16 焊接工艺.docVIP

PAGE PAGE 1 第十六章 常用焊接方法和焊接工艺简介 在机械制造工业中，使两个或两个以上的零件连接在一起的方法有多种。有的连接方法是可逆的，就是说连接后还可拆卸，例如螺栓连接和键连接等；有的连接方法是不可逆的，是永久性的连接，焊接既是如此。 焊接是指通过适当的物理化学过程使两个分离的固态物体产生原子（分子）间结合力而连接成一体的连接方法。常规意义下是指金属的焊接，广义地说，应包括金属的切割。 焊接方法的本质 固体金属所以能保持固定的形状，是因为其内部原子间距（晶格）十分小，原子之间形成了牢固的结合力。除非施加足够的外力来破坏这些原子间的结合力，否则，一块固体金属是不会变形或分离成两块的。反过来说，要把两个分离的金属构件连接在一起，从物理本质上来看，就是要把这两个构件的连接表面上的原子彼此接近到金属晶格的距离（3-5?）（1?=10-10米）。在一般情况下，当我们把两个金属构件放在一起时，为什么不能连接在一起呢？这时因为： （1）．表面的不平度。即使是经过精密磨削加工的金属表面不平度仍有几到几十微米（1微米=10-6米）； （2）．表面存在的氧化膜和其他污染物阻碍着实际金属表面原子之间接近到晶格距离并形成结合力。因此，焊接过程的本质就是通过适当的物理化学过程克服这两个困难，使两个分离表面的金属原子之间接近到晶格距离并形成结合力。 焊接电弧 焊接电弧的实质： 电弧实质上是在一定条件下，电荷通过两电极之间的气体空间的一种导电现象，或者说是一种气体放电现象。产生和维持电弧需要一定的条件。电弧具有电压低、电流大、温度高、发光强的特点。 2．电弧的组成区域： 电弧由三个区域组成，即阳极区、阴极区和弧柱区。阳极区和阴极区分别靠近电弧的两个极，在电弧长度方向上的尺寸都很小，电弧的长度基本上等于弧柱的长度。弧柱的阻抗较小，电压降较小；两个电极区的阻抗较大，电压降较大。 电弧的静特性： 电弧燃烧时，两个电极之间的总电压和总电流之间存在一定的关系，表示电 弧稳态电压与稳态电流之间关系的曲线称为电弧的静特性。图1为典型的电弧静特性曲线。 图1 电弧的静特性曲线 由图中可以看出，电弧的静特性有三个不同的区域：当电流较小时，电弧的静特性属负特性，即随着电流的增加而电压减小；当电流稍大时，电压几乎不变，在此区间电弧静特性属平特性；当电流更大时，电压随电流的增加而升高，电弧静特性属上升特性。 4．影响电弧静特性的因素： (1).电弧长度的影响 电弧长度增加时，整个弧柱的压降ELc（E为弧柱的电场强度，Lc为弧柱的长度）将增加，Ua（电弧电压）当然也将增加，电弧静特性的位置将提高。 (2).周围气体种类的影响 主要由气体的导热系数所决定。导热系数大的气体对电弧的冷却作用强，电弧的热损失增加，要求较大的IE与之平衡，当I为定值时，E必然要增加，从而使电弧电压增加。 (3).周围气体介质压力的影响 气体压力增加，意味着气体粒子密度的增加，气体粒子通过散乱运动从电弧带走的总热量将增加，因此，气体压力越大，对电弧的冷却作用越强，使电弧电压增加。 5．电弧的温度分布： 弧柱的温度较高，而两个电极的温度较低。这是因为电极温度的升高受到电极材料导热性能、熔点和沸点的限制，而弧柱的温度则不受材料的限制。 熔化极气体保护焊和使用含有CaF2焊剂的埋弧焊时，阴极的温度高于阳极；非熔化极气体保护焊时，阳极的温度高于阴极。 三、焊接参数对焊缝成形的影响 焊缝的形状通常就是指焊缝熔化区横截面的形状，一般用熔深（H）、熔宽（B）和余高（a）三个参数表示，见图2。 图2 焊缝的形状 影响焊缝成形的焊接参数有焊接电流、焊接电压、焊接速度、电极直径、焊丝干伸长、电极倾角、工件倾角、坡口形状和板厚、电极种类和极性等，其中，焊接电流、焊接电压和焊接速度决定了焊缝的能量输入，是决定焊缝成形的主要参数。 1．焊接电流 其他条件不变时，增加焊接电流，焊缝熔深和余高都增加，而熔宽则几乎保持不变（或略有增加）。这是因为： (1)．焊接电流增加时，电弧的热功率和电弧力都增加，熔池体积和弧坑深度都随电流而增加。 (2)．熔化极电弧焊中，焊接电流增加时，焊丝的熔化量也增加，因此焊缝余高也随之增加。 (3)．电流增加时，一方面是电弧截面略有增加，成为导致熔宽增加的因素；另一方面是电弧电压不变时，弧长略有缩短，电弧挺度增加和潜入熔池，使电弧斑点扫动范围缩小，成为导致熔宽减小的因素，因此实际熔宽几乎保持不变。 2．焊接电压 在其他条件不变时，电弧电压增大，焊缝熔宽显著增大而熔深和余高将略有减小。这是因为电弧电压增加就意味着电弧长度的增加，是电弧斑点飘动范围扩大而导致熔宽增加。从能量角度来看，电弧电压增加所带来的电弧