《焊接方法及设备》教案.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流焊接方法及设备教案.精品文档.目录绪论3一、基本要求3二、基本概念：3三、重点3四、难点3五、学时数4六参考资料4七辅助资料4八基本内容4第一章 焊接电弧6一基本要求6二基本概念6三难点6四重点6五学时数6六参考资料6七辅助资料6第二章 焊丝的加热及熔滴过渡16一、基本要求16二、基本概念17三、重点17四、难点17五、学时数：4小时17六、参考资料17七、辅助资料17八本章要点17第三章 母材熔化和焊缝成形22一、基本要求22二、基本概念22三、重点23四、难点23五、学时数23六、参考资料23七、辅助资料23八本章要点23第四章 焊条电弧

2、焊一、基本要求29二、基本概念29三、重点29四、难点29五、学时数29六、参考资料29七、辅助资料29八本章要点23第五章 埋弧焊29一、基本要求29二、基本概念29三、重点29四、难点30五、学时数30六、参考资料30七、辅助资料30八本章要点30第六章 钨极氩弧焊41一、基本要求41二、基本概念41三、重点41四、难点41五、学时数41六、参考资料41七、辅助资料41八本章要点42第七章 熔化极氩弧焊52一、基本要求52二、基本概念52三、重点52四、难点53五、学时数53六、参考资料53七、辅助资料53八本章要点53第八章 二氧化碳气体保护焊63一、基本要求63二、基本概念63三、重点

3、63四、难点64五、学时数64六、参考资料64七、辅助资料64八本章要点64第九章 等离子弧焊接72一、基本要求72二、基本概念72三、重点72四、难点72五、学时数72六、参考资料73七、辅助资料73八本章要点73第十章 其他先进焊接方法85绪论一、基本要求掌握基本概念、理解焊接本质、特点及分类二、基本概念：1）焊接焊接是通过适当的物理化学方法，使两个分离的固体产生原子间的结合力，从而实现连接的一种方法。2）熔化焊利用一定的热源将被连接金属熔化，形成熔池，熔池结晶后将工件连接起来的一种方法。3）电弧焊利用电弧作为热源的一种熔化焊方法。三、重点焊接本质及分类：通过原子间的结合力将两个固体连接起

4、来，对于金属来说，要产生金属键，也就是说，被连接表面要接近到原子晶格间距。强调以下三点：1)固体结合金属金属金属非金属非金属非金属2)依靠原子间的结合力3)要通过一定的物理、化学过程加热：电弧焊、钎焊加压：冷压焊加热+加压：电阻焊、扩散焊四、难点理解焊接本质，焊接分类方法。五、学时数1学时六参考资料姜焕中等编. 电弧焊及电渣焊. 北京：机械工业出版社，1994七辅助资料中国机械工程学会焊接学会. 焊接手册（第一卷）. 北京：机械工业出版社，1992曾乐. 现代焊接技术手册. 上海：上海科学技术出版社，1993八基本内容1焊接的特点：1）、焊接可以将不同类型的金属材料、不同形状及尺寸的材料连接起

5、来。因此，通过焊接可使金属结构中材料的分布更合理。此外，焊接可直接将各个零部件连接起来，无需其他附加件，接头的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，整体性好、刚度大，在外力作用下不像机械连接（如铆接、销子连接等）那样产生较大的变形。而且，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。3）、焊接加工一般不需要大型、贵重的设备，因此，是一种投资少、见效快的方法。4）、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。而产品结构变化时，设备可基本保持不变。5）、利用焊接进行加工时，可将结构复杂的大型

6、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。2焊接方法的分类目前采用的焊接方法已有20多种。焊接分类方法也很多，比较常用是根据焊接过程中母材金属所处的状态以及焊接工艺特点按不同层次进行分类，即所谓的族系法。首先根据母材是否熔化将焊接方法分成熔焊、压焊和钎焊三大类，然后再根据加热方式、工艺特点或其他特征进行下一层次的分类，如表0-1-1所示1。这种方法的最大优点是层次清楚，主次分明，是最常用的一种分类方法。这种方法的缺点是，从第二层次开始，分类原则不统一，如熔化焊利用热源来进行第二层次的分类，而钎焊利用加热方式或钎料熔点来进行第二

7、层次的分类。另外，某些焊接方法因强调的特点不同，可归入不同的类型中，比如电阻点焊、电阻缝焊即可归入熔化焊，又可归入压力焊。表0-1-1 焊接分类法第一层次（根据母材是否熔化）第二层次第三层次第四层次代号是否易于实现自动化熔化焊：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。可根据热源进行第二层次的分类电弧焊熔化极电弧焊手工电弧焊111D埋弧焊121o熔化极气体保护焊(GMAW)131oCO2焊135o螺柱焊D非熔化极电弧焊钨极氩弧焊（GTAW）141o等离子弧焊15o原子氢焊D气焊氧-氢火焰311D氧-乙炔火焰D空气-乙炔火焰D氧-丙烷火焰D空气-丙烷火

8、焰D铝热焊D电渣焊72o电子束焊高真空电子束焊76o低真空电子束焊o非真空电子束焊o激光焊CO2激光焊751oYAG激光焊o电阻点焊21o电阻缝焊22o压力焊：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法闪光对焊24电阻对焊25o冷压焊D超声波焊41o爆炸焊441D锻焊D扩散焊45D摩擦焊42o钎焊：这种方法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。钎焊可根据加

9、热方式进行第二个层次的分类。火焰钎焊912D感应钎焊D炉中钎焊空气炉钎焊D气体保护炉钎焊D真空炉钎焊D盐浴钎焊D超声波钎焊D电阻钎焊D摩擦钎焊D金属浴钎焊D放热反应钎焊D红外线钎焊D电子束钎焊DO易于实现自动化，D难以实现自动化第一章焊接电弧一基本要求熟练掌握本章的基本概念，理解并掌握最小电压原理、电弧力。了解电弧各个区域的组成、导电机构、产热机构、交流电弧的特点以及阴极斑点的特点及其对焊接质量的影响。二基本概念电弧、气体放电、电离、电子发射、阴极斑点、阳极斑点、刚直性、磁偏吹、电离能、逸出功、电离电压、逸出电压三难点1）最小电压原理2）电弧的导电机构四重点1）电弧、电离、气体放电、刚直性、磁

10、偏吹等一些基本概念。2）电弧力。3）电弧的产热机理。4）阴极斑点的特点。5）最小电压原理五学时数6学时六参考资料姜焕中等编. 电弧焊及电渣焊. 北京：机械工业出版社，1994七辅助资料中国机械工程学会焊接学会. 焊接手册（第一卷）. 北京：机械工业出版社，1992曾乐. 现代焊接技术手册. 上海：上海科学技术出版社，1993殷树言，张九海，气体保护焊工艺，哈尔滨工业大学出版社，1989八重点内容本章要点如下1-1电弧物理基础一） 电弧的基本概念1、电弧：电弧是一种气体放电现象，通过放电将电能转变为热能与机械能。2、气体放电：两极间的气体被击穿而导电的过程非自持放电：放电本身不能产生导电所需的带

11、电粒子（A+、e）自持放电：放电本身能产生导电所需的带电粒子（A+、e）；有暗放电 辉光放电 电弧放电等三种二）带电粒子的产生过程产生方式：电离：A（中性粒子）A+（一价正离子）+e（电子） 发射：金属表面逸出电子（一）电离与激励1、 电离：在一定条件下中性原子分离成A+及e的现象。AA+e一次电离：AA+e二次电离：A+A+en次电离：A（n-1）+An+e电离能：原子或分子电离所需要的能量 单位ev 或 w电离电压：电离能/电子带电量2、 激励：气体原子得到的能量小于Wi，但可使电子从低能级跃迁到高能级。所需的最小能量叫激励能We3、 能量传递方式1）碰撞：粒子间通过相互碰撞而交换能量弹性

12、碰撞：仅发生动能再分配非弹性碰撞：交换的能量势能，从而导致电离。2）光幅射：中性粒子直接吸收光量子的能量4、 电离的分类：1）热电离：气体粒子受热的作用而产生电离实质：中性粒子通过与电子碰撞，接收电子能力而电离。2）电场作用下的电离：A+、e在E作用下被加速、与A碰撞使其电离的过程3）光电离：A直接捕捉光量子并吸收其能量而电离。波长越小越易促进光电离，电弧波长在可见光紫外线范围内、可使AI、K、Na原子光电离。（二）电子发射1、 基本概念1）电子发射：电子从金属表面逸出的现象2）逸出功（Ww）：电子发射所需的最小能量3）逸出电压：Ww物理意义：Ww越小，引弧越容易，稳弧性越好。钍钨、铈钨、K、

13、Na之Ww较低。2、 分类1）热发射：在热量的作用下产生的发射产生条件：阴极温度足够高特点：对阴极有冷却作用，这一点对TIG焊具有重要意义。2）电场发射：金属表面的电子在电场力的作用下逸出的现象。特点：对阴极的冷却作用较小。3）光发射：光幅射作用下产生的电离。实际电弧中产生光发射的可能性很小。4）粒子碰撞发射：高速运动的粒子碰撞到阴极上导致的发射。（三）负离子的产生中性离子与电子结合的过程，是一个放热过程，所放出的热被成为电子亲和能。A+eA + W要点：1）电离能高的原子易形成A2）交流电弧过零时，易形成3）易在电弧周边形成4）不利于电弧稳定（四）扩散与复合扩散：电弧中心处A+、e较多，e易

14、向周边运动。当周边电子浓度达到一定值后，在e吸引下，A+也向周边运动。从而在周边复合A+eA+WiA+A2A+Wi三）电弧各区域的导电机构（一）区域组成由阴极区、阳极区、弧柱三部分组成。1、阴极区：长度极短、电压较大、E（电场强度）极高2、阳极区：长度也极短、电压较大、E极高3、 弧柱区长度基本上等于电弧长度，E较小（二）弧柱区的导电机构所谓导电机构就是指带电粒子产生、运动方式。1、 带电粒子的产生1）电离：热电离 光电离 电均电离2）阴极区注入的电子3）阳极区注入的正离子2、 带电离子的运动A+冲向阴极正离子流IA+e冲向阳极电子流IeI=IA+Ie其中：IA+ = 0.1%I Ie = 9

15、9.9%I3、 特点：1）电中性；2）E小、Vo小（三）阴极区的导电机构1、 阴极区的作用1）向弧柱提供电子流2）接收由弧柱而来的正离子流2、 导电机构1）热发射型A、产生条件：W、C阴极，且I很大B、特点：无阴极区、无阴极压降VkC、带电粒子的产生方式：热发射2）电场发射型导电机构a) 条件：（1）W、C阴极、且I较小（2）AI、Fe、Cn作阴极b) 带电离子产生方式：（1）场发射（2）场电离 （3）热发射 （4）碰撞发射c) 特点：（1）阴极附近存在正电荷区阴极区（2）fe0.001I（3）阴极区断面收缩（4）阴极表面上产生阴极斑点3）等离子型导电机构A条件：1）W、C阴极，且I较小：或A

16、I、Fe、Cu阴极；且UkPk（DCSP时）MIG焊：PkPAPk受多种因素影响，而PA则不（二）干伸长度上的电阻热干伸长度：焊丝伸出导电嘴之外的长度LsPR=I2 RS =rLs/S影响因素：a) 钢焊丝的PR大，因此干身长度的电阻热之影响较大铝、铜PR小b) LsdSPR（三）总热源P = Pa + PR= I（Um+IRs）式中：焊丝接阴极时，Um=（Uk-Uw）焊丝接阳极时，Um=Uw二）、影响熔化速度、熔化系数的因素（一）基本概念熔化速度Um：单位时间内焊丝的熔化量单位：g/s cm/s熔化系数am：单位时间内，由单位电流所熔化的焊丝量（长度，重量）单位：g/A.S Cm/A.S（二

17、）影响因素1、电流电流越大，熔化速度越大。Um= K I（Um+IRs）am = Um /I= K（Um+IRs）显然：1）I增大，Um增大2）对于Al焊丝，am几乎与I增大，对于钢焊丝，am随着I的增大而增大。2、电压Ua（La）大时，Um与Ua无关Ua（La）较小时，Ua下降时am 增大（如I不变则Um），使电弧具有保持弧长稳定的能力固有自调节作用：弧长较短时，Um随La下降而增大，使得电弧具有保持稳定的能力，这种能力被成为固有自调节作用。3、焊丝的极性焊丝接负时，Um较大焊丝接正时，Um较小4、气体介质焊丝接阳极时：Um=K Rm=K I Uw与气体介质无关焊丝接阴极时：Um=K I（U

18、k-Uw）Uk与气体介质有关，因此气体介质影响熔化速度，例如在Ar中加CO2可使Um增大5、电阻热钢焊丝：ds越长，电阻热的影响越大铝焊丝，电阻热很小，影响不大2-2熔滴过渡和飞溅一）、基本概念熔滴过渡：焊丝端部的熔化金属以滴状进入熔池的过程。飞溅：熔化的焊丝金属飞到熔池之外的现象。二）、熔滴上的作用力（一）表面张力1、焊丝与熔滴间的表面张力Fs，阻碍过渡，将熔滴保持在焊丝上。Fs=2Rss式中：s为表面张力系数，Rs为焊丝半径。2、短路过渡时，熔滴与工件间的表面张力 促进过渡Fs=2RPs影响s的因素：1）材料类型，例如，铁的表面张力系数大于铝2）温度，温度上升，表面张力系数降低3）表面活性

19、物质，如钢液中有S或O时，表面张力系数会降低。（二）重力熔滴的重力Fg=mg=r熔滴半径密度作用：1）平焊时促进过渡2）立焊，仰焊时阻碍过渡（三）电磁收缩力电流线通过熔滴时的电磁收缩力a) 当Sb（斑点面积）Ss时,电磁线在熔滴中发散,F推向下,促进过渡。（四）斑点力其作用亦与斑点面积有关：1）Sb较大时，促进过渡2）Sb较小时，阻碍过渡（五）爆破力熔滴爆破时，爆破力指向四面八方，即促进过渡，又导致飞溅（六）等离子流力从焊丝指向工件，总是促进过渡二）、熔滴过渡的主要形式及特点（一）自由过渡熔滴脱离焊丝，由电弧空间进入熔池。1、滴状过渡1）大滴过渡特点：（1）aD=g（2）轴向（3）dDds2）

20、大滴排斥特点：（1）aD=g（2）非轴向，有飞溅（3）dD ds2、细颗粒过渡，出现在CO2焊中特点：（1）aDg（2）非轴向（3）DDg（2）dDds（3）轴向性好（4）一次一滴2）射流特点：（1）aDg（2）dD485、熔合比：母材金属在焊缝中的含量调整r可调整焊缝化学成分，改善性能。一般通过开口二）、影响焊缝形状尺寸的因素（一）焊接电流IaIa增大，H增大，a增大，B基本不变1、IaFa热源下移Hq= hIU HH=km I2、Ia但潜入工件深度大，限制了r有效增大，B基本不变。g减小。3、Ia，焊丝熔化量增加，B不变， a（二）电弧电压Ua q增加不多，增大，qm减小，因此，B、g增大

21、，H、a较小通常，Ia选定后，Ua也基本上定下来了。总是根据板厚选Ia，再由Ia选定Ua。（三）焊接速度将q/uw 定义为线能量，即单位长度的焊缝上输入的热量。uw增大时，q/uw减小，H、B、a等均减小为了促进生产率，应提高uw ，但为了保证焊透，应同时提高Ia，即采用大电流高速焊，这种方法易引起咬边。通常采用双弧焊或多弧焊来提高焊接速度。（四）电流的种类及极性TIG：PAPKBDCSPBACBDCRPHDCSPHACHDCRPMIG、CO2、SAW等：PAPKBDCSPBACBDCRPHDCSPHACHDCRP（五）电极形状、尺寸、伸出长度TIG焊：dwqw qmHB变化不大熔化焊：dsl

22、sqmH、aB（六）坡口、间隙用于增大H，调整熔合比g，改善结晶条件。坡口、间隙越大，ag（七）电极倾角前倾：电弧下液态金属厚，电弧潜入深度小，所以HBa后倾：相反（八）工件倾角下坡焊：重力阻止液金后排，电弧潜入深度减小，HaB上坡焊：相反（九）工件材料1、比热容C：C，Vm，则H及B2、密度r：r则H3、板厚：当H0.6d时，d无影响（十）焊剂、药皮及气体焊剂：稳弧性差EBHr大压力大EH颗粒度小压力大EH气体：导热性高、解离严重 弧柱收缩EH3-3焊缝缺陷主要有：气孔、裂纹、夹渣、未焊透、未熔合、烧穿、咬边、焊瘤一）、未焊透熔焊时，接头根部未完全焊透的现象。最易发生在短路过渡CO2焊中。原

23、因：1、Ia太小2、w太大3、坡口尺寸不合适二）、未熔合熔焊时，焊道与焊道间或焊道与母材间未完全熔化结合的部分叫未熔合。原因：1、高速大电流焊2、上坡焊三）、烧穿熔焊时熔化金属自焊缝背面流出，形成穿孔的现象叫烧穿。原因：1、Ia过大2、焊接速度过小3、坡口尺寸过大四）、咬边沿焊趾的母材部位烧熔成凹陷或沟槽的现象叫咬边。原因：1）大电流高速焊2）角焊缝、焊脚过大或Ua过大五）、焊瘤熔焊时熔化金属流淌到焊缝以外未熔合的母材上形成金属瘤的现象叫焊瘤。原因：1、坡口尺寸小2、Ua过小3、干伸长度太大六）、凹坑焊缝表面低于母材表面的部分叫凹坑。原因：1）Ia太大2）坡口尺寸太大七）、塌陷焊缝表面塌陷，背面凸起的现象。原因：1）Ia太大2）焊接速度太小第四章 手工焊条电弧焊一、基本要求1、了解焊条电弧焊的原理及特点2、掌握常用弧焊电源的类型及对弧焊设备的要求3、了解焊条电弧焊的辅助工具4、掌握焊条电弧焊工艺的特点及工艺参数的选择5、掌握焊条电弧焊的基本操作技术二、重点1、常用弧焊电源的类型及对弧焊设备的要求2、焊条电弧焊工艺的特点及工艺参数的选择3、焊条电弧焊的基本操作技术四、难点1、手弧焊的焊接焊接参数自动调节原理及方法2、手弧焊工艺的掌握五、学时数7学时六本章要点4-1焊条电弧焊的原理及特点一、焊条电弧焊的基本原理焊条电弧焊通常用英文简称SMA