《焊接工藝與設(shè)備》全冊配套完整教學(xué)課件

《焊接工藝與設(shè)備》全冊配套完整教學(xué)課件《焊接工藝與設(shè)備》奧運(yùn)會的主會場————國家體育場(鳥巢)，由24榀門式桁架圍繞著體育場內(nèi)部碗狀看臺區(qū)旋轉(zhuǎn)而成，結(jié)構(gòu)科學(xué)簡潔，設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特，是當(dāng)今國際上極富特色的巨型建筑，其鋼結(jié)構(gòu)屋蓋呈雙曲面馬鞍型，東西長298米、南北長333米，檐高達(dá)68.5米，總建筑面積約25.8萬平方米。由我國自主研發(fā)的Q460高強(qiáng)度鋼材;“鳥巢”鋼材焊接的焊縫總長達(dá)30多萬米，其中現(xiàn)場焊接焊縫長達(dá)6萬多米。按工期要求，近一半現(xiàn)場鋼材焊接要在冬季進(jìn)行。180余項(xiàng)焊接工藝，“拒絕”螺絲釘合攏時必須選擇一個最適宜溫度，使今后溫差帶來的變形降低到最小程度。設(shè)計(jì)測算出的最佳合攏溫度為15攝氏度到23攝氏度;半夜12點(diǎn)后涼爽時才開工，經(jīng)過四五天通宵達(dá)旦焊接，終于筑出“鳥巢”雛形塔架承載著整個鳥巢的巨大重壓，直接拆根本拆不動。因此要采用液壓千斤頂，在78個卸載點(diǎn)上同時把“鳥巢”頂起一點(diǎn)點(diǎn)，然后一層層抽去墊在“鳥巢”和塔架之間的鋼板，再讓鳥巢慢慢回到原位。就是這樣“慢工細(xì)活”一步一挪，使“鳥巢”在垂直方向上的最大位移達(dá)20多厘米。焊接專業(yè)的主要課程《焊接工藝與設(shè)備》《焊接冶金學(xué)》－基本原理－材料焊接性《焊接結(jié)構(gòu)》《弧焊電源》（及其數(shù)字化控制）0.1連接技術(shù)的分類連接的概念：廣義概念、狹義上的概念按照：暫時性連接（可拆卸）、半永久性連接、永久性連接（不可拆卸）

暫時性連接：鉚接、螺栓、鉸鏈、銷鍵

半永久性連接：(膠粘、鉚接)

永久性連接：膠粘、焊接、鉚接按照方式分類：膠粘、鉚接、螺栓、焊接……..（1）木桌椅：（2）腳手架（3）橋梁鉚接結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)0.2焊接結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)形式簡潔，承載能力高：與多數(shù)的機(jī)械連接接頭相比，焊接接頭的承載能力高。采用高組配接頭時，接頭的強(qiáng)度與母材相當(dāng)；對機(jī)械連接接頭而言，其接頭承載能力隨螺栓、鉚釘直徑和間距的變化而變化，始終小于母材。沒有間隙，密封性能好：焊接接頭不像機(jī)械連接那樣會出現(xiàn)間隙，故密封高壓容器、潛艇、儲罐等結(jié)構(gòu)只有采用焊接結(jié)構(gòu)制造，方能保證其對氣密性、水密性等流體密封性方面的要求。自重減輕，經(jīng)濟(jì)效益高：與機(jī)械連接接頭相比，焊接接頭無需附加連接件，因此，焊接結(jié)構(gòu)的自重減輕，例如，可比鉚接結(jié)構(gòu)減輕10-20％。對用做運(yùn)載工具的結(jié)構(gòu)而言，減輕自重所帶來減輕的經(jīng)濟(jì)效益不言而喻。厚度不限，適應(yīng)能力強(qiáng)：焊接結(jié)構(gòu)中連接件的厚度一般不受限制，可將不同形狀、尺寸的構(gòu)件連接起來，也可實(shí)現(xiàn)異種材料的連接，即將不同種類的材料連接起來。在重型、特大結(jié)構(gòu)部件的連接時，目前只能采用焊接技術(shù)。加工減少，生產(chǎn)效率高：焊接結(jié)構(gòu)中連接件一般不需機(jī)械連接中必需的孔、槽加工作業(yè)，因此生產(chǎn)周期縮短，成本降低。例如在現(xiàn)萬代化的造船廠中生產(chǎn)一艘20萬t級的油輪，采用焊接技術(shù)假如可以在3個月內(nèi)下水的話，采用鉚接技術(shù)則至少需要1年時間。0.3焊接結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)止裂能力較弱：與鉚接、螺紋連接等相比，焊接結(jié)構(gòu)所特有的整體性和高剛度使其自身的止裂性能差。裂紋若一旦在接頭上形成并開始擴(kuò)展，就將繼續(xù)擴(kuò)展下去并很難被止住，結(jié)構(gòu)的斷裂幾乎無法避免。焊接殘余應(yīng)力顯著：在形成焊接接頭的過程中，由于局部高溫加熱

會引起較復(fù)雜的瞬態(tài)熱應(yīng)力和熱變形，最后導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)中存在顯著的焊接殘余應(yīng)力和變形。有時存在于焊縫、近縫區(qū)的殘余拉應(yīng)力值竟高達(dá)材料的屈服強(qiáng)度值。焊接殘余應(yīng)力的存在，對焊接結(jié)構(gòu)承受靜載能力、剛度、抗脆斷性能、抗疲勞性能、耐腐蝕性能，對壓桿穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)的尺寸穩(wěn)定性均有顯著的影響。焊接導(dǎo)致缺陷增加：在形成焊接接頭的過程中，經(jīng)歷熱、力過程。母材焊縫的熱過程：冶金反應(yīng)、相轉(zhuǎn)變、晶粒長大或細(xì)化、氣孔、夾渣

、裂紋缺陷；接頭上出現(xiàn)化學(xué)成分金相組織的不均勻，因而接頭上存在力學(xué)性能的不均勻。存在顯著的焊接殘余應(yīng)力和變形，接頭上會出現(xiàn)一定程度的應(yīng)力集中現(xiàn)象，故焊接結(jié)構(gòu)中還可能存在幾何、力學(xué)上的不均勻。受材料焊接性限制：各種材料的焊接性之間存在很大的差異，部分材料幾乎難以焊接成形。例如一些高強(qiáng)度鋼在焊接中極易出現(xiàn)焊接裂紋，且有較高的缺口敏感性。例如在1962年，澳大利亞墨爾本金斯橋由于制造過程中的氫致裂紋在隨后疲勞載荷的作用下擴(kuò)展，最終導(dǎo)致主承載梁脆性斷裂。0.4膠粘結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

金屬的膠接：利用膠粘劑將兩個或兩個以上的金屬構(gòu)件在一定溫度下、經(jīng)一定時間固化或加熱后冷卻凝固而連接在一起形成永久性連接接頭的工藝過程。膠接結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)重量減輕，可得較高經(jīng)濟(jì)效益：與鉚接、螺栓連接相比，膠接結(jié)構(gòu)的重量大為減輕

，對飛行器等運(yùn)載工具來說，所獲得的經(jīng)濟(jì)效益更是明顯。膠接工藝簡單：不需要龐大的設(shè)備，操作容易，不要求較高的加工精度。用鉚焊需多道工序的結(jié)構(gòu)，用膠接可一次完成，且不需要校正、精加工等后處理。對于復(fù)雜件還可以分開加工，膠接組裝，減少焊接的后處理工序。膠接對工藝裝備要求不高：操作簡便，易于實(shí)現(xiàn)自動化，工效高，勞動強(qiáng)度低，還能節(jié)省能源，降低費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。接頭應(yīng)力分布均勻，疲勞強(qiáng)度高：在焊接、鉚接

及螺栓連接接頭中存在著較為嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，在焊接接頭中這種現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。膠接區(qū)域面積較大，應(yīng)力分布均勻，可避免局部應(yīng)力集中，不像焊接接頭有組織和性能的急劇變化。膠接接頭中疲勞裂紋擴(kuò)展速率較低。相同面積的接頭，膠接比鉚接和焊接的靜載抗剪強(qiáng)度提高40％-100％，不削弱結(jié)構(gòu)或避免了因鉚釘孔、螺栓孔和焊點(diǎn)周圍應(yīng)力集中所引起的疲勞龜裂，沒有焊接引起的翹曲變形、金相組織變化、硬度波動、涂層破壞或熱沖擊等。有良好的使用性能：與鉚接、螺栓連接相比，膠接接頭

良好的密封性，且表面光滑，外表美觀。膠接接頭

光滑的外表面，對于交通工具、水工建筑物十分有利。接頭處

不存在電位差導(dǎo)致的電化學(xué)腐蝕，使用壽命長，不需特殊措施。膠接不同種類的金屬時，沒有電化學(xué)腐蝕的危害。膠接

具有連接、密封、絕緣、防腐、防潮、減振、隔熱、消聲等多重功能可實(shí)現(xiàn)異種材料的連接：膠接

不同種類的金屬，金屬與非金屬。

焊接方法

受材料的焊接性方面的限制。膠接可以連接材質(zhì)、形狀、厚度、大小、模量等相同或不同的材料，

適合連接異形、異質(zhì)、壁薄、形狀復(fù)雜、體積微小、材質(zhì)硬脆或熱敏的制件?？少x予接頭以特殊性能：當(dāng)選用功能膠粘劑時，膠接可使接頭快速固化，并具有導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性及導(dǎo)磁性，亦可獲得所需的絕緣、絕熱性能及減振性能0.5膠接結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)膠接接頭的強(qiáng)度相對較低：對大多數(shù)金屬來說，由分子間力所得到的膠接接頭強(qiáng)度偏低，所能達(dá)到的強(qiáng)度極限與一般結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度極限相差一個數(shù)量級。接頭上的膠層中存在著一定的濕熱老化現(xiàn)象：在較高的溫度和濕度環(huán)境下工作的膠接接頭，在化學(xué)物品及其他因素作用下，膠粘劑的力學(xué)性能會降低。一般說來，對膠接接頭的長期工作溫度需做嚴(yán)格的限制。膠接接頭的質(zhì)量難以保證：影響膠接接頭質(zhì)量的因素很多，接頭力學(xué)性能分散性較大，質(zhì)量檢測較為困難，目前還沒能獲得令人滿意的無損檢測方法。對膠接接頭力學(xué)性能方面的研究不夠深入：由于高分子材料所特有的流變、蠕變、老化、粘彈性等現(xiàn)象的機(jī)理較為復(fù)雜，對金屬膠接接頭力學(xué)性能方面的研究遠(yuǎn)不如金屬材料本身那么成熟，因而膠接的使用范圍受到限制。0.6焊接的定義“焊接”是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件達(dá)到結(jié)合的一種加工方法。熔焊(熔化焊)方法是焊接成形工藝的重要組成部分，也是現(xiàn)代制造業(yè)中應(yīng)用最多的一類焊接方法。焊接應(yīng)用遍及:機(jī)械制造、石油化工、船舶、橋梁、壓力容器、建筑、動力工程、交通車輛、航空、航天等各個工業(yè)部門，已成為現(xiàn)代制造業(yè)中不可缺少的成形加工方法之一。有關(guān)熔焊的基礎(chǔ)理論焊接電弧基礎(chǔ)理論焊絲的熔化與熔滴過渡母材的熔化與焊縫成形電弧焊自動控制基礎(chǔ)0.7熔焊方法埋弧焊鎢極惰性氣體保護(hù)焊熔化極氬弧焊CO2氣體保護(hù)電弧焊等離子弧焊電渣焊真空電子束焊激光焊等。對每一種熔焊方法，都講述了其工作原理和特點(diǎn)、焊接設(shè)備、焊接材料、焊接工藝以及所派生出的其他方法1888年，俄羅斯發(fā)明了手工電弧焊接技術(shù)，使用無藥皮的裸露金屬棒。直到20世紀(jì)初，在瑞典發(fā)明卡爾伯格過程（Kjellbergprocess）和Quasi-arc方法傳入英國后，藥皮焊條才開始發(fā)展起來。值得注意的是，由于成本較高，剛開始人們不怎么使用藥皮焊條。但是隨著人們對好的焊縫質(zhì)量需求的日益增長，手工電弧也開始使用藥皮焊條。金屬棒（焊條）和工件之間形成的電弧會熔化金屬棒和工件的表面，形成焊接熔池。同時，金屬棒上熔化的藥皮會形成氣體和熔渣，保護(hù)焊接熔池不受周圍空氣的影響。因?yàn)槿墼鼤鋮s、凝固，所以一旦焊縫焊完（或在熔敷下個焊道前）就必須從焊道上清除熔渣。

0.8焊接方法的發(fā)展

在公元前5世紀(jì)的戰(zhàn)國時期就已經(jīng)知道使用錫鉛合金作為釬料焊接銅器

1885年出現(xiàn)了碳弧焊

1886年電阻熱應(yīng)用于焊接

1892年發(fā)現(xiàn)了金屬極電弧，隨之出現(xiàn)了金屬極電弧

1901年出現(xiàn)了氧乙炔氣焊

20世紀(jì)30年代前后，出現(xiàn)了薄皮焊條電弧焊和厚皮焊條電弧

1935年發(fā)明了埋弧焊

20世紀(jì)40年代初開始，惰性氣體保護(hù)電弧焊

1951年出現(xiàn)了用熔渣電阻熱作為焊接熱源的電渣焊；

1953年出現(xiàn)了二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊；

1956年出現(xiàn)超聲波焊和電子束焊

1957年出現(xiàn)了(蘇聯(lián)的丘季科夫

)摩擦焊和(美國的蓋奇)等離子弧焊接和切割；

1959年，美國斯坦福研究所研究成功爆炸焊

1965年和1970年又相繼出現(xiàn)了脈沖激光焊和連續(xù)激光焊。

從20世紀(jì)80年代以后，人們又開始對更新的焊接熱源如太陽能、微波等進(jìn)行積極的探索1.焊接方法的分類焊接時是否電極熔化：

熔化極焊

非熔化極焊；自動化程度可分為：

手工焊、

半自動焊

自動焊

最常用的是族系法，焊接工藝特征來進(jìn)行分類，即按照焊接過程中母材是否熔化以及對母材是否施加壓力進(jìn)行分類。

熔焊：母材熔化

壓焊：對母材施加壓力；（母材可以熔化）

釬焊：母材不熔化（a）熔焊的分類熔化極（i）－螺柱焊電弧螺柱焊

通過強(qiáng)電流將螺柱與母材接觸處迅速加熱至融化狀態(tài)，在焊槍彈簧力作用下將兩者焊為一體的焊接工藝，具有優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、再現(xiàn)性好，無論是平面還是曲面都能實(shí)現(xiàn)全截面焊接的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于造船、鍋爐、變壓器、汽車、建筑及橋梁工程等行業(yè)。熔化極－（ii）焊條電弧焊焊條電弧焊-最廣泛的焊接方法，

利用電弧放電（俗稱電弧燃燒）所產(chǎn)生的熱量將焊條與工件互相熔化并在冷凝后形成焊縫，從而獲得牢固接頭的焊接過程。焊條電弧焊

手工操縱焊條進(jìn)行焊接工作的，可以進(jìn)行平焊、立焊、橫焊和仰焊等多位置焊接。另外由于焊條電弧焊設(shè)備輕便，搬運(yùn)靈活，所以說，焊條電弧焊可以在任何有電源的地方進(jìn)行焊接作業(yè)。適用于各種金屬材料、各種厚度、各種結(jié)構(gòu)形狀的焊接。

焊條直徑：

2.0、

2.5、

3.2、

4.0、

5.0

焊條長度：

250、300、350、400mm

焊條電弧焊的安全特點(diǎn)：焊條電弧焊焊接設(shè)備的空載電壓一般為50V-90V，而人體所能承受的安全電壓為30V-45V，手工電弧焊焊接設(shè)備，會對人照成生命危險(xiǎn)，施焊時，必須穿戴好勞保用品。

二、電弧焊

利用電弧作為熱源的熔焊方法，稱為電弧焊。可分為手工電弧焊、埋弧自動焊和氣體保護(hù)焊等三種。手工自動焊的最大優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，應(yīng)用靈活、方便，適用面廣，可焊接各種焊接位置和直縫、環(huán)縫及各種曲線焊縫。尤其適用于操作不變的場合和短小焊縫的焊接；埋弧自動焊具有生產(chǎn)率高、焊縫質(zhì)量好、勞動條件好等特點(diǎn)；氣體保護(hù)焊具有保護(hù)效果好、電弧穩(wěn)定、熱量集中等特點(diǎn)。

三、電阻焊

電阻焊是利用電流通過工件及焊接接觸面間所產(chǎn)生的電阻熱，將焊件加熱至塑性或局部熔化狀態(tài)，再施加壓力形成焊接接頭的焊接方法。

電阻焊分為點(diǎn)焊、縫焊和對焊3種形式。

（1）點(diǎn)焊：將焊件壓緊在兩個柱狀電極之間，通電加熱，使焊件在接觸處熔化形成熔核，然后斷電，并在壓力下凝固結(jié)晶，形成組織致密的焊點(diǎn)。

點(diǎn)焊適用于焊接4mm以下的薄板(搭接)和鋼筋，廣泛用于汽車、飛機(jī)、電子、儀表和日常生活用品的生產(chǎn)。

（2）縫焊：縫焊與點(diǎn)焊相似，所不同的是用旋轉(zhuǎn)的盤狀電極代替柱狀電極。疊合的工件在圓盤間受壓通電，并隨圓盤的轉(zhuǎn)動而送進(jìn)，形成連續(xù)焊縫。

縫焊適宜于焊接厚度在3mm以下的薄板搭接，主要應(yīng)用于生產(chǎn)密封性容器和管道等。

（3）對焊：根據(jù)焊接工藝過程不同，對焊可分為電阻對焊和閃光對焊。

1）電阻對焊焊接過程是先施加頂鍛壓力(10～15MPa)，使工件接頭緊密接觸，通電加熱至塑性狀態(tài)，然后施加頂鍛壓力(30～50MPa)，同時斷電，使焊件接觸處在壓力下產(chǎn)生塑性變形而焊合。

電阻對焊操作簡便，接頭外形光滑，但對焊件端面加工和清理要求較高，否則會造成接觸面加熱不均勻，產(chǎn)生氧化物夾雜、焊不透等缺陷，影響焊接質(zhì)量。因此，電阻對焊一般只用于焊接直徑小于20mm、截面簡單和受力不大的工件。

2）閃光對焊焊接過程是先通電，再使兩焊件輕微接觸，由于焊件表面不平，使接觸點(diǎn)通過的電流密度很大，金屬迅速熔化、氣化、爆破，飛濺出火花，造成閃光現(xiàn)象。繼續(xù)移動焊件，產(chǎn)生新的接觸點(diǎn)，閃光現(xiàn)象不斷發(fā)生，待兩焊件端面全部熔化時，迅速加壓，隨即斷電并繼續(xù)加壓，使焊件焊合。

閃光對焊的接頭質(zhì)量好，對接頭表面的焊前清理要求不高。常用于焊接受力較大的重要工件。閃光對焊不僅能焊接同種金屬，也能焊接鋁鋼、鋁銅等異種金屬，可以焊接0.01mm的金屬絲，也可以焊接直徑500mm的管子及截面為20000mm2的板材。

四、激光焊

激光焊利用聚焦的激光束作為能源轟擊工件所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行焊接。

激光焊具有如下特點(diǎn)：

1）激光束能量密度大，加熱過程極短，焊點(diǎn)小，熱影響區(qū)窄，焊接變形小，焊件尺寸精度高；

2）可以焊接常規(guī)焊接方法難以焊接的材料，如焊接鎢、鉬、鉭、鋯等難熔金屬；

3）可以在空氣中焊接有色金屬，而不需外加保護(hù)氣體；

4）激光焊設(shè)備較復(fù)雜，成本高。

激光焊可以焊接低合金高強(qiáng)度鋼、不銹鋼及銅、鎳、鈦合金等；異種金屬以及非金屬材料(如陶瓷、有機(jī)玻璃等)；目前主要用于電子儀表、航空、航天、原子核反應(yīng)堆等領(lǐng)域。

五、電子束焊

電子束焊利用在真空中利用聚焦的高速電子束轟擊焊接表面，使之瞬間熔化并形成焊接接頭。

電子束焊具有以下特點(diǎn)：

1）能量密度大，電子穿透力強(qiáng)；

2）焊接速度快，熱影響取消，焊接變形??；

3）真空保護(hù)好，焊縫質(zhì)量高，特別適用于活波金屬的焊接。

電子束焊用于焊接低合金鋼、有色金屬、難熔金屬、復(fù)合材料、異種材料等，薄板、厚板均可。特別適用于焊接厚件及要求變形很小的焊件、真空中使用器件、精密微型器件等。

估計(jì)摟主所說的是指手工電弧焊的方法。（就是我們平時看到的施工人員手拿一個焊槍的那一種）

簡單的列出幾種：

點(diǎn)焊：在剛開始焊接時把零件固定好后用焊條在接觸縫上點(diǎn)幾處焊點(diǎn)，使零件簡單焊接在一起叫作點(diǎn)焊，這樣便于在繼續(xù)焊接時對焊接零件整形，但形狀位置不好友偏移時還可以重新敲開點(diǎn)焊。

滿焊：就是將準(zhǔn)備焊在一起的2個工件的所有接觸的地方都進(jìn)行熔焊。比如兩塊鋼板拼接，把一條焊縫全部焊滿就是滿焊，用于要求焊接強(qiáng)度較高的條件下。

花焊：在對連接強(qiáng)度要求不是太高的情況下，可以間斷地進(jìn)行焊接，即焊一段、間隔一段，就是花焊。

堆焊：在一個零件受損后，這時可以不重新制造新的零件，對其進(jìn)行焊接，在受損部位進(jìn)行堆焊，受損部位過大了也可以通過缺口內(nèi)加入填充材料（在不影響使用強(qiáng)度要求的情況下）的方法進(jìn)行堆焊。熔化極－（iii）埋弧焊

SubmergedArcWelding電弧在焊劑下燃燒以進(jìn)行焊接的熔焊方法。

鍋爐、壓力容器、船舶、橋梁、起重機(jī)械、工程機(jī)械、冶金機(jī)械以及海洋結(jié)構(gòu)、核電設(shè)備等制造的主要焊接手段，特別是對于中厚板、長焊縫的焊接具有明顯的優(yōu)越性熔化極－（iv）氬弧焊MIGMAG熔化極氬弧焊（MetalArgonArcWelding）

焊絲作為熔化電極，采用氬氣或富氬混合氣作為保護(hù)氣體的電弧焊方法。當(dāng)保護(hù)氣體是惰性氣體Ar或Ar+He，

熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊，稱MIG焊當(dāng)保護(hù)氣體是惰性氣體Ar+O2(CO2)，

熔化極活性氣體保護(hù)電弧焊，稱MAG焊熔化極－（v）CO2氣體保護(hù)焊

熔化極氣體保護(hù)焊Gas-shieldedmeltedArcWeldingCO2氣體保護(hù)電弧焊（Carbon-DioxideArcWelding）是利用CO2氣體作為保護(hù)氣體，使用焊絲作為熔化電極的電弧焊方法。不熔化極（i）鎢極氬弧焊TIG鎢極惰性氣體保護(hù)焊（TungstenInertGasArcWelding）：純鎢或活化鎢（如Th-W鎢、Ce-W等）作為非熔化電極，采用惰性氣體（Ar、He）作為保護(hù)氣體的電弧焊方法，簡稱TIG焊。鎢極氣體保護(hù)焊GTAW不熔化極－（ii）等離子弧焊PAW-PlasamaArcWelding利用等離子弧作為熱源的焊接方法。薄板：0.8-3毫米厚的板材焊接；厚板：3-12毫米厚的板材焊接。超薄板：0.02-1.5毫米的薄板焊接。等離子弧焊接屬於高質(zhì)量焊接方法。焊縫的深/寬比大﹐熱影響區(qū)窄﹐工件變形小﹐可焊材料種類多。特別是脈沖電流等離子弧焊和熔化極等離子弧焊的發(fā)展﹐更擴(kuò)大了等離子弧焊的使用范圍。

用于汽車工業(yè)的燃油箱的等離子焊接不熔化極－（iii）原子氫焊

atomic-hydrogenwelding原子氫焊分子氫通過兩個鎢極之間的電弧熱分解成原子氫，當(dāng)其在焊件表面重新結(jié)合為分子氫時放出熱量，以此為主要熱源進(jìn)行焊接的方法。加熱和熔化金屬的電化學(xué)過程。

氣焊氧-氫氧-乙炔空氣-乙炔是利用氣體火焰作熱源的焊接法，常用的是氧乙炔焊。乙炔與氧混合燃燒所形成的火焰為氧乙炔焰。按氧和乙炔混合(容積)比例不同火焰分三種。氣焊的特點(diǎn)是：設(shè)備簡單、搬運(yùn)方便、通用性強(qiáng)；火焰溫度低，加熱緩慢，加熱面積大，焊件變形大；接頭晶粒較粗，焊縫易產(chǎn)生氣孔、夾渣的缺陷，綜合力學(xué)性能較差；難于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，生產(chǎn)率低。氣焊通常只適用于焊接厚度小于5mm的薄板件、非鐵金屬及其合金和鑄鐵件的補(bǔ)焊，還可作為釬焊及鋼件表面淬火的熱源。鋁熱焊thermitewelding

用化學(xué)反應(yīng)熱作為熱源的焊接方法。待焊兩工件的端頭固定在鑄型內(nèi)鋁粉和氧化鐵粉混合物（稱鋁熱劑）放在坩堝內(nèi)加熱液態(tài)金屬（鐵）和熔渣(主要為Al2O3)，注入鑄型。液態(tài)金屬流入接頭空隙，形成焊縫金屬，熔渣則浮在表面上。鋁熱焊具有設(shè)備簡單、使用方便、不需要電源等特點(diǎn)，常用于鋼軌、鋼筋和其他大截面工件的焊接。

[鋼軌的鋁熱焊]鋁熱焊-表面改性無縫鋼軌模坯內(nèi)布入鋁粉和鐵紅(氧化鐵粉)，并使其混合，混合物

鋁熱劑；外加一個觸發(fā)火星點(diǎn)燃鋁熱劑，使其立即燃燒，燃燒波迅速蔓延并發(fā)生劇烈的放熱化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生很高的熱量。其化學(xué)反應(yīng)方程式為:Fe2O3

＋2Al＝Al2O3

＋2Fe＋836kJ

3Fe3O4

＋8Al＝4Al2O3＋9Fe＋3265kJ

鋁熱劑反應(yīng)后生成物

穩(wěn)定型α-Al2O3(即剛玉)和鐵。反應(yīng)所放出的熱量,如在絕熱條件下可使絕熱溫度高達(dá)3753K和3509K。這個溫度足以使模坯內(nèi)原來的物料以及反應(yīng)后的生成物(即使是熔點(diǎn)為2045℃的剛玉也不例外)全部變成熔液。這種化學(xué)反應(yīng)只有數(shù)秒鐘,熔融的反應(yīng)物在重力作用下,迅速按密度大小進(jìn)行分離。Fe的密度(7.85g/cm3)是α-Al2O3密度(3.95g/cm3)的2倍電渣焊electric-slagwelding電渣焊：利用電流通過熔渣所產(chǎn)生的電阻熱作為熱源，將填充金屬和母材熔化，凝固后形成金屬原子間牢固連接。在開始焊接時，使焊絲與起焊槽短路起弧，不斷加入少量固體焊劑，利用電弧的熱量使之熔化，形成液態(tài)熔渣，待熔渣達(dá)到一定深度時，增加焊絲的送進(jìn)速度，并降低電壓，使焊絲插入渣池，電弧熄滅，從而轉(zhuǎn)入電渣焊焊接過程。

缺點(diǎn)：

輸入的熱量大，接頭在高溫下停留時間長、焊縫附近容易過熱，焊縫金屬呈粗大結(jié)晶的鑄態(tài)組織，沖擊韌性低，焊件在焊后一般需要進(jìn)行正火和回火熱處理。電子束焊

Electric-beamwelding激光焊LaserWelding激光焊

利用激光與非透明材料相互作用，通過光能所產(chǎn)生的熱作為熱源，將填充金屬和母材熔化，凝固后形成金屬原子間牢固連接。相互作用：反射、吸收、熔化、汽化壓焊

pressurewelding壓焊pressurewelding

壓焊

焊接過程中必須對焊件施加壓力（加熱或不加熱）才能完成焊接的方法。焊接時施加壓力是其基本特征。第二種是不加熱，僅在被焊材料的接觸面上施加足夠大的壓力，使接觸面產(chǎn)生塑性變形而形成牢固的焊接接頭?！鋲汉?、爆炸焊、超聲波焊等。有兩種形式：一種是將被焊材料與電極接觸的部分加熱至塑性狀態(tài)或局部熔化狀態(tài)，然后施加一定的壓力，使其形成牢固的焊接接頭?！娮韬?、摩擦焊、氣壓焊、擴(kuò)散焊、鍛焊摩擦焊frictionwelding

利用摩擦產(chǎn)生的熱量使金屬發(fā)生熔化，并在壓力的作用下使金屬連接成型的技術(shù)。45＃焊接接頭整體形貌

爆炸焊接電阻電焊Spotwelding釬焊釬焊

焊接時采用比母材熔點(diǎn)低的釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)，但低于母材熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙，并與母材相互擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)連接的方法。其特征是焊接時母材不發(fā)生熔化，僅釬料發(fā)生熔化。根據(jù)使用釬料的熔點(diǎn)，釬焊方法又可分→→硬釬焊和軟釬焊。1.硬釬焊Brazing釬料熔點(diǎn)高于450oC的釬焊

硬釬焊。屬于這類的硬釬料有銅基、銀基、鋁基合金。硬鉛焊釬劑

硼砂、硼酸、氯化物等。硬釬焊接頭強(qiáng)度高，主要用于受力較大的鋼鐵及銅合金構(gòu)件的焊接，如焊接自行車、切削刀具等。2.

軟釬焊Soldering軟釬焊

釬料的熔點(diǎn)在450℃以下，接頭強(qiáng)度較低，一般不超過70ＭPa，工作溫度在100℃以下。常用的釬料為錫鉛合金，所以也稱為錫焊。釬料熔點(diǎn)低，滲入接頭間隙的能力強(qiáng)，具有較好的焊接工藝性能和導(dǎo)電性。軟鉛焊

廣泛用來焊接受力不大、常溫下工作的電子、電器、儀表等零件。0.2熔焊方法的物理本質(zhì)及其特點(diǎn)1．熔焊方法的物理本質(zhì)“焊接

通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件達(dá)到結(jié)合的一種加工方法。熔焊：（1）利用熱源

加熱被焊母材的連接處，使之發(fā)生熔化，利用液相之間的相溶及液、固兩相原子的緊密接觸來實(shí)現(xiàn)原子間的結(jié)合。壓焊：（2）對被焊母材的連接表面

施加壓力，在清除連接面上的氧化膜和污物的同時，克服兩個連接表面上的不平度，或產(chǎn)生局部塑性變形，從而使兩個連接表面的原子相互緊密接觸，并產(chǎn)生足夠大的結(jié)合力。如果在加力的同時加熱，則使得上述過程更容易進(jìn)行。釬焊：（3）對填充材料進(jìn)行加熱

使之熔化，利用液態(tài)填充材料對固態(tài)母材潤濕，使液、固兩相的原子緊密接觸，充分?jǐn)U散，從而產(chǎn)生足夠大的結(jié)合力。2．熔焊方法的特點(diǎn)與壓焊和釬焊方法相比，熔焊方法具有以下特點(diǎn)：（1）焊接時

母材局部在不承受外加壓力的情況下被加熱熔化：這一特點(diǎn)使熔焊方法既區(qū)別于壓焊方法，也區(qū)別于釬焊方法。

壓焊時，一般母材不發(fā)生熔化，雖然有些壓焊方法（如電阻點(diǎn)焊、縫焊）在焊接過程中母材局部也會被加熱至熔化，但同時還承受著外加壓力的作用。釬焊時，母材則根本不發(fā)生熔化，僅釬料發(fā)生熔化。（2）焊接時

采取更為有效的隔離空氣的措施：由于空氣對焊縫金屬有有害作用，因此各類熔焊方法均須考慮對焊縫金屬的保護(hù)問題。這是由于熔焊時金屬處于熔化狀態(tài)，而且其溫度相對于其他兩類方法來說更高，如果將其裸露在空氣中，能與空氣之間發(fā)生非常激烈的化學(xué)冶金反應(yīng)，因此，必須采取更為有效的隔離空氣措施才能保證焊縫質(zhì)量。已采取的保護(hù)措施有：①熔渣保護(hù)：即利用焊接材料產(chǎn)生的熔渣覆蓋在熔池、熔滴表面，使之與空氣隔離，例如埋弧焊、電渣焊等；②氣體保護(hù)：即由外界向焊接區(qū)通人氣體將空氣排開，例如鎢極惰性氣體保護(hù)焊、熔化極氬弧焊、CO2氣體保護(hù)電弧焊等；③氣渣聯(lián)合保護(hù)：即利用焊接材料在焊接時同時產(chǎn)生熔渣和氣體來進(jìn)行保護(hù)，例如焊條電弧焊和具有造氣成分的藥芯焊絲電弧焊等；④真空保護(hù)：真空電子束焊等。（3）兩種被焊材料之間須具有必要的冶金相容性：不是任意兩種成分的材料都可以實(shí)現(xiàn)熔焊的；

兩種材料：高溫液態(tài)時能形成互溶液體，冷卻凝固-冶金結(jié)合。

同種材料：具有很好的冶金相容性，因此容易實(shí)現(xiàn)熔焊；

異種材料：晶格類型、晶格參數(shù)、原子半徑及電負(fù)性方面存在較大差異，熔焊往往比較困難，有些材料之間甚至不能熔焊，例如鐵與鎂之間就很難直接進(jìn)行熔焊。（4）焊接時焊接接頭經(jīng)歷了更為復(fù)雜的冶金過程：熔焊時，焊縫金屬→加熱熔化→化學(xué)冶金過程→凝固→結(jié)晶過程→固態(tài)相變。

熱影響區(qū)→復(fù)雜的冶金過程，加熱引起的固態(tài)相變過程和由于冷卻引起的固態(tài)相變過程等。而壓焊和釬焊相對來說要簡單得多，雖然有些壓焊方法也有熔化過程，但由于是被固相金屬所包裹，通常不會發(fā)生像熔焊那樣復(fù)雜的化學(xué)冶金過程。本課程的任務(wù)掌握有關(guān)熔焊方法及設(shè)備的基礎(chǔ)理論、各種熔焊方法的原理、焊接設(shè)備、焊接材料、焊接工藝以及有關(guān)的實(shí)驗(yàn)技能。學(xué)生通過學(xué)習(xí)，能夠根據(jù)工程的實(shí)際需要，選用適宜的熔焊方法，選用和調(diào)試設(shè)備，選用焊接材料以及制定焊接工藝，初步具備分析和解決焊接生產(chǎn)實(shí)際問題的能力。本課程的主要內(nèi)容有：（1）基礎(chǔ)理論：焊接電弧、熔滴過渡、焊縫成形以及電弧焊自動控制等方面。（2）各種電弧焊方法：基本原理、焊接設(shè)備、焊接材料和焊接工藝。（3）焊接方法包括：埋弧焊、鎢極惰性氣體保護(hù)焊、熔化極氬弧焊、CO2氣體保護(hù)電弧焊和等離子弧焊，以及由它們派生出來的一些方法。（4）熔渣電阻熱作為熱源的電渣焊的基本原理、焊接設(shè)備、焊接材料和焊接工藝，以及由其派生出來的一些方法。（5）以高能束作為熱源的電子束焊和激光焊的基本原理、焊接設(shè)備和焊接工藝，以及由它們派生出來的一些方法。END熔化極－（iii）氬弧焊MIG、MAG

不熔化極－（i）鎢極氬弧焊TIGCO2氣體保護(hù)焊Carbon-dioxideArcWelding利用CO2作為保護(hù)氣體的氣體保護(hù)焊，如圖所示。它用焊絲作電極，靠焊絲與焊件之間產(chǎn)生的電弧熱熔化焊件和焊絲，以自動或半自動方式進(jìn)行焊接。CO2氣體保護(hù)焊的特點(diǎn)是焊接熱量集中，焊件變形小，質(zhì)量較高；焊絲送進(jìn)自動化，電流密度大，焊速快，生產(chǎn)率高；二氧化碳?xì)怏w比較便宜，焊接成本僅是埋弧自動焊的40%左右，成本低；操作簡便，適用范圍廣。CO2氣體保護(hù)焊缺點(diǎn)是飛濺較大，煙霧較多，弧光較強(qiáng)，很難用交流電源焊接，焊接設(shè)備比較復(fù)雜。CO2氣體保護(hù)焊主要用于焊接低碳鋼和強(qiáng)度等級不高的低合金結(jié)構(gòu)鋼。型號電源空載電壓螺柱直徑焊接速度重量外形尺寸YZHL-2100380Vφ380VM5-M216只/分270Kg890×640×1000暫載率5%60%100%工作電流（A）20001162375工作電壓（V）444135原邊電流（A）23614045輸入功率（KVA）1569330

型號電源空載電壓螺柱直徑焊接速度重量外形尺寸YZHL-1600380Vφ380VM5-M1612只/分170Kg850×500×760暫載率5%60%100%工作電流（A）1450410315工作電壓（V）443632原邊電流（A）1705038輸入功率（KVA）1123325型號電源空載電壓螺柱直徑焊接速度重量外形尺寸YZHL-2500380Vφ380VM5-M268只/分290Kg890×640×1000暫載率5%60%100%工作電流（A）2750755575工作電壓（V）444435原邊電流（A）3209045輸入功率（KVA）2106046壓焊－（i）電阻焊resistancewelding電阻焊：電阻點(diǎn)焊、電阻縫焊、電阻對焊：電阻點(diǎn)焊(resistancespotwelding)，簡稱點(diǎn)焊。是焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，電阻對點(diǎn)焊加熱的影響點(diǎn)焊的電阻是產(chǎn)生內(nèi)部熱源—電阻熱的基礎(chǔ)，是形成焊接溫度場的內(nèi)在因素。電阻縫焊seamwelding

焊件裝配成搭接或斜對接頭并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓焊件并轉(zhuǎn)動，連續(xù)或斷續(xù)送電，形成一條連續(xù)焊縫的電阻焊方法，稱為縫焊。也可以說，縫焊是點(diǎn)焊的一種演變。seamwelding縫焊有如下基本特點(diǎn)：縫焊與點(diǎn)焊一樣是熱－機(jī)械（力）聯(lián)合作用的焊接過程。相比較而言，其機(jī)械（力）的作用在焊接過程中是不充分的（步進(jìn)縫焊除外），焊接速度越快越明顯?？p焊焊縫是由相互搭接一部分的焊點(diǎn)所組成，因此焊接時的分流要比點(diǎn)焊嚴(yán)重的多，這給高電導(dǎo)率鋁合金及鎂合金的厚板焊接帶來困難。滾輪電極表面易發(fā)生粘損而使焊縫表面質(zhì)量變壞，因此對電極的修整是一個問題。由于縫焊焊縫的截面積通常是母材縱載面積的2倍以上（板越薄這個比率越大），破壞必然發(fā)生在母材熱影響區(qū)。因此，對縫焊結(jié)構(gòu)很少強(qiáng)調(diào)接頭強(qiáng)度，主要要求其具有良好的密封性和耐蝕性。閃光對焊

flashbuttwelding閃光對接是先通電，后接觸。通電后使兩焊件的端面逐漸靠近達(dá)到局部接觸，由于局部接觸點(diǎn)電流密度大，產(chǎn)生的電阻熱使金屬迅速熔化蒸發(fā)、爆破，呈高顆粒飛射出來，形成閃光。閃光一方面排除了氧化物和雜質(zhì)，另一方面使得對接處的溫度迅速升高。當(dāng)溫度分布到合適的狀態(tài)后，立刻施加頂鍛力，將對接處所有的液態(tài)物質(zhì)全部擠出，是純凈的高溫金屬相互接觸，在壓力下產(chǎn)生塑性變形和再結(jié)晶，形成焊接接頭。閃光對焊主要用于鋼軌、錨鏈、管子等的焊接，也可用于異種金屬的焊接。冷壓焊coldpressurewelding在常溫下只靠外加壓力使金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈塑性變形而形成接頭的焊接方法。加壓變形時，工件接觸面的氧化膜被破壞并被擠出，能凈化焊接接頭。所加壓力一般要高于材料的屈服強(qiáng)度，以產(chǎn)生60～90％的變形量。加壓方式可以緩慢擠壓、滾壓或加沖擊力，也可以分幾次加壓達(dá)到所需的變形量。冷壓焊由于不需加熱、不需填料，設(shè)備簡單；焊接的主要工藝參數(shù)已由模具尺寸確定，故易于操作和自動化，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)率高，成本低；不用焊劑，接頭不會引起腐蝕；焊接時接頭溫度不升高，材料結(jié)晶狀態(tài)不變，特別適于異種金屬和熱焊法無法實(shí)現(xiàn)的一些金屬材料和產(chǎn)品的焊接。冷壓焊已成為電氣行業(yè)、鋁制品業(yè)和太空焊接領(lǐng)域中最重要的有限幾種焊接方法之一。超聲波焊接ultrasonicwelding

利用超聲波的高頻振蕩能對工件接頭進(jìn)行局部加熱和表面清理，然后施加壓力實(shí)現(xiàn)焊接的方法。進(jìn)行超聲波焊時，通常由高頻發(fā)生器產(chǎn)生16～80KHz的高頻電流，通過激磁線圈產(chǎn)生交變磁場，使鐵磁材料在交變磁場中發(fā)生長度交變伸縮，超聲頻率的電磁能便轉(zhuǎn)換成振動能，再由傳送器傳至聲極；同時通過聲極對工件加壓，平行于連接面的機(jī)械振動起著破碎和清除工件表面氧化膜的作用，并加速金屬的擴(kuò)散和再結(jié)晶過程。適當(dāng)選擇振蕩頻率、壓力和焊接時間，即可獲得優(yōu)質(zhì)接頭由幾百至五千牛頓，焊件變形率一般低于3～5％。超聲波焊既可以焊接同種金屬，也可以焊接異種金屬，如鋁與銅、鋁與不銹鋼、鈦與不銹鋼等，還可以實(shí)現(xiàn)金屬與非金屬的焊接。金相分析表明，其焊接區(qū)具有適度冷作硬化后的細(xì)結(jié)晶組織特征，但無熔化跡象，而只是擴(kuò)散、相變、再結(jié)晶等固相冶金過程的結(jié)果。

CT2100B自動超聲波焊線機(jī)：充分應(yīng)對COB生產(chǎn)工藝快速發(fā)展而設(shè)計(jì)的一款產(chǎn)品，該產(chǎn)品2.5mil/63μm焊墊尺寸、2.7mil/68微米焊墊間距的微間距焊接能力，可輕松應(yīng)對0.18微米工藝晶片（超微距引腳）的挑戰(zhàn)，幫助客戶走在COB封裝生產(chǎn)技術(shù)的前沿。可選配的智能對點(diǎn)（IPR）功能，在產(chǎn)能、品質(zhì)和自動化水平方面為更佳方案。

超聲波焊ultrasonicwelding

根據(jù)焊點(diǎn)及聲極形狀和聲波傳輸特征，超聲波焊分點(diǎn)焊、線焊、環(huán)焊和縫焊等四種基本類型。超聲波焊接不會對焊件引起高溫?fù)p傷和污染，特別適用于金、銀、鋁、鉑、鉬合金細(xì)絲與硅片上金屬涂層之間的微型引線焊接并形成低電阻接頭，最宜焊接高導(dǎo)熱、導(dǎo)電材料，是微電子器件及電器制造中的重要連接方法，還可以焊接各種異種金屬接頭及塑料；耗用功率僅為電阻焊的5%左右，焊件變形小，強(qiáng)度穩(wěn)定性好；對工件表面清潔度要求不高。

但是，隨焊件厚度的增加，設(shè)備所需功率指數(shù)劇增，因此，只適于絲、箔、片等薄件焊接，除鋁外，一般可焊厚度上限為0.4～1.0mm；接頭形式一般為搭接接頭。超聲波焊機(jī)輸入功率由幾瓦至幾十瓦，可焊鋁合金厚度為幾毫米。超聲波焊廣泛應(yīng)用于電子器件中引線與鍺、硅上的金屬鍍膜的焊接，集成電路中各種金屬（鋁、銅、金、鎳）與陶瓷、玻璃上的金屬鍍膜的焊接，熱電偶焊接，化學(xué)活性物質(zhì)如炸藥、試劑、易爆品的封裝焊接等。爆炸焊接explosivewelding利用炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊力造成工件迅速碰撞而實(shí)現(xiàn)焊接的方法。20世紀(jì)50年代末期，在用爆炸成形方法加工零件時，發(fā)現(xiàn)零件與模具之間產(chǎn)生局部焊合現(xiàn)象，由此產(chǎn)生了爆炸焊接的方法。爆炸焊接時，通常把炸藥直接敷在覆板表面，或在炸藥與覆板之間墊以塑料、橡皮作為緩沖層。覆板與基板之間一般留有平行間隙或帶角度的間隙，在基板下墊以厚砧座。炸藥引爆后的沖擊波壓力高達(dá)幾百萬兆帕，使覆板撞向基板，兩板接觸面產(chǎn)生塑性流動和高速射流，結(jié)合面的氧化膜在高速射流作用下噴射出來，同時使工件連接在一起。爆炸焊分點(diǎn)焊、線焊和面焊。接頭有板和板、管和管、管和管板等形式。所使用炸藥的爆轟速度、用藥量、被焊板的間隙和角度、緩沖材料的種類、厚度、被焊材料的聲速、起爆位置等，均對焊接質(zhì)量有重要影響。爆炸焊所需裝置簡單，操作方便，成本低廉，適用于野外作業(yè)。爆炸焊對工件表面清理要求不太嚴(yán)，而結(jié)合強(qiáng)度卻比較高，適合于焊接異種金屬，如鋁、銅、鈦、鎳、鉭、不銹鋼與碳鋼的焊接，鋁與銅的焊接等。爆炸焊已廣泛用于導(dǎo)電母線過渡接頭、換熱器管與管板的焊接和制造大面積復(fù)合板。爆炸焊接

爆炸復(fù)合（又稱爆炸焊接）：兩種被復(fù)合的金屬在炸藥的爆轟作用下實(shí)現(xiàn)高速斜碰撞，從而在極短的時間內(nèi)（微秒量級）在碰撞點(diǎn)附近產(chǎn)生106~107/s的應(yīng)變速率、高達(dá)104GPa量級的高壓、并能使附近材料溫度急劇升高，其升溫速率達(dá)108-9K/s（存在局部熔化）、隨之在兩金屬間形成射流，清除（剝離）兩金屬表層的氧化膜和污染物使金屬露出有活性的清潔表面，碰撞產(chǎn)生的壓力足以使兩金屬在界面附近產(chǎn)生劇烈的局部塑性變形。在高溫、高壓和塑性變形的共同作用下，兩金屬形成牢固的冶金結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)異種金屬的復(fù)合。鍛焊forgewelding

將工件加熱到焊接溫度并予打擊，使接合面足以造成永久變形的固態(tài)連接。

擴(kuò)散焊diffusionwelding將焊件緊密貼合，在一定溫度和壓力下保持一段時間，使接觸面之間的原子相互擴(kuò)散形成聯(lián)接的焊接方法。影響擴(kuò)散焊過程和接頭質(zhì)量的主要因素是溫度、壓力、擴(kuò)散時間和表面粗糙度。焊接溫度越高，原子擴(kuò)散越快；焊接溫度一般為材料熔點(diǎn)的0.5～0.8倍。擴(kuò)散焊可在真空、保護(hù)氣體或溶劑下進(jìn)行，其中以真空擴(kuò)散焊應(yīng)用最廣。擴(kuò)散焊接壓力較小，工件不產(chǎn)生宏觀塑性變形，適合焊后不再加工的精密零件如超音速飛機(jī)上各種鈦合金構(gòu)件就是應(yīng)用超塑性成形-擴(kuò)散焊制成的擴(kuò)散焊的接頭性能可與母材相同，特別適合于焊接異種金屬材料、石墨和陶瓷等非金屬材料、彌散強(qiáng)化的高溫合金、金屬基復(fù)合材料和多孔性燒結(jié)材料等。擴(kuò)散焊已廣泛用于反應(yīng)堆燃料元件、蜂窩結(jié)構(gòu)板、靜電加速管、各種葉片、葉輪、沖模、過濾管和電子元件等的制造。摩擦焊frictionwelding

利用摩擦產(chǎn)生的熱量使金屬發(fā)生熔化，并在壓力的作用下使金屬連接成型的技術(shù)。45＃焊接接頭整體形貌

摩擦焊攪拌摩擦焊

（FrictionStirWelding）

攪拌摩擦焊所具有適合于自動化和機(jī)器人操作的優(yōu)點(diǎn)，不需要填絲、保護(hù)氣（對于鋁合金）可以允許有薄的氧化膜、對于批量生產(chǎn)，不需要進(jìn)行打磨、刮擦之類的表面處理非損耗的工具頭、一個典型的工具頭就可以用來焊接6000系列的鋁合金達(dá)1000米等。激光焊電子束焊40-600KV300KW

第1章焊接電弧

Chapter1WeldingArc

電弧的特性有關(guān)焊接電弧的基礎(chǔ)理論知識：電弧的物理本質(zhì)導(dǎo)電機(jī)構(gòu)電特性產(chǎn)熱機(jī)構(gòu)和產(chǎn)力機(jī)構(gòu)影響焊接電弧穩(wěn)定性的因素1.1焊接電弧的物理基礎(chǔ)1.1.1電弧的物理本質(zhì)焊接電弧

由焊接電源供給能量，在具有一定電壓的兩電極之間或電極與母材之間的氣體介質(zhì)中產(chǎn)生的強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象。

氣體放電

當(dāng)兩電極之間存在電位差時，電荷從一極穿過氣體介質(zhì)到達(dá)另一極的導(dǎo)電現(xiàn)象。氣體放電的伏安特性曲線電弧的物理本質(zhì)：在具有一定電壓的兩電極之間的氣體介質(zhì)中所產(chǎn)生的電流最大、電壓最低U、溫度最高T、發(fā)光最強(qiáng)的自持放電現(xiàn)象。1.1.2電弧中帶電粒子的產(chǎn)生兩電極之間要產(chǎn)生氣體放電必須具備兩個條件：（1）是必須有帶電粒子e，（2）是在兩極之間必須有一定的電場強(qiáng)度。電弧中的帶電粒子：電子e、正離子、負(fù)離子。引燃電弧和維持電弧燃燒的帶電粒子→→電子e和正離子。

帶電粒子主要是依靠電弧中（1）氣體介質(zhì)的電離、（2）電極的電子e發(fā)射兩個物理過程產(chǎn)生的。在電弧引燃和燃燒的過程中，除了存在電離和電子發(fā)射這兩個過程外，還伴隨有氣體解離、激勵、生成負(fù)離子、復(fù)合等過程。1．氣體的電離電離：在外加能量的作用下，使中性氣體分子或原子分離→→正離子和電子的現(xiàn)象。解離：當(dāng)氣體受到外加能量（如外加電場、光輻射、加熱等）作用時，氣體分子熱運(yùn)動加劇。

當(dāng)能量足夠大時，多原子的氣體分子就會分解→→原子狀態(tài)；H2→→2H

如果進(jìn)一步增大外加能量，中性原子發(fā)生→→電離或激勵。H→H+e激勵：當(dāng)中性氣體分子或原子受到外加能量的作用不足以使電子完全脫離氣體分子或原子時，而使電子從較低的能級轉(zhuǎn)移到較高的能級的現(xiàn)象。（電子躍遷）H→H*

（2）電離的種類根據(jù)外加能量種類的不同，電離可以分為以下三類：（1）熱電離：氣體粒子受熱的作用

產(chǎn)生的電離。氣體粒子由于受熱而產(chǎn)生高速運(yùn)動和相互之間激烈碰撞→→電離。

氣體粒子獲得熱能后，溫度將升高。根據(jù)氣體分子運(yùn)動理論，溫度升高意味著氣體粒子（包括中性粒子和帶電粒子）總體動能增大，平均運(yùn)動速度加快。

氣體粒子的平均運(yùn)動速度與溫度的關(guān)系：C：氣體粒子的平均運(yùn)動速度（cm/s）;T：氣體的熱力學(xué)溫度（K）;m：粒子的質(zhì)量（g）C平均=1.87*10-8

（T/m）1/22）場致電離當(dāng)氣體中有電場E作用時，氣體中的帶電粒子被加速，電能

帶電粒子的動能，當(dāng)其動能增加到一定程度時能與中性粒子產(chǎn)生非彈性碰撞，使之電離，這種電離稱為場致電離。在同一電場的作用下，電子e可以獲得4倍于離子的動能，

發(fā)生非彈性碰撞時的能量傳遞效率

與粒子的質(zhì)量有關(guān)，粒子越小，其將能量傳遞給被撞粒子的效率越高；在電場的作用下電子e

易引起中性粒子電離。當(dāng)電子e←→中性粒子發(fā)生碰撞時，將其全部動能→→中性粒子的內(nèi)能；

當(dāng)E電子的總能量>E中性粒子的電離能，中性粒子

發(fā)生電離。電弧中的場致電離現(xiàn)象←←主要是由于電子e與中性粒子的非彈性碰撞引起的。U空載E焊接電弧的構(gòu)造U空載=50-90V，3—5mm；E=102V/cm陰極區(qū)：10-5～10-6cm

電場強(qiáng)度：106～107V/cm陽極區(qū)：約為10-2～10-3cm

電場強(qiáng)度：~103～104

V/cm?；≈鶇^(qū)：長度很長，可以看成整個電弧的長度，其電場強(qiáng)度也比較小，通常只有5～10V/cm。溫度高達(dá)5,000～30,000K

焊接電弧是由陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)三部分構(gòu)成的（3）光電離中性粒子接受光輻射的作用而產(chǎn)生的電離→→光電離。氣體都存在一個能產(chǎn)生光電離的臨界波長，氣體的電離電壓不同，其臨界波長也不同，只有當(dāng)接受的光輻射波長小于臨界波長時，中性氣體粒子才可能被直接電離。臨界波長的數(shù)值可由下式確定：

0：臨界光輻射波長（nm);Ui：氣體的電離電壓（V）

0=1236/Ui2．電極表面電子的發(fā)射電子發(fā)射：電極表面接受一定外加能量作用，使其內(nèi)部的電子沖破電極表面的束縛而飛到電弧空間的現(xiàn)象。電子發(fā)射在陰極和陽極皆可能發(fā)生

：陽極發(fā)射出來的電子：因受到電場的作用，不能參加導(dǎo)電過程，陰極電子發(fā)射：電弧導(dǎo)電過程中起著特別重要的作用?！陔妶龅淖饔孟聟⒓訉?dǎo)電過程?！掷m(xù)向電弧供給能量，→電弧產(chǎn)熱→中性粒子電離→電子+正離子陰極發(fā)射電子*2．電極表面電子的發(fā)射

一般情況下，電子是不能自由地離開電極表面向外發(fā)射。要使電子飛出電極表面，必須給電子施予一定的能量，使它克服電極內(nèi)部正電荷對它的靜電引力。逸出功WW：eV

使一個電子從電極表面飛出所需要的最低外加能量

逸出功（WW）。I、熱發(fā)射?

SEM（1）金屬表面承受熱作用而產(chǎn)生電子發(fā)射的現(xiàn)象→→熱發(fā)射。金屬電極內(nèi)部的自由電子受到熱作用→→熱運(yùn)動加劇，動能增加；當(dāng)自由電子的E動能>WW，從金屬電極表面飛出

→→參加電弧的導(dǎo)電過程。電子發(fā)射→→從金屬電極表面帶走能量，故能對金屬產(chǎn)生冷卻作用

。當(dāng)電子被陽極金屬表面接受時，將釋放能量，使金屬表面加熱。帶走和釋放的能量在數(shù)值上均為iUw，其中i為發(fā)射的總電子流，Uw為逸出電壓。i=AT

2exp(-eUw/kT)電極材料對熱發(fā)射的影響熱發(fā)射的電流密度I熱發(fā)射

隨著T陰極溫度的升高而急劇增大的。

在實(shí)際焊接電弧中，T電極的最高溫度<T材料沸點(diǎn)（T熔點(diǎn)），對于具有不同熔點(diǎn)和沸點(diǎn)的電極材料，其熱發(fā)射的強(qiáng)度不同。鎢（T沸點(diǎn)=5950K，T熔點(diǎn)=3680K)、碳（T沸點(diǎn)=4200K）作陰極時，T陰極溫度

，陰極可以被加熱到很高的溫度（可達(dá)3500K以上），電弧陰極區(qū)的電子可以主要依靠陰極熱發(fā)射來提供，這種電弧通常稱為“熱陰極電弧”，電極被稱為“熱陰極型電極”。鋼（T沸點(diǎn)=3008K)、銅（T沸點(diǎn)=2868K)、鋁（T沸點(diǎn)=2770K）TiMg

作陰極時，T材料沸點(diǎn)（T熔點(diǎn)）

，T陰極溫度

，熱發(fā)射不能提供足夠的電子，這種電弧通常稱為“冷陰極電弧”，電極被稱為“冷陰極型電極”。對于冷陰極電弧，必須依靠其他方式來補(bǔ)充發(fā)射電子才能滿足導(dǎo)電的需要。II、場致發(fā)射當(dāng)陰極表面空間有強(qiáng)電場E存在并達(dá)到一定程度時，在電場的作用下，電子可以獲得足夠的能量→→克服陰極內(nèi)部正電荷對它的靜電引力→→沖破電極表面→→飛入電弧空間，并受到外加電場的加速，提高動能。這種從電極表面飛出電子的現(xiàn)象稱為場致發(fā)射。金屬表面場致發(fā)射的電子流密度i可以用下式表達(dá)：陰極區(qū)：10-5～10-6cm電場強(qiáng)度：106～107

V/cm

*III、光發(fā)射：當(dāng)金屬電極表面接受光輻射時，電極表面的自由電子e能量增加，當(dāng)電子e的能量達(dá)到一定值時能飛出電極的表面，這種現(xiàn)象稱為光發(fā)射。產(chǎn)生光發(fā)射時，由于電子發(fā)射吸收的是光輻射能，不從金屬表面帶走熱量，因而對電極沒有冷卻作用。電弧焊時，焊接電弧發(fā)出的光能夠引起電極產(chǎn)生光發(fā)射，但由于光亮不足夠強(qiáng)，因此，光發(fā)射在陰極電子發(fā)射中居于次要的地位。V、粒子碰撞發(fā)射：當(dāng)高速運(yùn)動的粒子（電子e或正離子）碰撞金屬電極表面時，將能量→→傳給電極表面的電子→→電子能量增加→→飛出電極表面，這種現(xiàn)象稱為粒子碰撞發(fā)射。*

焊接電弧中正離子→→撞擊陰極表面產(chǎn)生的電子發(fā)射是很典型的粒子碰撞發(fā)射。在陰極區(qū)通常有大量的正離子聚積，這些正離子在電場的作用下被加速，獲得較大動能，當(dāng)撞擊陰極表面時：→將其動能Wk傳遞給陰極；→釋放出電離能Wi：要從陰極表面奪取一個電子同自己復(fù)合→消耗逸出功Ww

：奪取一個電子要消耗逸出功Ww；→剩余的能量：Wk+Wi－Ww

；

當(dāng)W剩余能量>Ww大時，才可以再發(fā)射一個電子。Wk：正離子動能；Wi：正離子與電子中和時放出的電離能；Ww：逸出功。負(fù)離子的產(chǎn)生電弧中的帶電粒子除了電子和正離子之外，還有負(fù)離子。負(fù)離子是在一定條件下一些中性原子或分子吸附一個電子而形成的。中性粒子吸附電子形成負(fù)離子時，其內(nèi)部的能量不是增加而是減少。減少的這部分能量稱為中性粒子的電子親和能，通常是以熱或輻射能（光）的形式釋放出來。元素的電子親和能越大，越容易形成負(fù)離子。1.1.3電弧中帶電粒子的消失（1）空間復(fù)合（2）電極表面：

1.2焊接電弧的產(chǎn)生過程

電弧焊時，僅僅把焊接電源電壓加到電極與焊件兩端是不能產(chǎn)生電弧的，首先需要在電極與焊件之間提供一個導(dǎo)電的通道，才能引燃電弧。引燃電弧通常有兩種方式：

接觸式引弧

非接觸式引弧1.2.1接觸式引弧接觸式引弧→→短路引弧，常用于焊條電弧焊、埋弧焊SAW、熔化極氣體保護(hù)電弧焊GMAW等。操作方法：將焊條（或焊絲）和焊件分別接通于弧焊電源的兩極，將焊條（或焊絲）與焊件輕輕地接觸，然后迅速提拉（或焊絲自動爆斷），這樣就能在焊條（或焊絲）端部與焊件之間產(chǎn)生一個電弧。這是一種最常見的引弧方式。焊接電弧的形成：

短路

分離

燃弧1．短路階段

當(dāng)焊條（或焊絲）一旦接觸焊件→發(fā)生短路。焊條（或焊絲）端部表面和焊件表面都只是在幾個凸出的點(diǎn)上接觸，電流也只是從這些凸點(diǎn)流過;接觸點(diǎn)的面積S

↓↓，接觸點(diǎn)的電流密度j↑↑，→接觸點(diǎn)上產(chǎn)生電阻熱Q↑↑，→接觸點(diǎn)處的溫度T↑↑→發(fā)生熔化，形成液態(tài)金屬間層。

2．分離階段

在焊條（或焊絲）與焊件短路后，（1）焊條電弧焊或埋弧焊：一般是迅速將焊條（或焊絲）從焊件上稍稍提起，→液態(tài)金屬橫截面S↓↓減小，→電流密度j↑↑，→溫度T↑↑、→電磁收縮力↑↑，因而使液態(tài)金屬很快斷開；（2）熔化極氣體保護(hù)電弧焊：焊絲直徑一般較細(xì)，則會發(fā)生自動爆斷。在焊條（或焊絲）與焊件分離的瞬間，一方面焊條（或焊絲）與焊件之間的電場強(qiáng)度急劇增大；另一方面兩極之間能產(chǎn)生大量電離電壓較低的金屬蒸氣和藥皮蒸氣。因而，在強(qiáng)電場的作用下，能發(fā)生強(qiáng)烈的場致發(fā)射和場致電離，使帶電粒子數(shù)量大大增加。3.燃弧階段

兩極之間：有足夠強(qiáng)的電場作用，有足夠多的帶電粒子，就會引燃電弧。

電弧引燃后，溫度

，產(chǎn)生弧光

，各種形式的發(fā)射和電離均得到加強(qiáng)，正、負(fù)粒子分別跑向兩極。在這個過程中，帶電粒子的產(chǎn)生和消失交織在一起，各種能量的釋放和消耗交織在一起。經(jīng)過短暫的調(diào)整，帶電粒子的產(chǎn)生和消失、能量的釋放和消耗達(dá)到動態(tài)平衡，焊接電弧就進(jìn)入了穩(wěn)定燃燒階段。

在燃弧階段，由于電極為冷陰極型，因此電子發(fā)射仍以場致發(fā)射為主。1.2.2非接觸式引弧※在電極與焊件之間存在一定間隙，施以高電壓擊穿間隙使電弧引燃的方法；※常用于鎢極氬弧焊TIG、等離子弧焊PAW等。為了避免鎢極被污染或造成焊縫夾鎢，一般不允許鎢極與焊件接觸，此時只能采用非接觸式引弧?！墙佑|式引?。焊哳l高壓引弧和高壓脈沖引弧兩種方式。高頻高壓引?。弘妷悍逯狄话銥?000-3000V，每秒振蕩100次，每次振蕩頻率為150-260kHz；高壓脈沖引?。弘妷悍逯狄话銥?000-5000V，頻率為50Hz或100Hz。非接觸式引弧只包含激發(fā)和燃弧兩個階段。1.3焊接電弧的構(gòu)造及其導(dǎo)電機(jī)構(gòu)

1.3.1焊接電弧的構(gòu)造陰極區(qū)：只有10-5～10-6cm，電場強(qiáng)度可達(dá)106～107V/cm陽極區(qū)：約為10-2～10-3cm，電場強(qiáng)度比陰極區(qū)小得多，約為103～104V/cm。弧柱區(qū)：長度很長，可以看成整個電弧的長度，其電場強(qiáng)度也比較小，通常只有5～10V/cm。溫度高達(dá)5000～30000K，1.3.2焊接電弧的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)1．陰極區(qū)的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)陰極區(qū)的總電流是由電子流和正離子流共同組成的

。

電子流→→陰極發(fā)射主要

正離子→→弧柱區(qū)和陰極區(qū)自身氣體的電離。

I電子流/I總電流：取決于電極材料的種類、電流大小、氣體介質(zhì)等工作條件。

一般情況下，I電子流/I總電流=60%-80%。但是電弧種類不同時，該比率相差很大，有時可超過97.5%，有時可以認(rèn)為小到接近于零。陰極區(qū)的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)有以下三類：（1）熱發(fā)射型W、C等熱陰極型材料作為陰極，而且大電流時：能發(fā)生熱發(fā)射型導(dǎo)電。陰極區(qū)可以承受的T↑↑，

可以產(chǎn)生很強(qiáng)烈的電子熱發(fā)射。（1）電流I↑↑，陰極通過熱發(fā)射就能夠提供弧柱區(qū)所需要的電子流比率。（2）電子流比率約占99.9%：陰極表面以外的區(qū)域電流組成與弧柱區(qū)相同，其空間電荷總和為零，對外呈中性。（3）陰極表面導(dǎo)電區(qū)域的電流密度也與弧柱區(qū)相近（約為103A/cm2)，（4）在陰極表面不形成陰極斑點(diǎn)；（5）陰極壓降Uk↓↓，甚至為零。在大電流鎢極氬弧焊TIG時這種陰極導(dǎo)電機(jī)構(gòu)占主要地位。（2）場致發(fā)射型

當(dāng)采用Cu、Fe、Al、Ti等冷陰極型材料作為陰極，或采用W,C等熱陰極型材料作為陰極但電流比較小時，將主要發(fā)生場致發(fā)射型導(dǎo)電。冷陰極型電極→→其表面的溫度T↓↓→→表面不能產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱發(fā)射。最初電子供應(yīng)不足

，靠近陰極的區(qū)域正負(fù)電荷處于非平衡狀態(tài)：→正離子過剩并造成堆積，形成正的空間電荷；→在陰極表面前面形成局部較高的電場(陰極壓降Uk↑↑)。

只要陰極不能發(fā)出足夠的電子數(shù)量，正離子將繼續(xù)堆積，電場強(qiáng)度E↑將繼續(xù)增加。當(dāng)電場強(qiáng)度E↑↑時，就會使陰極表面的電子沖破束縛發(fā)射出來，即產(chǎn)生場致發(fā)射。

在陰極表面形成陰極斑點(diǎn)陰極斑點(diǎn)的定義

電弧放電時，負(fù)電極表面上集中發(fā)射電子的光亮極小區(qū)域。當(dāng)陰極材料熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較低，而且導(dǎo)熱性很強(qiáng)時，

T陰極溫度>T材料的沸點(diǎn)，金屬蒸發(fā)，溫度也不足以通過熱發(fā)射產(chǎn)生足夠數(shù)量的電子；

陰極將進(jìn)一步自動縮小其導(dǎo)電面積S

，直到在陰極導(dǎo)電面積前面形成密度很大的正離子空間電荷，形成很大的陰極壓降值Uk

，E

，足以產(chǎn)生強(qiáng)的電場發(fā)射；

場發(fā)射+熱發(fā)射電子，向弧柱提供足夠的電子流維持電弧燃燒。陰極將形成面積更小、電流密度更大的斑點(diǎn)（該斑點(diǎn)的電流密度達(dá)106～108A/cm2）來導(dǎo)通電流，這種導(dǎo)電斑點(diǎn)

稱為陰極斑點(diǎn)。

在用高熔點(diǎn)材料（W、C等）作陰極時，在焊接電流I↓，也可能產(chǎn)生上述的陰極斑點(diǎn)。

當(dāng)用低熔點(diǎn)材料（A1、Cu、Fe等）作陰極時，無論電流大小都可能產(chǎn)生陰極斑點(diǎn)。陰極表面將由許多分離的陰極斑點(diǎn)組成斑點(diǎn)區(qū)，斑點(diǎn)在斑點(diǎn)區(qū)以很高速度跳動（其速度可達(dá)104～105cm/s）。

陰極斑點(diǎn)跳動，總是自動選擇發(fā)射電子時消耗能量最低的點(diǎn)。如采用直流反極性焊鋁時，陰極斑點(diǎn)有自動尋找氧化膜的傾向

。（2）場致發(fā)射型從陰極發(fā)射出來的電子

：在比較強(qiáng)的電場強(qiáng)度作用下被強(qiáng)烈加速→向弧柱區(qū)（陽極方向）運(yùn)動。當(dāng)E動能>Wgas電離能時，有一部分電子就能在陰極區(qū)的終端（接近弧柱區(qū)的部位）與中性粒子發(fā)生激烈碰撞電離。與從弧柱區(qū)來的正離子→→向陰極運(yùn)動，使正離子流占陰極區(qū)總電流的比率大大增加。碰撞電離正離子電子與從陰極直接發(fā)射的電子→→向弧柱區(qū)方向運(yùn)動，使電子流的比率最終達(dá)到弧柱區(qū)電子流的比率（3）等離子型※這是低氣壓鎢極氬弧焊或使用冷陰極、小電流時容易產(chǎn)生的一種導(dǎo)電機(jī)構(gòu)。在這種情況下，在陰極的前方會出現(xiàn)一個很亮的球形區(qū)域，溫度很高，有時

甚至接近10000oC，在此處能產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱電離?！藭r陰極難以產(chǎn)生熱發(fā)射和場致發(fā)射：正離子→將其動能Wk傳遞給陰極；→釋放出電離能Wi：→陰極溫度T

→中性粒子則被彈回：回到陰極前方接近于弧柱區(qū)的一個區(qū)域，彈回的中性粒子將一部分熱量帶到這個區(qū)域，使這個部位溫度T

，

→高亮度輝點(diǎn)

，并引發(fā)強(qiáng)烈的熱電離→電子+正離子。（3）等離子型

即使陰極發(fā)射的電子很少或不發(fā)射電子，依靠正離子流仍然能維持足夠大的焊接電流。具有等離子型導(dǎo)電機(jī)構(gòu)電弧的陰極斑點(diǎn)的電流密度可以達(dá)到（3-7）×104A/cm2。如果增大電流到一定值，明亮的輝點(diǎn)將消，陰極斑點(diǎn)在陰極表面擴(kuò)展，電流密度降低。熱電離※電子※正離子電子進(jìn)入弧柱區(qū)，形成弧柱區(qū)所需要的電子流；正離子又飛向陰極，形成離子流。2．弧柱區(qū)的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)弧柱區(qū)

：電子、正離子、氣體原子、氣體分子及負(fù)離子；弧柱區(qū)的帶電粒子主要是電子和正離子。弧柱區(qū)的總電流是由約占99.9%的電子流和約占0.1％的正離子流組成的。在每個瞬間，每個單位體積內(nèi)的正、負(fù)帶電粒子數(shù)量是相等的，因此從整體上看，弧柱是呈電中性的。正因?yàn)榛≈w保持中性，使得電子流和正離子流通過弧柱區(qū)時，不受空間電荷電場的排斥作用，阻力小，因而使弧柱區(qū)的電壓降比較低。但是由于正離子的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)量，在相同電場的作用下正離子的運(yùn)動速度要比電子慢得多，這就導(dǎo)致弧柱區(qū)中的電子流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正離子流。3．陽極區(qū)的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)

電弧燃燒時，陽極區(qū)

：（1）接受電子：接受來自弧柱的占總電流99.9％的電子流；（2）形成正離子：要向弧柱區(qū)發(fā)送約占總電流0.1％的正離子流?！恳粋€電子到達(dá)陽極時，將向陽極釋放出相當(dāng)于電子逸出功的能量。陽極不能發(fā)射正離子，正離子只能由陽極區(qū)供給。※根據(jù)電弧電流密度的大小，陽極區(qū)可以通過兩種不同的方式提供正離子。（1）場致電離當(dāng)電流密度較小時，在陽極區(qū)難以發(fā)生熱電離過程，陽極前面的正離子不足

，正離子數(shù)少于電子數(shù)，因此陽極前方能形成負(fù)的空間電荷和空間電場，因此能產(chǎn)生一定的陽極壓降UA。陽極壓降UA

，來自弧柱區(qū)的電子

e

，E動能

。當(dāng)陽極壓降UA增加到一定程度時，其中有一部分電子與中性粒子發(fā)生碰撞后產(chǎn)生場致電離。與從弧柱區(qū)來的正離子

弧柱區(qū)

陰極運(yùn)動，使正離子流達(dá)到總電流的0.1％。陽極壓降UA不再繼續(xù)升高，而保持穩(wěn)定碰撞電離正離子電子電子+從弧柱來的電子

陽極（2）熱電離當(dāng)電流密度j較大時：陽極表面及其前面的溫度T↑↑，達(dá)到陽極材料的沸點(diǎn)，→發(fā)生蒸發(fā)，使陰極區(qū)充滿大量的蒸氣。金屬蒸氣中原子的電離能一般都比較低，→高溫的作用下容易發(fā)生電離。

電離→→電子+正離子

電離生成的電子與來自弧柱區(qū)的電子→陽極

，

生成的正離子→向弧柱區(qū)輸送。焊接電流I↑↑足夠大，陽極區(qū)熱電離完全滿足弧柱區(qū)對正離子流的需要；陽極區(qū)的壓降Ua↓↓，甚至→0。電弧與陽極接觸處不產(chǎn)生收縮，也不形成陽極斑點(diǎn)。大電流熔化極焊接和大電流鎢極氬弧焊時，陽極區(qū)的壓降~0。陽極壓降UA

與焊接電流有關(guān)外，

與電極材料的導(dǎo)熱性有關(guān)，在相同的條件下，陽極材料的導(dǎo)熱性越強(qiáng)，陽極壓降UA越大。陽極斑點(diǎn)的定義：電弧放電時，正電極表面上集中接受電子的光亮微小區(qū)域。陽極的作用（1）接受電子和（2）提供弧柱所需要的0.1%正離子流。當(dāng)采用低熔點(diǎn)材料作陽極時（Fe、Cu、A1等），金屬氣體的電離能大大低于一般氣體的電離能，在有金屬蒸氣存在的地方，更容易產(chǎn)生熱電離而提供正離子流，電子流也更容易從這里進(jìn)入陽極，陽極表面上的導(dǎo)電區(qū)將在這里集中而形成陽極斑點(diǎn)。陽極斑點(diǎn)電流密度比陰極斑點(diǎn)要小，其數(shù)量級一般為102～103A/cm2。對于低熔點(diǎn)陽極材料形成陽極斑點(diǎn)的條件（1）該點(diǎn)有金屬蒸發(fā)，（2）電弧通過該點(diǎn)弧柱消耗能量較低（亦即IELC較?。ｊ枠O斑點(diǎn)的移動不可能連續(xù)進(jìn)行，總是跳動形式。新的陽極斑點(diǎn)

總是自動尋找純金屬表面而避開氧化膜，因?yàn)榇蠖鄶?shù)金屬氧化物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)皆高于純金屬，而金屬氧化物的電離電壓較高。在小電流氬弧焊不銹鋼薄板時，易發(fā)生陽極斑點(diǎn)跳動現(xiàn)象，這是十分不利的。1.3.3最小電壓原理在電流和周圍條件一定的情況下，穩(wěn)定燃燒的電弧將自動選擇一適當(dāng)?shù)臄嗝?，以保證電弧的電場強(qiáng)度具有最小的數(shù)值，即在固定弧長上的電壓最小。這意味著電弧總是保持最小的能量消耗。利用最小電壓原理可以解釋電弧過程中的許多現(xiàn)象。

當(dāng)從外部向電弧吹風(fēng)使之強(qiáng)制冷卻時，會發(fā)現(xiàn)電弧會自動地縮小其斷面積，這正是由電弧的這一特性決定的。如果電弧不縮小其斷面，其表面積大，散失的熱量比較多，在電流一定的情況下就需要比較多地增加電場強(qiáng)度，以維持熱平衡。而如果斷面縮小了，能減少電弧表面散失的熱量，從而使電場強(qiáng)度增加的幅度減小。但是斷面又不能收縮得過小，否則電流密度過大，使電場強(qiáng)度增加得太多。最終的結(jié)果是電弧自動調(diào)節(jié)收縮的程度，以最小的電場強(qiáng)度增加達(dá)到能量增加與散熱量增大的平衡。最小電壓原理是：對一個軸線對稱的電弧，在給定的電流和邊界條件下，當(dāng)電弧處于穩(wěn)定狀態(tài)時，其弧柱直徑（D）或溫度（T）應(yīng)使弧柱電場強(qiáng)度（E）具有最小值。焊接電弧的基本特點(diǎn)為：1）U

：維持電弧穩(wěn)定燃燒的電弧電壓很低，只有10～50V。2）I

：在電弧中能通過很大電流，可從幾A～幾kA。3