四金属焊接选编.ppt

金属材料工程专业;第八章 材料的连接; 焊接是一种永久性连接金属材料的工艺方法。焊接过程的实质是通过物理—化学过程（加热、加压），使两个分离的固态体产生原子（分子）间结合力，即借助于金属原子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连接起来。;; 焊接机器人是从事焊接(包括切割与喷涂)的工业机器人。根据国际标准化组织(ISO)工业机器人术语标准的定义，工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机(Manipulator)，具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域。 ;可焊接的物体包括：;焊接技术主要研究和发展方向;焊接方法分类;;主要参考书：;熔焊三要素： 一、热源：电弧、电渣热、电子束、激光束等； 二、溶池保护：渣保护、气体保护、渣-气联合保护; 三、填充金属;获得良好连接头（焊缝）的条件： 合适的温度、良好的熔池保护、适当的焊缝填充金属;;热 源;电弧焊原理;焊接电弧； 电弧焊热过程； 焊接的冶金过程； 焊缝金属的结晶； 焊接热影响区的组织和性能；;8.2.1 焊接电弧机理;电弧电压的三个区域 阴极降压区：10-5~10-6mm 阳极降压区：10-3~10-4mm 弧柱区：长度最长（一般根据电源工作电压确定）;一、气体放电基本概念;二、电弧中带电粒子的产生;;1）热电离 a、定义：气体粒子受热的作用，发生非弹性碰撞而产生电离的过程。 b、电离度：单位体积内电离的粒子数与气体电离前粒子总数的比值，用X表示，即：X＝电离后的中性粒子密度／电离前的中性粒子密度。 式中：X为电离度，P为气压，T为温度，e为电子电量，ui为气体电离电压，K为玻尔兹曼常数。 　电弧弧柱温度一般在5000～30000K范围，因此，热电离是弧柱部分产生带电粒子最主要的途径。 c. 热解离：电弧中的多原子气体由于热的作用将分解成原子，这种现象称为热解离。热解离是吸热反应，因此热解离影响着带电粒子的产生，还影响着电弧热性能。;２）电场作用下的电离 ;３）光电离;热电离是主要的（在弧柱区和两极区）； 场电离是次要的，主要发生在阴极区和阳极区； 光电离再次之。;（二）电极的电子发射;1、电???发射的基本概念;2、电子发射的种类型;b. 场致发射：电极表面的电子受外电场的库仑力的作用而产生的电子发射现象。 外电场的作用相当于降低了电子的逸出功。 形成原因：当采用钢、铜、铝等低沸点材料作阴极时(其沸点分别为3013K、2868K和2770K)，阴极加热温度受材料沸点限制不可能很高，热发射能力较弱，在阴极区域电子严重不足，从而形成正离子堆积，阴极压降增大，在阴极区产生极大的静电场，此时向电弧提供电子的主要方式是场致发射电子。 实际上，电弧焊时纯粹的场致发射是不存在的，只不过是在采用冷阴极时以场致发射为主，热发射为辅而已。;c. 光发射 当阴极表面受到光辐射作用时，阴极内的自由电子能量达到一定程度而逸出阴极表面的现象称为光发射。;（三） 对导电不利的因素;最小电压原理 原理：最小电压原理是电弧的一种特性，电弧的最小能量消耗的表现。当电流和电弧周围条件(如气体介质种类、温度、压力等)一定时，稳定燃烧的电弧将自动选择一个确定的导电截面，使电弧的能量消耗最小。 原因：能量最低。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，都会引起电场强度E增大，使消耗的能量增多，违反最小电压原理—— 因为电弧截面增大时，电弧与周围介质的接触面增大，电弧向周围介质散失的热量增加，要求电弧产生更多的能量与之相平衡，即要求电弧热EI增加； 反之，若电弧截面减小，则在I一定的情况下，电流密度必然增加，导致E增大，能耗增加。所以说，电弧将自动确定一个截面，在这一截面下，使EI最小，即消耗的能量最小。;阴极斑点 1）定义：在阴极上电流集中，电流密度很高，发出烁亮光辉的点。 2）形成条件：电弧通过该点消耗的能量最低；该点具备发射电子的条件。 3）特点：电流密度很高（105～107A/cm2）；有所谓的“粘着性”：斑点不能沿阴极表面连续移动，而是跳动；具有自动寻找氧化物的能力。 4）出现条件：高熔点材料作阴极且电流很小时；所有的低熔点材料作阴极。;阳极斑点 1）定义：在阳极上电流集中，电流密度很高，发出烁亮光辉的点。 2）形成条件：电弧通过该点消耗的能量最低；该点有金属蒸发。 3）特点：电流密度很高（102～103A/cm2）；有所谓的“粘着性”：斑点不能沿阳极表面连续移动，而是跳动；具有自动寻找纯金属的能力。 4）出现条件：低熔点材料作阳极。;思考题：;8.2.2 电弧焊热过程;焊接热过程的局部集中性 焊接使用的热源热量集中，功率密度大，相对加热面积小; 焊接热过程的瞬时性 在高度集中热源的作用下，