焊接方法与设备教案.pdf

焊焊 接接 方方 法法 与与 设设 备备 教教 案案(共共 9 9 6 6 页页)-本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可-内页可以根据需求调整合适字体及大小-课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容绪论绪论第一节第一节 焊接方法及及发展概况焊接方法及及发展概况一、焊接及其本质一、焊接及其本质连接分为：可拆卸连接；永久性连接。焊接：通过加热或加压，或两者并用，使用或不用填充材料，使焊件达到结合的一种加工工艺方法。（焊接是通过适当的物理化学方法，使两个分离的固体通过原子间的结合力结合起来的一种连接方法。）二、焊接的分类二、焊接的分类焊接分为：（1）熔化焊：利用一定的热源，使构件的被连接部位局部熔化成液体，然后再冷却结晶成一体的方法称为熔焊。（2）钎焊：利用摩擦、扩散和加压等物理作用，克服两个连接表面的不平度，除去氧化膜及其它污染物，使两个连接表面上的原子相互接近到晶格距离，从而在固态条件下实现连接的方法。（3）压力焊：采用熔点比母材低的材料作钎料，将焊件和钎料加热至高于钎料熔点、但低于母材熔点的温度，利用毛细作用使液态钎料充满接头间隙，熔化钎料润湿母材表面，冷却后结晶形成冶金结合。根据热源分类，熔化焊包括：电弧焊、气焊、铝热焊、电渣焊、电阻焊、电子束焊、激光焊等。电弧焊又分为：熔化极电弧焊、非熔化极电弧焊。熔化极电弧焊包括：焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊(MIGMAG)、CO2焊、螺柱焊等。非熔化极电弧焊包括：钨极氩弧焊（TIG 焊）、等离子弧焊1附 注课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容三、焊接的特点：三、焊接的特点：1）焊接可将各个零部件直接连接起来，无需其他附加件，接头强度一般也能达到与母材相同，因此，焊接产品的重量轻、成本低。2）焊接接头是通过原子间的结合力实现的连接，均匀性及整体性好、刚度大，在外力作用下不像机械连接那样产生较大的变形。3）焊接结构具有良好的气密性、水密性，这是其他连接方法无法比拟的。4）可连接不同类型的金属材料、不同形状及尺寸的材料，可使金属结构中材料的分布更合理。5）可将结构复杂的大型构件分解为许多小型零部件分别加工，然后再将这些零部件焊接起来，这样就简化了金属结构的加工工艺、缩短了加工周期。6）焊接是一种“柔性”加工工艺，既适用于大批量生产，又适用于小批量生产。7）缺点（1）产生焊接变形和焊接残余应力；（2）焊接接头的性能不均匀性；（3）止裂性差四、焊接方法发展历程：四、焊接方法发展历程：结合课件进行讲解。五、焊接的应用：五、焊接的应用：各种焊接方法广泛地应用于机械、化工、冶金、车辆船舶、石油、建筑、国防工业、航空航天的各个领域。附 注2课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容第一单元：电弧焊基础知识第一单元：电弧焊基础知识要实现金属的焊接，必须提供能量，对于熔焊，主要是热源的热能。常用焊接方法的热源有：电弧热、电阻热、化学热、摩擦热、激光束、电子束。模块一、焊接电弧模块一、焊接电弧一、焊接电弧的物理基础一、焊接电弧的物理基础研究意义：研究意义：弧焊电源是电弧能量的供应者，其电特性影响到电弧燃烧的稳定性，从而直接影响到焊缝的质量。电弧定义：电弧定义：由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。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。气体放电：气体放电：两极间的气体被击穿而导电的过程。非自持放电：非自持放电：气体导电所需要的带电粒子不能通过放电过程本身产生，而需要外加措施来产生带电粒子（加热、施加一定能量的光子等等）。自持放电：自持放电：当电流大于一定值时，一旦放电开始，放电过程本身就可以产生维持导电所需要的带电粒子。有暗放电、辉光放电、电弧放电等三种。要使两电极之间的气体导电必须具备两个条件：要使两电极之间的气体导电必须具备两个条件：(1)两电极之间有带电粒子；(2)两电极之间有电场。1 1、焊接电弧产生的条件、焊接电弧产生的条件要使电弧产生和稳定燃烧，就必须使两极（或电极与母材）之间的气体中有带电粒子，而获得带电粒子的方法就是中性气体的电离和金属电极（阴极）电子发射。因此，气体电离和阴极电子发射气体电离和阴极电子发射是焊接3附 注课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容电弧产生和维持的两个必要条件。（1 1）气体电离）气体电离定义：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：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。电离能：电离能：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：10-19J电离电压：电离电压：气体的电离电压的大小反映了带电粒子产生的难易程度。电离电压低-带电粒子容易产生有利于电弧导电电离电压高-带电粒子难以产生电弧导电困难电离度：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。焊接电弧中，气体介质电离的形式主要有：热电离、场致电离、光电离热电离热电离定义：定义：气体粒子受热作用而产生电离的过程。实质：实质：气体粒子的热运动形成频繁而激烈的碰撞。主要位置：主要位置：弧柱区（温度在 5000-50000K）场致电离场致电离定义：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4附 注课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容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。场致电离发生的位置场致电离发生的位置:主要是两极区，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。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。光电离光电离定义：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：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热电离和场致电离属于碰撞电离是产生带电粒子的主要途径，光电离是产生带电粒子的次要途径（2 2）阴极电子发射）阴极电子发射阴极表面的分子或原子接受外界的能量而释放出自由电子的现象称为电子发射,电子发射所需要的能量成为逸出功。热发射：热发射：固态或者液态物质表面受热后其中的某些电子具有大于逸出功的动能而逸出到表面以外的空间中去。光电发射：光电发射：固态或液态物质表面接受光射线的能量而释放出自由电子的现象。重粒子撞击发射：重粒子撞击发射：能量大的重粒子（正离子）撞击到阴极上，引起电子的逸出。自发射：自发射：固态或者液态物质表面存在强电场，使阴极有较多的电子发射出来，又称为场强发射。2 2、焊接电弧的引燃方法、焊接电弧的引燃方法5附 注课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容造成两电极间气体发生电离和阴极电子发射而引起电弧燃烧的过程称为焊接电弧的引燃。通常有接触引弧和非接触引弧两种方式。（1 1）接触引弧）接触引弧接触引弧主要应用于：焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊。对于焊条电弧焊接触引弧又可分为：划擦法、直击法（2 2）非接触引弧）非接触引弧引弧时，电极与工件之间保持一定间隙，在电极与工件之间施加高电压击穿间隙使电弧引燃，这种引弧方式称为非接触引弧。非接触引弧需要利用引弧器，引弧器有两种，高压脉冲引弧和高频高压引弧。高压脉冲引弧：高压脉冲引弧：使用高压脉冲发生器，其频率为 50100Hz，电压峰值为 300010000V.高频高压引弧高频高压引弧:使用高频振荡器，其频率为 150-260kHz,电压峰值为20003000V。二、焊接电弧的构造及静特性二、焊接电弧的构造及静特性1 1、焊接电弧的构造、焊接电弧的构造焊接电弧组成弧柱区6阳极区阴极区附 注课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容(1)(1)阴极区：阴极区：电弧紧靠负电极的区域，很窄，约 10-510-6cm。阴极斑点：阴极斑点：电弧放电时，负电极表面集中发射电子的微小区域阴极斑点。T T阴=2130=213032303230o oC C，放出的热量占，放出的热量占 3636(2)(2)阳极区：阳极区：电弧紧靠正电极的区域，比阴极区宽，约 10-310-4cm。阳极斑点：阳极斑点：电弧放电时，正电极表面集中接收电子的微小区域阳极斑点。T T阳=2330=233039303930o oC C 占总热量的占总热量的 43%43%左右。左右。(3)(3)弧柱区：弧柱区：介于阳极区与阴极区之间的区域。T T弧柱=5730=573077307730o oC.C.占总热量的占总热量的 21%21%。(4)(4)电弧电压：电弧电压：即电弧两端(或电极)之间的电压降。2 2、焊接电弧的静特性、焊接电弧的静特性含义：含义：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称为电弧静特性，也称为伏安特性。表示它们之间关系的曲线称为电弧的静特性曲线。(1)(1)电弧静特性曲线：电弧静特性曲线：呈“U”形；abab 段段下降特性区下降特性区bcbc 段段平特性区平特性区cdcd 段段上升特性区上升特性区(2)(2)电弧静特性曲线应用：电弧静特性曲线应用：7附 注U U弧弧=U=U阴阴+U+U阳阳+U+U柱柱课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容不同的焊接方法在一定的条件下其电弧静特性只是曲线中的某一区域；下降特性区电弧燃烧不稳定，一般不采用。焊条电弧焊、埋弧焊一般工作在平特性区，电弧电压只随弧长变化，与焊接电流关系很小。钨极氩弧焊、等离子弧焊一般也工作在平特性区。当电流较大时才工作在上升特性区。熔化极氩弧焊、二氧化碳气体保护焊和熔化极活性气体保护焊基本上工作在上升特性区。三三.焊接电弧的稳定性焊接电弧的稳定性定义：定义：电弧保持稳定燃烧（不产生断弧、飘移和偏吹等）的程度。1.1.弧焊电源的影响弧焊电源的影响采用直流电源焊接时，电弧的燃烧比交流电源稳定。具有较高空载电压的焊接电源电弧燃烧稳定，而且引弧容易。2.2.焊接电流的影响焊接电流的影响焊接电流越大，电弧温度越高，电弧气氛中的电离程度和热发射作用就越强，电弧燃烧就越稳定。实验测定表明实验测定表明:随电流增大，电弧引燃电压降低；自然断弧的最大弧长也增大；因此，电弧就稳定。3.3.焊条药皮或焊剂的影响焊条药皮或焊剂的影响焊条药皮或焊剂中加入电离能较低的物质（K、Na、Ca 的氧化物）较多，能增加电弧气氛中的带电粒子，可以提高气体的导电性，从而，使电弧燃烧稳定。如果焊条药皮或焊剂中加入电离能较高的氟化物（Ca F2、）及氯化物（KCl、NaCl、)时，降低了电弧气氛中的电离程度，使电弧燃烧不稳 定。8附 注课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容4.4.焊接电弧偏吹的影响焊接电弧偏吹的影响电弧偏吹：电弧偏吹：正常情况下，电弧的中心轴线总是保持沿焊条（焊丝）的轴线方向，即使焊条与焊件有一定倾角时，电弧也随着电极轴线的方向而改变。（如图所示）但实际焊接中，由于气流的干扰、磁场的作用或焊条偏心的影响，会使电弧中心偏离电极轴线的方向，这种现象称为电弧偏吹。电弧偏吹的影响：电弧偏吹的影响：电弧轴线不能对准焊缝中心，影响焊缝成形和焊接质量。（1 1）焊接电弧偏吹的原因）焊接电弧偏吹的原因焊条偏心产生的偏吹焊条偏心产生的偏吹药皮薄的一侧熔化的快，使电弧外露，造成电弧偏吹。国标规定：国标规定：直径 的焊条，偏心度 7；直径为和的焊条，偏心度 5；直径5mm 的焊条，偏心度 4偏心度计算：偏心度计算：偏心度偏心度=2=2（T1-T2T1-T2）/（T1+T2 T1+T2）电弧周围气流产生的影响电弧周围气流产生的影响焊接电弧的磁偏吹焊接电弧的磁偏吹直流电弧焊时，因受到焊接回路所产生的电磁力的作用而产生的电弧偏吹称为磁偏吹。电弧因周围磁力线不对称而偏向磁力线疏的一侧。a.a.导线接线位置引起的磁偏吹导线接线位置引起的磁偏吹b.b.铁磁物质引起的偏吹铁磁物质引起的偏吹c.c.电弧运动至钢板端部时引起的偏吹电弧运动至钢板端部时引起的偏吹（2 2）防止或减少焊接电弧偏吹的措施）防止或减少焊接电弧偏吹的措施条件许可时，使用交流电源代替直流电源焊接；调整焊条角度，将焊条向偏吹方向倾斜一定角度；9附 注课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容采用短弧焊；改变接线部位或在焊件两端同时接线；焊缝两端各加一小块钢板（引弧板和引出 板）；露天作业时，如有大风则必须使用挡风板；管子焊接时，必须将管口堵住。焊接间隙较大的对接焊缝时，应在接缝下面放垫板；采用小电流焊接（因为电流越大，磁偏吹越严重）；5.5.其他影响因素其他影响因素电弧太长，易抖动，破坏电弧稳定性，飞溅大；焊接处有油漆、油脂、水分、锈层时也使电弧稳定性变差；药皮受潮和药皮脱落也使电弧燃烧不稳定。四四.焊接电弧的分类及热效率焊接电弧的分类及热效率1.1.焊接电弧的分类焊接电弧的分类按电流种类分：交流电弧、直流电弧、脉冲电弧按电弧状态不同分：自由电弧、压缩电弧按电极材料不同分：熔化电极电弧、非熔化电极电弧（1 1）直流电弧）直流电弧直流电弧由直流电源提供热源，燃烧稳定，有极性可供选择；（正接法和反接法）但有电弧磁偏吹；低氢碱性焊条焊接时，直流反接，电弧稳定，飞溅少，产生气孔倾向小；酸性焊条焊接时，直流正接；10附 注课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容焊接薄板时，直流反接，以防烧穿；钨极氩弧焊时，直流正接，以防钨极烧损；熔化极氩弧焊及 CO2 焊时，直流反接，电弧稳定，飞溅少。（2 2）、交流电弧）、交流电弧电流为 50Hz 正弦波的电弧被称为交流电弧。由交流电源提供热源。特点：特点：附 注1）每秒 100 次周期性地过 0 点2）过 0 点时电弧熄灭，再反向引燃，稳定性差3）无电磁偏吹4）电极材料与被焊材料物理性能差异很大时，（钨极氩弧焊焊接铝、镁及其合金时）在电弧电流、电弧电压的正负两个半周中会产生不对称而形成直流分量，必须设法消除。提高稳定性的措施：提高稳定性的措施：1）串接一个适当的电感；2）提高空载电压；3）采用方波电源；（3 3）脉冲电弧）脉冲电弧基值电流用于脉冲休止时维持电弧连续燃烧。脉冲电流用于加热熔化焊件和焊丝。应用：钨极、熔化极氩弧焊等。（4 4）压缩电弧）压缩电弧未受外界压缩的电弧称为自由电弧；经过压缩的电弧称为压缩电弧（如等离子弧）2.2.焊接电弧的热效率焊接电弧的热效率电弧的热效率电弧的热效率:qo=IhUh11课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容式中qo电弧功率（w）附 注 Ih焊接电流（A）Uh电弧电压（V）电弧有功功率：电弧有功功率：q=IhUh式中电弧有效功率系数。值见表 16。12课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容模块二：模块二：焊丝的熔化与熔滴过渡焊丝的熔化与熔滴过渡一、预防触电的安全技术一、预防触电的安全技术我国生产的焊接电源的空载电压和工作电压我国生产的焊接电源的空载电压和工作电压焊焊机机焊条电弧焊机焊条电弧焊机埋弧焊埋弧焊电渣焊机电渣焊机氩弧焊、氩弧焊、CO2CO2 焊焊等离子切割等离子切割网络电压网络电压:380/220V。安全电压：安全电压：干燥时 36V；潮湿时 12V。(1)熟悉和掌握焊接方法的安全特点、有关的电学知识、防触电及触电后的急救知识；严格执行安全操作规程。(2)遇焊工触电时，不得赤手拉触电者，应迅速切断电源，若触电者昏迷时，立即实施人工呼吸，直至送到医院。(3)光线暗的场地、容器内操作或夜间工作时，工作照明灯的电压不应大于 36V，高空作业或特别潮湿场所，安全电压不超过 12V。(4)焊工的工作服、手套、绝缘鞋应保持干燥。(5)在潮湿场地工作时，应用干燥的木板或橡胶板等坐垫板。(6)焊工在拉、合电源闸刀或接触带电物体时，必须单手进行。(7)在容器内或船舱内或其他狭小工作场所操作时，须两人轮换操作，其中一人留守在外面监护，不得离开。(8)焊机外壳必须接地或接零。13空载电压空载电压90V90V707090V90V404065V65V65V65V300300450V450V工作电压工作电压252540V40V附 注课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容二、预防火灾和爆炸的安全技术二、预防火灾和爆炸的安全技术(1)焊接前认真检查工作场地周围是否有易燃、易爆物品（如棉纱、油漆、汽油、煤油、柴油、木屑等）如有上述物品时，应移至 10 米以外。(2)注意防止金属火花飞溅引起火灾。(3)设备在带压时，严禁对其进行焊接或切割；必须先卸压，焊接前必须打开所有孔盖。常压而密闭的设备也不许进行焊接与切割。(4)被化学物质或油脂污染的设备都应清洗后再焊接或切割；若是易燃、易爆或有毒的污染物，应彻底清洗，经有关部门检查，并填写动火证后，才能进行焊接或切割。(5)在进入容器内工作时，焊、割炬应随焊工同时进出，严禁将焊、割炬放在容器内擅自离开。(6)焊条头和焊后的焊件不得随便乱扔。(7)离开工作场所时，应关闭气瓶、电源，并将火种熄灭。三、预防焊接方法有害因素的安全技术三、预防焊接方法有害因素的安全技术1.焊接烟尘2.有害气体3.弧光辐射4.高频电磁辐射5.射线6.噪声四、特殊环境焊接的安全技术四、特殊环境焊接的安全技术1.高处焊接作业2.容器内焊接作业附 注14课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容3.露天或野外作业附 注焊焊 接接 实实 例例实例一 Q235 钢板（板厚6mm）I 形坡口平对接焊1.1.焊前准备焊前准备（1）清理待焊部位两侧各 20mm 范围内的铁锈、油污、水分等，露出金属光泽（2）焊机：BX3300（3）焊条：E4303,、4，焊前 150烘干 12h（4）装配定位：接口处平齐，无错边，根部间隙 12mm；定位焊所用焊条与正式焊相同，定位焊长度为 1015mm，间距 100150mm2.2.焊接工艺参数焊接工艺参数板厚板厚3 36 6焊条型号焊条型号E4303E4303焊条直径焊条直径 4 43.3.焊接焊接采用双面焊，先焊正面，熔深要达到板厚的 2/3，再翻转焊件焊背面。实例二 Q235 钢板（板厚6mm）V 形坡口平对接焊1.1.焊前准备焊前准备（1）清理待焊部位两侧各 20mm 范围内的铁锈、油污、水分等，露出金属光泽（2）焊机：BX3300（3）焊条：E4303,、4，焊前 150烘干 12h15焊接电流焊接电流/A/A9090130130140140180180课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容（4）装配定位：接口处平齐，错边小于板厚的倍，根部间隙 23mm；定位焊所用焊条与正式焊相同，定位焊长度为 1020mm，间距100200mm2.2.焊接工艺参数焊接工艺参数焊接层次焊接层次第第 一一 层层填充层填充层焊条型号焊条型号E4303E4303E4303E4303焊条直径焊条直径 4 4 5 5盖面层盖面层E4303E4303 4 4 5 53.3.焊接焊接采用多层焊。第一层用较小直径焊条（），采用直线形运条法；填充层用较大直径焊条（4、5）和较大电流，用锯齿形运条法，摆动幅度逐层加大，但不要超过坡口棱边，填充层应比坡口边缘低 1，以便盖面焊时能看清坡口和不使焊缝余高超高；盖面焊时焊条直径、运条方法与填充层相同，但摆动幅度应比填充层大，摆动到坡口边缘时稍作停留，使坡口边缘熔化 12mm16焊接电流焊接电流/A/A9090130130140140180180210210260260140140180180210210260260附 注课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容附 注17课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容第二章：焊条电弧焊第二章：焊条电弧焊定义：焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。它利用焊条与焊件之间建立起来的稳定燃烧的电弧，加热并熔化焊条和局部焊件形成焊缝，从而获得牢固的焊接接头。焊条电弧焊是熔化焊中最基本的焊接方法，也是目前应用最广泛的一种焊接方法。焊条电弧焊的原理及特点焊条电弧焊的原理及特点一、焊条电弧焊的原理一、焊条电弧焊的原理利用焊条与工件间燃烧的电弧热熔化焊条端部和工件的局部，在焊条端部迅速熔化的金属以熔滴形式经弧柱过渡到工件已经局部熔化的金属中，与之熔合一起形成熔池。焊条药皮在熔化过程中产生一定量的气体和液态熔渣产生的气体充满在电弧和熔池的周围，起隔绝大气保护液态金属的作用。液态熔渣密度小，在熔池中不断上浮，覆盖在液态金属上面，起保护液态金属的作用。药皮熔化产生的气体、熔渣与熔化了的焊芯、焊件发生一系列冶金反应，保证了所形成焊缝的性能。随着电弧向前移动，熔池的液态金属逐步冷却结晶而形成焊缝。电弧中心的温度在 5000以上，电弧电压在 1640 V 范围，焊接电流在 20 一 500A 之间。二、焊条电弧焊的特点二、焊条电弧焊的特点1.1.焊条电弧焊的优点焊条电弧焊的优点（1）工艺灵活、适应性强：对不同的焊接位置、接头形式、焊件厚度及焊缝，只要焊条能达到的任何位置，均能进行方便的焊接（可达性好）。18附 注课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容对于单件、小件、短件、不规则的空间任意位置及不易实现机械化焊接的焊缝，机动灵活，操作方便。（2）应用泛围广：焊条能与大多数焊件金属性能相匹配，接头的性能可以达到被焊金属的性能。能焊金属：碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、铜、铝及其合金；能焊但可能需预热、后热或两者兼用的：铸铁、高强度钢、淬火钢等；不能焊材料：低熔点金属如锌、铅、锡及其合金；难熔金属如钨、钼、钽等，活性金属如钛、铌、锆等。（3）易于分散焊接应力和控制焊接变形：由于焊接时的不均匀加热，存在焊接应力与变形。可通过改变焊接工艺（跳焊、分段退焊、对称焊）减少焊接变形和改善焊接应力的分布。（4）设备简单、成本较低。2.2.焊条电弧焊的缺点焊条电弧焊的缺点（1）焊接效率低、劳动强度大：熔敷速度慢，焊条尺寸一般已固定，其直径在范围，长度在 200-600mm 之间，焊接电流一般在 500A 以下。每焊完一根焊条，必须停止焊接更换焊条，使焊接不连续，并残留下一截焊条头，而未被充分利用，焊后还须清渣。（2）焊缝质量依赖性强：焊缝质量主要靠焊工的技术和经验保证。不适合焊接活泼金属、难熔金属及薄板的焊接。焊条电弧焊设备及工具焊条电弧焊设备及工具焊条电弧焊设备和工具包括：弧焊电源、焊钳、面罩、焊条保温桶；敲渣锤、钢丝刷、焊缝检验尺等。弧焊电源是核心，焊接电源的电气特性和结构方面，具有不同于19附 注课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容一般电力电源的特点。主要原因是弧焊电源的负载是电弧，电源的电气性能要求适应电弧负载的特性。一、对弧焊电源的要求一、对弧焊电源的要求焊条电弧焊的负载：电弧；它是动态负载。焊条电弧焊电源除了应具有一般电力电源的特性外，还必须满足下列要求：1.对弧焊电源外特性的要求电源外特性：电源其他参数不变的情况下，改变负载时，电源输出的电压的稳定值 U 与输出的电流的稳定值 I 之间的关系曲线U=f(I),称为电源的外特性；弧焊电源的外特性有下降外特性、平降外特性、上升降外特性三种。焊接回路中弧焊电源与电弧构成供电和用电系统，为保证电弧稳定燃烧和焊接参数稳定，电源外特性曲线与电弧静特性曲线必须相交。交点处，电源供给的电压和电流与电弧燃烧所需的电压和电流相等。焊条电弧焊的电弧静特性的工作段在平特性区，只有下降的电源外特性曲线才能与其相交，因此，焊条电弧焊的弧焊电源应有下降的电源外特性。当弧长变化时，陡降外特性引起的电流变化量明显小于缓降外特性引起的电流变化量。因此，为稳定焊接参数，焊条电弧焊的弧焊电源应采用陡降外特性的电源。2.2.对弧焊电源空载电压的要求对弧焊电源空载电压的要求空载电压：弧焊电源接通供电网络，而焊接回路开时，弧焊电源输出端的电压。（1）保证引弧容易引弧时，需要焊条或焊丝与工件接20附 注课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容触，因两者之间往往存在锈污等杂质，需要高的空载电压击穿接触面，实现导通；电离在初始阶段也需要强的电场。（2）保证电弧稳定燃烧（3）保证人身安全原则：保证引弧容易和电弧稳定，采用尽可能低的空载电压。交流弧焊电源：U0=5570V直流弧焊电源：U0=4585V一般规定空载电压不得超过 100V，特殊情况要超过，必须具有自动防触电装置。3.3.对弧焊电源稳态短路电流的要求对弧焊电源稳态短路电流的要求弧焊电源稳态短路电流：弧焊电源所能稳定提供的最大电流，即输出端短路时的电流。稳态短路电流太大：焊条过热，易引起药皮脱落，增加飞溅；稳态短路电流太小：引弧和熔滴过度困难；要求：稳态短路电流为焊接电流的倍。4.4.对弧焊电源调节特性的要求对弧焊电源调节特性的要求根据焊金属材料的性质、坡口及厚度、接头形式、位置及焊条直径不同，要求有不同的焊接电流。因此，要求对弧焊电源的焊接电流，能在一定范围内作均匀、灵活的调节。实质:调节电源外特性5.5.对弧焊电源动特性的要求对弧焊电源动特性的要求动特性：电弧负载发生变化时，焊接电源输出电压和电流的响应过程。可以用弧焊电源与时间的关系表征，它表明焊接电源对负载的瞬态改变的反应能力。焊接过程从一个稳态过渡到另外一个稳态，这就是动特性的实21附 注课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容质。动特性好：引弧、重新引燃电弧容易、稳定、飞溅少。二、弧焊电源的分类及型号二、弧焊电源的分类及型号1.1.弧焊电源的分类及特点弧焊电源的分类及特点按结构原理可以分为：交流弧焊电源、直流弧焊电源、脉冲弧焊电源、弧焊逆变器。按电流性质可以分为：交流弧焊电源、直流弧焊电源、脉冲弧焊电源。2.2.弧焊电源的型号及技术参数弧焊电源的型号及技术参数根据 GB/T102491988电焊机型号编制方法中规定，焊机的型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定的编排顺序组成，其编排顺序及含意如下：例如：例如：额定值：对焊接电源规定的使用限额。如额定电压、额定电流、额定功率。超过额定值工作过载，严重过载将会使设备损坏。在额定负载持续率工作时，允许使用的最大焊接电流，称为额定焊接电流。额定焊接电流不是最大焊接电流负载持续率：指弧焊电源负载的时间与整个工作时间周期的百分率。我国对 500A 以下的焊条电弧焊电源，工作时间周期定为 5min。例题：例题：某焊工使用 BX3-300 焊机，在规定周期时间内工作三分钟，试问该焊机负载持续率为多少？附 注解：负载持续率t负100%3 60%.522t工课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容答：负载持续率为 60%。附 注23课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容三、常用焊条电弧焊电源三、常用焊条电弧焊电源1.1.弧焊变压器弧焊变压器（1）BX3300 型弧焊变压器调节方法：粗调节：改变一、二次侧接线方法（接法或接法）接法：空载电压 75V，焊接电流调节范围为 40125A接法：空载电压 60V，焊接电流调节范围为 115400A细调节：转动手柄改变一、二次侧绕组的间距；间距增大，漏磁增加，焊接电流减小。（2）BX1315 型弧焊变压器调节方法：转动手柄，移动铁芯，改变漏磁。（铁芯外移，漏磁减小，电流增大；铁芯内移，漏磁减大，电流减小；）调节范围：焊接电流调节范围为 60380A接线方法：一次侧绕组两部分串联与电源连接；二次侧绕组两部分并联与焊接回路连接。2.2.弧焊整流器弧焊整流器附 注弧焊整流器有硅弧焊整流器、晶闸管弧焊整流器、晶体管弧焊整流器等。晶闸管弧焊整流器以其优异的性能已逐步代替了弧焊发电机和硅弧焊整流器，成为目前一种主要的直流弧焊电源。（1）硅弧焊整流器：以硅二极管为整流元件常用型号：ZXG160、ZXG400 等（2）晶闸管弧焊整流器：晶闸管弧焊整流器是一种电子控制的弧焊电源，以晶闸管为整流元件，以获得所需的外特性及焊接参数（电流、电压）的调节。性能24课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容优于硅整流弧焊电源，已成为一种主要的直流弧焊电源。主要由三相降压变压器、三相晶闸管整流器、输出电抗器、电子控制线路等部分组成，其基本原理方框图如图所示常用型号：ZX5250、ZX5400、ZX56303.3.弧焊逆变器弧焊逆变器将直流转变为交流的变换称为逆变，实现这种变换的装置称为逆变器。为焊接电弧提供电能，并具有弧焊方法所要求性能的逆变器，即为弧焊逆变器或称为逆变式弧焊电源。各类逆变式逆变式弧焊电源已应用于多种焊接方法，逐步成为更新换代的重要产品弧焊逆变器的变流过程是：工频交流直流高、中频交流降压交流并再次变成直流，必要时再把直流变成矩形波交流。附 注因而在弧焊逆变器中可采用三种逆变体制。(1)AC-DC-AC (2)AC-DC-AC-DC (3)AC-DC-AC-DC-AC(矩形波)多采用第二种系统，因此，可以把弧焊逆变器称为逆变式弧焊整流器。常用型号：ZX7250、ZX7400、ZX7630弧焊逆变器的特点：1.质量轻、体积小；仅为传统弧焊电源的 1/51/102.高效节能，效率可达 8090，功率因数达3.具有良好的动特性和弧焊工艺性能25课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容(1)因工作频率高，所需的主回路中滤波电感值小，电磁惯性减小，易于获得良好的动特性；(2)所有焊接工艺参数均可无级调整可控性好；(3)外特性、动特性等可按不同工艺要求来设计，可适应各种弧焊方法；（如焊条电弧焊、气保焊、等离子弧焊、埋弧焊及焊接机器人）(4)用作交流电源时可获得较高频率的矩形波，从而提高交流电弧的稳定性。缺点：设备复杂、维修难度大。四、焊条电弧焊电源常见故障及处理四、焊条电弧焊电源常见故障及处理1.弧焊变压器常见故障及处理（表 22）2.晶闸管弧焊整流器常见故障及处理（表 23）3.弧焊逆变器常见故障及处理（表 24）五、焊条电弧焊其他设备和工具五、焊条电弧焊其他设备和工具1.焊钳、地线夹和面罩（1）焊钳：常用的有 300A 和 500A 两种。（2）面罩和护目镜：面罩和护目镜是防止焊接飞溅、弧光及高温对焊工面部及颈部灼伤的一种工具。面罩一般分为手持式和头盔式两种。要求选用耐燃或不燃的绝缘材料制成，罩体应遮住焊工的整个面部，结构牢固，不漏光。护目镜按亮度的深浅不同分为 6 个型号(712 号)，号数越大，颜色越深。一般选用 910 号（见表 1-8）2.焊条保温筒和焊缝检验尺（1）焊条保温筒：使用低氢型焊条焊接重要结构时，焊条必须先进烘箱烘焙，烘干温度和保温时间因材料和季节而异。焊条从烘箱内取出后，应储存在焊条26附 注课课 时时 授授 课课 计计 划划 副副 页页1年 月 日教学过程及授课内容保温筒内，在施工现场逐根取出使用。（2）焊缝检验尺：用以测量坡口角度、间隙、错边以及余高、焊缝宽度、角焊缝厚度等尺寸。由直尺、探尺和角度规组成。3.常用焊接手工工具主要有：敲渣锤、錾子、钢丝刷、手锤、钢丝钳、夹持钳、角磨机等。附 注27第三节焊条电弧焊焊接材料第三节焊条电弧焊焊接材料焊条电弧焊焊接材料焊条作用：作为电极、作为填充金属与熔化了的母材熔合形成焊缝规格：以焊芯直径表示，常用的有：2、4、5、6等规格。按药皮熔化后的熔渣特性分为：酸性焊条和碱性焊条酸性焊条：工艺性能优于碱性焊条碱性焊条：力学性能、抗裂性能优于酸性焊条一、焊条的型号及牌号一、焊条的型号及牌号说明：焊条型号和牌号都是焊条的代号；焊条型号：国家标准规定的各类焊条的代号；焊条牌号：焊条生产厂对焊条产品规定的代号；焊条牌号是根据焊接材料产品样本编制的，焊接材料产品样本是我国原机械电子工业部组织焊条生产厂家编写的；后来，我国又参照国际标准制定了新的国家标准；焊接材料产品样本中的牌号与新国家标准中的型号不能一一对应。牌号不是国家标准，但已使用多年。已成习惯，因此，目前在生产中仍广泛应用。1.1.碳钢焊条和低合金钢焊条型号碳钢焊条和低合金钢焊条型号按国家标准 GB/T51171995碳钢焊条和 GB/T51181995低合金钢焊条规定，碳钢焊条和低合金钢焊条型号是根据熔敷金属的力学性能、药皮类型、焊接位置和电流种类划分的。（1 1）低碳钢焊条）低碳钢焊条28与第三位数字组合表示焊接电流种类和药皮类型（表与第三位数字组合表示焊接电流种类和药皮类型（表2 2表示焊接焊接位置，表示焊接焊接位置，0 0和和1 1表示适用于全位置焊接，表示适用于全位置焊接，2 2表示只适用于平焊及平角焊，表示只适用于平焊及平角焊，4 4表示适用于向下立焊表示适用于向下立焊表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位：表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位：10MPa10MPa（2 2）低合金钢焊条）低合金钢焊条表示焊条表示焊条在焊条型号后面附加后缀，表示熔敷金属的化学成分分类代号，用“”与数字隔开（见表 26），若还有附加化学成分时，附加化学成分直接用元素符号表示，并用“”与后缀字母隔开。例如例如:说明：说明：表 26 中 A1 表示碳钼钢焊条、B1B5 表示铬钼钢焊条、C1C3 表示镍钢焊条、D1D5 表示锰钼钢焊条、NM 表示镍钼钢焊条、G、M、M1、W 表示所有其他低合金钢焊条2.2.不锈钢焊条型号不锈钢焊条型号按国家标准 GB/T9831995不锈钢焊条规定，不锈钢焊条型号是根据熔敷金属的化学成分、药皮类型、焊接位置和电流种类划分的。“E”表示焊条，后面的数字表示熔敷金属化学成分分类代号，如有特殊要求的化学成分，则该化学成分用元素符号表示，放在数字后面；数字后的字母：“L”表示碳含量较低，“H”表示碳含量较高，“R”表示硫、磷、硅含量较低;“”后面的两位数字表示药皮类型、焊接位置及焊接电流种类。3.3.焊条牌号焊条牌号按焊接材料产品样本规定，焊条牌号由汉字（或汉语拼音字母）和三位数字组成。汉字（或汉语拼音字母）表示按用途分的焊条29各个大类，前两位数字表示各大类中的若干小类，第三位数字表示药皮类型和电流种类。（1）结构钢焊条牌号用“结（J）”表示结构钢焊条；第一、二位数字表示熔敷金属的抗拉强度等级；第三位数字表示药皮类型和电流种类。（2）钼和铬钼耐热钢焊条牌号用“热（R）”表示钼和铬钼耐热钢焊条；第一位数字表示熔敷金属的主要化学成分等级，见表 210；第二位数字表示同一熔敷金属主要化学成分组成等级中的不同编号，按 0、19 顺序排列；第三位数字表示药皮类型和电流种类。（3）不锈钢焊条牌号不锈钢焊条包括铬不锈钢焊条和铬镍不锈钢焊条，用“铬（G）”表示铬不锈钢焊条；用“奥（A）”表示铬镍不锈钢焊条；第一位数字表示熔敷金属的主要化学成分等级，见表 211；第二位数字表示同一熔敷金属主要化学成分组成等级中的不同编号，按 0、19 顺序排列；第三位数字表示药皮类型和电流种类。（4）低温钢焊条牌号用“温（W）”表示低温钢焊条；第一、二位数字表示低温钢焊条工作温度等级；第三位数字表示药皮类型和电流种类。（5）堆焊焊条牌号用“堆（D）”表示堆焊焊