材熔化接合到母材上的方法。陶瓷套环法首先把螺柱与母材接触，随后拉起引燃电弧。当螺柱及母材达到适当的熔化状态时把螺柱压到母材中，焊接就结束了。套环起到隔绝空气、保护电弧及焊接区的作用。导电药室通电后赤热的药室起到引燃电弧的作用。
气隙放电电弧中带电粒子的来源:1电源通过电极（阴极）向气隙空间发射电子；2气隙中的中性粒子被电离产生电子和离子。
焊接电弧温度分布趋势？1:电弧电流电弧电流增加，电弧最高温度值加大。2电极斑点当电极上出现电极斑点时，电极斑点出的温度明显升高。3电弧长度电弧长度变化一般不会影响电弧最高温度，只是随着电弧的拉长或者缩短。电弧的温度分布更为扩展或者更为集中4阳极材料作为母材时，阳极材料和状态将影响阳极表面附近的温度值。5保护气成分在纯氩、90%氦气+10%氩气、95%氩气+5%氢气三种情况下的测量结果表明，电弧最高温度基本相同只是混合气体情况下电弧扩展更为明显。6环境条件电弧温度和温度分布受到环境冷却条件、环境气压条件等的影响。
电弧压力：电弧静压力、电弧动压力、斑点力、爆破力、溶滴冲击力。影响因素：1气体介质一纯氩气保护ＧＴＡ电弧作为比较，当在保护气中混入氦气时，电弧压力有很大程度的降低在氩气中混入氢气时，电弧压力升高。２电流和电压，电流增加电弧力增加，电弧电压升高电弧长度增加电弧力降低。３电极（焊丝）直径焊丝直径越细，电流密度越大，电磁力越大。４电极（焊丝）极性钨极接正时电弧力较小，钨极接负时电弧力较大。５钨极端部几何形状角度为４５度时具有最大电弧力６脉动电流的影响ＴＩＧ焊时电弧力最高的是直流正接其次为直流反接最后为交流。
电弧产热与电弧特性？交流电弧的产热与电弧力特点居于直流正接与直流反接两者之间，实际上主要是电极的产热有特殊点，对钨极电极而言，其作为阳极时的热输入量要大于阴极时的热输入量，当钨极作为阳极时为正时，钨电极很容易熔化。
交流电弧的应用？1普通交流电弧焊接电源设备简单，造价低，可以减少焊接成本，在焊条电弧焊和普通低碳钢焊接中的应用非常广泛。2铝镁及其合金、铂铜等金属的表面存在一层致密的氧化膜，熔点很高，阻碍电弧热量传入母材，并且容易造成焊缝夹杂、气孔等缺陷，所以焊接时必须去除材料表面的氧化膜，否则不能进行良好的焊接。3交流在钨极为负、母材正的半波，对工件有较大的热输入，并且钨极可以得到一定的冷却；在钨极为正、母材为负的半波，电弧具有对母材表面的清理作用。
影响电弧静特性及电弧电压的因素：1电弧长度：一般当电弧长度增大或减小时电弧静特性曲线随之上移或下移，但在各电流数值上表现出的斜率变化会有所改变主要是散热量的非线性变化引起的。2保护气成分：保护气不同的情况下即使电弧长度相等，电弧电压也会有显著的差异。3：电极条件：非融化电极的情况下，电极成分对电弧电压会有一定程度的影响。4母材情况：母材热导率影响所形成的熔池大小以及从母材热输入量中散失热量的快慢，对电弧产生间接地冷却作用。5保护气流量、环境温度、焊接电流形式对电弧电压也有不同程度影响。
电弧的阴极清理作用：惰性气体中的电弧在以金属板作为阴极的情况下，阴极斑点在金属板上扫动，除去金属表面上的氧化膜，使其露出清洁金属面，称作电弧的阴极清理作用。
电弧的磁偏吹产生的原因：如果某种原因使电磁力线分布的均匀性受到破坏，使电弧中的电荷受力不均匀就会使电弧偏向一侧。（1）导线连接位置引起的磁偏吹 这种偏吹对焊接作业是不利的，可以通过调整焊枪角度，减小磁偏吹的程度，另外，电弧长度减小，挺直性提高，磁偏吹减弱。（2）电弧附近的磁铁性物质引起的磁偏吹 电弧某一侧存在强力磁铁性物质时，电弧磁场的磁力线将较多的集中到铁磁性物体中，电弧空间另一侧的磁力线密度相对增强，磁力线分布受到破坏，电弧将产生向铁磁性物体一侧的偏吹。（3）电弧处于工件端部时产生的磁偏吹 钢材料焊接，当电弧走到工件端部时，工件对磁力线的吸引产生不对称，端部以外区域的磁力线密度相对增强，电弧被推向工件面积较大的一侧。（4）平行电弧间的磁偏吹 两个平行电弧，根据电流方向的不同，相互间可能产生吸引或排斥，同样是电弧空间磁力线相互增强或相互减弱造成的。
焊缝形状尺寸的影响因素：焊缝的形状与熔池的形状有直接关系。焊接参数与工艺的影响，一电流电压焊接速度等的影响（1）焊接电流：电流增大后，作用在工件上的电弧力和电弧对弓箭的热输入均增大，热源位置下移，有利于热量向深度方向传导，熔深增大。（2）电弧电压：电弧电压增大后，电弧功率加大，工件热输入有所增大。由于电弧电压的增加是以增加电弧长度实现的使得电弧热源半径增大，工件热输入能量密度减小，因此熔深略有减小而熔宽增加，同时由于焊接电流不变，焊丝送进速度和焊丝熔化量没有改变，使得焊缝余高减小。（3）焊接速度：焊速提高时，焊接线能量减小，熔宽和熔深都减小，余高也减小。
钨极氩弧焊的特点：1.TIG焊的优点是能够实现高品质焊接，得到优良焊缝。钨电极与母材间产生的电弧在惰性气氛中极为稳定，焊缝很美观，很平滑焊。焊接电流在10~500A范围内，电弧都很稳定，电弧电压仅有8~15V。对热输入量的调节很容易，可以进行薄板及各种姿态下的焊接，以及精密焊接等。由于电弧稳定、熔池可见性好，焊接操作也容易进行。2.TIG焊的缺点是焊接效率低于其他方法，氩气等惰性气体的价格高。由于钨电承载电流能力有限，电弧功率受到制约，致使焊缝熔深浅焊接速度低。
小孔型等离子弧焊接的基本特点？利用等离子弧能量密度和等离子流力大的特点，可在适当的参数条件下实现熔化型穿孔焊接。这时等离子弧把工件完全熔透并在等离子流力作用下形成一个穿透工件的小孔，熔化金属被排挤在小孔的周围，随着等离子弧在焊接方向移动，熔化金属沿电弧周围熔池壁向熔池后方流动，于是小孔也就跟着等离子弧向前移动。
CO2电弧焊的特点：（1）焊接生产率高 利用其焊接中厚板时，用粗焊丝和较大电流实现细颗粒过度，焊丝熔化速度快，电弧挺度大，比焊条电弧焊提高1~3倍。焊接薄板时，使用细焊丝和较小电流实现溶滴短路过渡，焊接线能量小，焊接变形也很小。（2）焊接成本低 CO2在工业中大量使用，价格便宜，具有经济性。（3）焊接能耗低 CO2焊对焊丝和母材的熔化效率更高，有更大的焊接速度，消耗的电能得以降低。（4）适用范围广 CO2焊可以采取自动焊或半自动焊方法，对任何位置、任何角度、任何长度及复杂的曲面焊缝都可以进行焊接。（5）CO2焊是一种低氢型或超低氢型焊接方法。CO2焊本身对油、锈、水分等不敏感 (6) 焊后不需清渣，名弧焊接便于监视，有利于机械化操作。（7）焊接保护效果良好 CO2气体 密度较大在隔离空气保护焊接电弧和熔池方面效果良好。缺点(1)co2焊不能用于非铁金属的焊接（2）熔滴过渡不如MIG焊稳定，飞溅量较大（3）产生很大烟尘，操作环境不好。
CO2焊减少飞溅的措施？（1）焊接材料方面 限制焊丝含C量，选择有较多脱氧元素成分的焊丝进行焊接，采用混合气体保护进行焊接，也可降低电弧气氛，减少FeO的产生数量。（2）工艺和规范方面 正确选择焊接电流，匹配合适的电压，尽可能避免排斥过渡形式；焊枪倾角不超过20°，焊枪垂直时飞溅最小；限制焊丝干延伸；送丝速度均匀；电源直流反接事飞溅最小；采用混合气体保护。（3）电源方面 通过回路电感短路过渡焊接中的电流上升速率di/dt和短路峰值电流Imax有一个合适的数值，可减少飞溅。
熔化极氩弧焊的特点：（1）与焊条电弧焊、CO2电弧焊、埋弧焊相比，熔化极氩弧焊可以焊接几乎所有金属。（2）与TIG焊相比，由于采用熔化极方式进行焊接，焊丝和电弧的电流密度大，焊丝融化速度快，对母材的熔敷效率高，母材熔深和焊接变形都好于TIG焊，焊接生产率高。（3）与CO2电弧焊相比，熔化极电弧焊电弧状态稳定，熔滴过渡平稳，几乎不产生飞溅，熔透也较深。（4）熔化极氩弧焊直流反接焊接铝及铝合金，对母材表面的氧化膜有良好的阴极雾化清理作用。（5）由于惰性气体本质上不与熔化金属产生冶金反应，如果保护条件稳妥，可以防止周围空气的混入，避免氧化和氮化。因此，在电极焊丝中不需要加入特殊的脱氧剂，使用与母材同等成分的焊丝即可进行焊接。熔化极氩弧焊的不足 （1）由于使用氩气保护，焊接成本比CO2电弧焊高，焊接生产率也低于CO2电弧焊。（2）焊接准备工作要求严格，包括对焊接材料的清理和焊接区的清理等。（3）厚板焊接中的封底焊焊缝成形不如TIG焊质量好。
等离子弧特性：1电弧特性2热源特性水冷性喷嘴孔道对电弧的机械压缩作用，使电弧弧柱截面积减少，能量更为集中。喷嘴水冷作用使靠近喷嘴内壁的气体受到一定程度的冷却，其温度和电离度下降，迫使弧柱区带电粒子集中到弧柱中的高温高电离度区流动，这样由于冷壁而在弧柱四周产生一层电离度趋近于零的冷气膜；使弧柱截面积进一步减少，电流密度进一步提高。这种使弧柱温度和能量密度提高的作用称作热压缩效应。以上两种压缩效应的存在，在弧柱电流密度增大以后，弧柱电流线之间的电磁收缩作用也进一步增强，使弧柱温度和能量密度进一步提高。以上三个因素中喷嘴机械拘束是前提条件，而热压缩
是最本质原因。
熔化极脉冲氩弧焊的特点：1.脉冲MIG焊扩大了电流的使用范围；2可控制溶滴过渡和熔池尺寸，有利于全为焊接；3可有效地控制热输入量，改善接头性能。
埋弧焊的优缺点：优点（1）生产效率高（2）焊接金属的品质良好、稳定(3)焊缝外观非常美观（4）焊接成本低(5)操作环境好。缺点（1）设备费用高（2）对坡口精度有要求（3）焊接姿势受到限制（4）适用材料（5）焊缝金属的冲击韧性普遍不好（6）主要用于自动焊、长焊缝、中等以上厚板的焊接。
短路过渡的过程：电弧引燃初期，焊丝受到电弧的加热而逐渐熔化，端部形成熔滴并逐渐长大，此时电弧向未熔化的焊丝中传递热量在逐渐减小，焊丝熔化速度下降，而焊丝仍然以一定的速度送进，在熔滴聚集到某一尺寸时，由于过分靠近熔池而发生短路，这时电弧熄灭，电压急剧下降。熔滴短路在焊丝端头与熔池间形成短路，短路电流开始增大，由于焊机回路中串有电感短路电流逐渐增大。熔池金属表面张力和液柱中电流形成电磁收缩力作用下，使液柱靠近焊丝端头的部位迅速产生“劲缩”。当短路电流增加到一定数值时，在熔池金属和焊丝端部表面张力的拉伸配合下，“小桥”迅速断开，此时作用电压很快恢复到电源空载电压，并且由于断开的空间仍具有较高的温度，电弧又重新引燃，而后电流逐渐降低，又重新开始上述过程。
脉冲MIG焊参数的选择：(1)基值电流和基值时间 维持电弧稳定燃烧，同时对预热焊丝和母材提高一定的能量，使焊丝端头有少量的熔化（2）脉冲电流和脉冲宽度 是决定脉冲能量的重要因素。（3）平均电流 脉冲MIG焊的一个主要特征就是在平均电流低于临界电流下可以实现熔滴喷射过渡。（4）脉冲频率和脉宽比：普通的脉冲MIG焊电源是通过可控硅整流控制获得脉冲电流。
分析题Q0：稳定工作点，电弧工作在该点同时满足电源、电弧系统的稳定条件及焊丝送进-焊丝熔化平衡条件。Q1：满足电源-电弧系统的稳定条件，但不满足焊丝送进、焊丝熔化平衡条件。I增加(I1>I0)、U降低(U1<U0)，由等熔化曲线方程可知，电弧在Q1点工作的焊丝熔化速度大于在Q0点工作的焊丝熔化速度(V1>V0)，而焊丝是等速送进(Vf=V1)，使得焊丝熔化速度大于焊丝送进速度，从而使电弧长度逐渐增加，电弧工作点从Q1点沿电源外特性曲线逐步向Q0点靠近，最后稳定在Q0点，电弧长度恢复到改变前的数值。

调节器的静态特性方程为：Vf = k(Ua-Ug)
k :调节器灵敏度，取决于系统机电结构; Ua :电弧电压；
Ug :送丝给定电压(平均送丝速度)，从电路上给予调节器的初始输入电压。
Vf :送丝速度，由电弧电压与送丝给定电压的差值决定。
电弧稳定工作条件：Vm＝ Vf 且 Vm＝ KiI－KuU
弧压反馈调节系统静态特性方程，表示在变速送丝自动焊系统中，送丝给定电压一定时，电弧在稳定工作点燃烧所需具备的焊接电流与电弧电压的配比关系。电弧在该条曲线上燃烧时，焊丝熔化速度与焊丝送进速度相等。
W：已调定的电源外特性；A：系统静态特性；l0代表初始稳定状态下的电弧静特性。Q0是电弧稳定工作点。
现在弧长缩短至l1，电弧工作点改变到Q1，由于Q1不在A线上，将发生Vm≠Vf，系统展开调节：由于U1<U0，（Ua-Ug）值下降，将使送丝速度Vf下降，甚至回抽（Ua下降过多），于是电弧长度逐渐回复，最后重新回到Q0点。
在上述调节过程中，Q1点的电流值I1大于Q0点的电流I0（I1> I0），也会使焊丝熔化速度增加，促使弧长拉长，即电弧自身调节也在发挥作用，但弧压反馈调节的作用更大。