现代电弧焊接方法及设备
焊接方法与设备第2章 焊条电弧焊知识讲解
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(2)BX1—300型弧焊变压器 BX1—300是动铁式弧焊变压器，它由一个口字形固定铁心和一
个梯形活动铁心组成，活动铁心构成了一个磁分路，以增强漏 磁使焊机获得陡降外特性。她的一次侧和二次侧绕组各自分成 两半，分别绕在变压器固定铁心上，一次侧绕组两部分串联接 电源，二次侧绕组两部分并联接焊接回路。 BX1-300焊机的焊接电流调节方便，仅需移动铁心就可满足电流 调节要求，其调节范围为75-400A，调节范围广。当活动铁心由 里向外移动而离开固定铁心时，漏磁减少，则焊接电流增大， 反之，焊接电流减少。其梯形动铁心相对固定铁心移动调节电 流大小，如图2-9所示。
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图2-9 动铁心相对固定铁心移动调节电流
Ⅰ—静铁心 Ⅱ—动铁心 δ—气隙长度
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2.弧焊整流器 (1)硅弧焊整流器 硅弧焊整流器是以硅二极管作为整流元件，利用降压变 压器将50Hz的单相或三相交流电网电压降为焊接时所需的低电压，经硅整 流器整流和电抗器滤波后获得直流电的直流弧焊电源。硅弧焊整流器曾一 度是直流弧焊发电机的替代产品之一，现有被晶闸管式弧焊整流器、弧焊 逆变器替代的趋势，其型号有ZXG—160、ZXG—400等。硅弧焊整流器的组 成如图2-10所示。
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三、 常用焊条电弧焊电源 1.弧焊变压器 (1)BX3—300型弧焊变压器 BX3—300型弧焊变压器属于动圈式，是生 产中应用最广的一种交流焊机，其外 形如图2-7所示。它是依靠一、二次 侧绕组间漏磁获得陡降外特性的。
图2-7 BX3—300型弧焊变压器外形 17
其结构如图2-8所示，它有一 个高而窄的口字形铁心。变压 器的一次侧绕组分成两部分， 固定在口形铁芯两芯柱的底部。 二次侧绕组也分成两部分，装 在两铁心柱的上部并固定于可 动的支架上，通过丝杆连接， 转动手柄可使二次侧绕组上下 移动，以改变一、二次侧绕组 间的距离，从而调节焊接电流 的大小。
电弧焊的辅助设备及常用工具
电弧焊的辅助设备及常用工具为了保证焊接过程的顺利进行，保障焊工安全,电弧焊时,焊工必须备有各种工具和附具。
一、电焊钳电焊钳的作用是夹住焊条和传导电流，焊钳的构造如图3-12所示，主要由上下钳口、弯臂、弹簧、直柄、胶布手柄及固定销等组成。
焊钳的构造好坏,对焊接质量影响很大，对此电焊钳的要求是:导电性能好、重量轻、夹住焊条要牢以及装换焊条方便等。
常用电焊钳的型号及规格如表3-4所列，其导电部分用紫铜制成,焊钳的外壳均用胶布粉压制的绝缘罩壳保护，共中上下钳口的罩壳用绝缘耐热的纤维塑料压制而成，电焊钳依靠弹簧的弹力，牢固地夹住焊条。
二、焊接电缆焊接电缆的作用是传导焊接电流，对焊接电缆有下列要求：（1）—般要求使用紫铜软线，并具有一定的截面积和足够的导电能力。
（2）要容易弯曲和柔软性好,便于爆工操作，减低劳动强度。
（3）绝缘性良好，以免产生短路而损坏电焊机。
电焊机采用两根焊接电缆，一根接到电焊钳上，另一根接到焊件上。
连接焊件的电缆也可用金属板代替，但与电焊机接线柱的连接必须采用一根较短的电缆，然后再与具有足够导电截面的金属板连接，以保证良好导电。
焊接电缆的长度应根据工作时的具体情况选定,但不要过长。
电缆的截面积大小应根据焊接电流大小决定，如表3-5所列。
二、面罩及护目玻璃面罩的作用是保护焊工的面部，免受强烈的电弧光和金属飞溅的灼伤。
面罩有手持式和头戴式两种形式，如图3-13所示,是常用的的面罩。
另外在特殊工作环境中，如通风不畅通,焊接密封容器内部时，则通常选用封闭送风式面罩（图3-14）和输气式全封闭面眾（阁3-15），从而保护焊工不受有害气体及光的损害。
面罩是由轻而坚韧的深褐色或暗红色纤维纸板制成。
在面罩的正面有安置护目玻璃片的铁框,内有弹簧钢片压住护目玻璃，起固定作用。
1.护目玻璃片也称黑玻璃，用来减弱电弧光的强度，而且还过滤了红外线和紫外线。
焊接时焊工通过护目玻璃观察熔池情况，掌握焊接过程而不会使眼睛受弧光灼伤。
焊接方法与设备
第七章 焊接方法与设备1. 焊条电弧焊 SMAW1.1 工艺特点：灵活性好，可全位置焊接，操作可达性好，复杂结构的各种接头适用范围广，可焊接工程所用的绝大部分金属材料。
质量控制好，接头性能可以达到与母材同等性能要求 生产率较低，熔敷速度和熔敷系数较低，有焊条头损耗 操作技能要求高。
1.2 焊接设备1.2.1 电源的外特性：在其他参数不变情况下，焊接电源的输出电压与输出电流之间的关系。
电源的动特性：由焊接回路中的感抗存在，因而弧焊电源的输出电流和输出电压不可能迅速地按外特性曲线变化，而时要经过适当的延时在能在外特性曲线上的某一点稳定下来的特性。
电弧的静特性：当弧长一定时，两电极间总电压与电流之间的关系曲线称为电弧的静特性曲线。
电弧稳定燃烧时对电源 外特性的要求电弧的静特性曲线焊接电源陡降外特性弧长1-2弧长1-51801501209060305040302010U/v电源的负载持续率：工作时的负载时间与总时间之比。
1.2.2 交流弧焊电源：动铁式弧焊变压器——BX1型 动圈式弧焊变压器——BX3型 抽头式弧焊变压器——BX6型 弧焊整流器：动圈式弧焊整流器——ZXG3型 晶闸管弧焊整流器——ZX5型逆变式（变频式）弧焊整流器——ZX7型1.2.3 焊条：药皮在焊接时熔化形成熔渣，按熔渣中酸性氧化物和碱性氧化物的比例，熔渣为酸性的焊条称为酸性焊条，反之为碱性焊条。
酸性焊条：以酸性氧化物为主的焊条，工艺性好，可交直流两用，电弧柔和，飞溅小，熔渣流动性好，易于脱渣，焊缝外表美观，不易产生气孔，但焊接时合金元素烧损多，熔敷金属塑性韧性较差。
碱性焊条：以碱性氧化物和氟化钙为主的焊条。
低氢型焊条（包括低氢钠型、低氢钾型和铁粉低氢型）是碱性焊条。
一般要求直流反接，只有当药皮中加入稳弧剂后才可采用交直两用。
碱性焊条脱硫能力强，熔敷金属抗热裂、冷裂和塑性韧性较好。
碳钢焊条GB/T5117-1995, 低合金钢焊条GB/T5118-1995, 不锈钢焊条GB/T983-1995 J422 结构钢 420MPa/mm 2 氧化钛钙型 交直流 J506 结构钢 490MPa/mm 2 低氢钾型 交直流 J507 结构钢 490MPa/mm 2 低氢钠型 直流2、焊条药皮的类型：E43×× E-焊条≥420MPa/mm2E50×× E-焊条≥490MPa/mm2焊条直径：1.6、2.0、2.5、3.2、4.0、5.0、5.8.。
焊接方法与设备使用实训指导书
焊接方法与设备使用实训指导书实训一焊条电弧焊方法与设备的操作实训一、实训目的1．掌握焊条电弧焊设备及用具使用方法；2．掌握焊条电弧焊的点燃、调节、保持和熄灭方法。
3．掌握低碳钢普通低合金钢的平对接焊条电弧焊的基本操作技能。
二、实训内容1．焊条电弧焊设备及用具使用练习；2．焊条电弧焊的点燃、调节、保持和熄灭练习；3．碳钢普通低合金钢的平对接焊条电弧焊的基本操作练习。
三、实训相关知识（一）焊条电弧焊设备实训对照实物，了解常用焊条电弧焊设备的各个组成部分，了解焊机的结构，各部分的工作情况，调整范围和方法。
（二）焊条电弧焊基本操作实训1.引弧引弧方法通常有两种(1) 直击法：将焊条与工件保持一定距离，然后垂直落下使之轻轻敲击工件，发生短路，在迅速提起焊条产生电弧的引弧方法。
(2) 擦划法：将焊条象擦火柴一样擦过焊件表面，随即将焊条提起距焊件表面4—5毫米便产生电弧。
直击法擦划法2. 焊接过程中，焊条同时进行以下几种运动：运条的三个基本要素:（1）焊条的送进（2）沿焊缝方向移动（3）焊条的摆动电弧的高度：应保持在焊条直径的0.5-1倍，3-5mm1向下送进 2沿焊接方向移动 3横向移动 4焊条 5工件常用的运条方法：1）直线形运条法2）直线反复形3）月牙形4）锯齿形5）三角形6）圆圈形3. 收弧(1) 将焊条端部逐渐往坡口边斜前方拉，同时逐渐抬高电弧，以逐渐缩小熔池。
这样，由于熔池的缩小，液体金属量减少及热量的降低，就使熄弧处不致产生裂纹、气孔等。
(2) 用灭弧法堆高弧坑的焊缝金属使熔池饱满过度，焊好后，应将多余的部分锉去或铲去。
3、平焊（平敷焊）：水平面上的水平位置的焊接称平焊。
平焊：对接平焊、角接平焊、搭接平焊、等（1）掌握对接平焊的操作要领。
（2）焊接时，焊条的角度、焊接时的焊接电流、工艺参数等（3）电流的调节，焊接的工艺参数，焊缝外观尺寸的要求。
接平焊对：一般分不开坡口和坡口对接两种。
当板厚小于6mm时不开坡口，当厚度大于或等于6mm时应开坡口。
mag焊原理及设备
mag焊原理及设备Mag焊是一种常用于金属材料的焊接方法。
它是利用磁力影响电弧的运动轨迹，从而实现对焊接过程的控制。
本文将介绍Mag焊的原理及相关设备。
一、Mag焊的原理Mag焊是通过电弧加热金属材料，并利用电流产生的磁场将电弧极化，从而影响电弧在焊缝上的运动轨迹。
电弧在电磁力的作用下，会受到偏转，从而实现对焊接过程的控制。
Mag焊的原理主要有以下几个方面：1. 磁场偏转作用：当电流通过电弧时，会产生一个磁场。
这个磁场会与焊接区域的磁场相互作用，从而使电弧偏转。
通过调节焊接电流大小和方向，可以控制电弧的移动方向和速度。
2. 磁场力作用：电弧中的电流会受到磁场力的作用，这个力使电弧在焊缝上产生一个横向的推力，从而使电弧偏转。
通过调节焊接电流大小和方向，可以控制电弧的推力大小和方向。
3. 磁场热效应：电流通过电弧时会产生热量，这个热量会使焊缝产生熔化，并形成焊接接头。
通过调节焊接电流大小和焊接速度，可以控制焊接接头的熔化情况和形状。
二、Mag焊的设备Mag焊的设备主要包括焊接电源、焊接枪和气体保护装置。
1. 焊接电源：焊接电源是Mag焊的核心设备，它提供所需的电流和电压。
焊接电源一般采用交流电源或直流电源。
交流电源适用于焊接铝材等材料，而直流电源适用于焊接钢材等材料。
焊接电源还可以根据焊接工艺的不同，调节焊接电流和焊接时间。
2. 焊接枪：焊接枪是将电流输送到焊接区域的设备。
它由电极、电缆和喷嘴组成。
电极是焊接枪的核心部件，它通过电缆与焊接电源相连接，将电流输送到焊接区域。
喷嘴则起到保护电弧和焊缝的作用，防止氧气和其他杂质进入焊接区域。
3. 气体保护装置：Mag焊常用的气体保护装置有惰性气体保护和活性气体保护。
惰性气体保护主要用于焊接不锈钢、铝和镍等材料，常用的惰性气体有氩气和氩氩混合气。
活性气体保护主要用于焊接碳钢和低合金钢等材料，常用的活性气体有二氧化碳和氩气二氧化碳混合气。
总结：Mag焊是利用磁力影响电弧的运动轨迹，实现对焊接过程的控制。
不锈钢薄板氩弧焊焊接技术
不锈钢薄板氩弧焊焊接技术一、引言不锈钢薄板在现代工业生产中应用广泛，而氩弧焊是一种常用的焊接方法。
本文将介绍不锈钢薄板氩弧焊焊接技术的原理、设备和操作步骤。
二、原理不锈钢薄板氩弧焊是利用交流或直流电弧，在保护气体的保护下进行的一种焊接方法。
氩气被用作保护气体，以防止焊缝被空气中的氧气、氮气等污染。
同时，焊丝通过电弧加热熔化，填充到焊缝中，形成均匀的焊接。
三、设备进行不锈钢薄板氩弧焊焊接时，需要准备以下设备：1. 氩弧焊机：用于产生焊接所需的电流和电弧。
2. 气体罐：储存氩气，供给氩气作为保护气体。
3. 气体流量计：用于调节氩气的流量，保证焊接过程中的气体保护效果。
4. 焊接工具：包括焊枪、电缆、钳子等，用于操作焊接过程。
四、操作步骤1. 准备工作在进行不锈钢薄板氩弧焊焊接前，首先要进行准备工作：1.1 清理工作区域，确保焊接过程中没有杂物和油脂，以免影响焊接质量。
1.2 检查焊机、气体罐和焊接工具是否正常工作，确保安全可靠。
1.3 准备好所需的焊接材料，包括焊丝和填充材料。
2. 调节焊机和气体流量2.1 将焊机接通电源，并根据焊接要求调节焊接电流和电压。
2.2 打开气体罐阀门，调节气体流量计，使氩气的流量适中，保证焊接过程中的气体保护效果。
3. 焊接操作3.1 将焊丝装入焊枪，并将电缆连接到焊枪和焊机上。
3.2 将焊枪对准要焊接的位置，按下焊枪的扳机，开始焊接。
3.3 控制焊接速度和焊丝的进给速度，使焊缝均匀而稳定。
3.4 在焊接过程中，保持焊枪和焊缝的角度适当，以确保焊接质量。
3.5 焊接完成后，断开电源，关闭气体罐阀门，清理焊接区域。
五、注意事项1. 在进行不锈钢薄板氩弧焊焊接时，要注意安全防护措施，佩戴焊接手套、面罩等防护装备。
2. 焊接时要保持焊接区域的清洁，防止杂质进入焊缝，影响焊接质量。
3. 焊接速度和焊丝进给速度要适当控制，以确保焊缝的质量。
4. 在更换焊丝时，要注意选择适当的焊丝规格和材质，以满足焊接要求。
《焊接方法及设备》教案
《焊接方法及设备》教案目录绪论 (8)一、......................................................... 基本要求8二、..................................................... 基本概念：8三、................................................................ 重点8四、................................................................ 难点9五、............................................................. 学时数9六参考资料 (9)七辅助资料 (9)八基本内容 (10)第一章 .................................................... 焊接电弧12 一基本要求.. (12)二基本概念 (12)三难点 (12)四重点 (13)五学时数 (13)六参考资料 (13)七辅助资料 (13)第二章焊丝的加热及熔滴过渡 (35)一、基本要求 (35)二、基本概念 (36)三、重点 (36)四、难点 (36)五、............................................... 学时数：4小时36六、......................................................... 参考资料36七、......................................................... 辅助资料36八本章要点 (37)第三章母材熔化和焊缝成形 (47)一、基本要求 (47)二、基本概念 (48)三、重点 (48)四、难点 (48)五、学时数 (48)六、参考资料 (49)七、......................................................... 辅助资料49八本章要点 (49)第四章焊条电弧焊一、基本要求 (479)二、基本概念 (489)三、重点 (489)四、难点 (489)五、学时数 (489)六、参考资料 (499)七、......................................................... 辅助资料499八本章要点49第五章埋弧焊 (71)一、基本要求 (71)二、基本概念 (72)三、重点 (72)四、难点 (72)五、学时数 (73)六、......................................................... 参考资料73七、......................................................... 辅助资料73八本章要点 (73)第六章钨极氩弧焊 (100)一、基本要求 (100)二、基本概念 (100)三、重点 (100)四、难点 (100)五、学时数 (101)六、......................................................... 参考资料101七、......................................................... 辅助资料101八本章要点 (101)第七章熔化极氩弧焊 (130)一、基本要求 (130)二、基本概念 (130)三、重点 (131)四、难点 (131)五、学时数 (131)六、......................................................... 参考资料131七、......................................................... 辅助资料131八本章要点 (132)第八章二氧化碳气体保护焊 (157)一、基本要求 (157)二、基本概念 (157)三、重点 (157)四、难点 (158)五、学时数 (158)六、......................................................... 参考资料158七、......................................................... 辅助资料158八本章要点 (158)第九章等离子弧焊接 (180)一、基本要求 (180)二、基本概念 (180)三、重点 (180)四、难点 (180)五、学时数 (180)六、......................................................... 参考资料180七、......................................................... 辅助资料181八本章要点 (181)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。
焊接方法与设备——焊接电弧
焊接方法与设备——焊接电弧焊接是指通过加热和熔化金属材料，然后使其冷却并连接在一起的工艺。
焊接是一种常见的金属连接方法，在各行各业都有广泛应用。
本文将讨论焊接的电弧方法以及相关的设备。
焊接电弧是一种利用电弧产生高温熔化金属来连接材料的方法。
电弧是高温电流通过两个电极之间的间隙产生的一种放电现象。
在焊接电弧过程中，电弧产生的热量将会导致被焊接材料的熔化，并通过冷却形成永久性连接。
在焊接电弧方法中，最常见的是手工电弧焊和半自动电弧焊。
手工电弧焊是一种使用手工操作的焊接方法，适用于各种材料和厚度。
为了进行手工电弧焊，需要以下设备：1.电源：电源产生高电压和电流来维持电弧的稳定。
2.电极：电极是连接到电源的导电材料，通常是由焊条或电弧焊丝组成。
焊条和电弧焊丝含有焊接所需的熔化金属。
3.手持电弧焊枪：电弧焊枪是手工电弧焊的主要工具。
它包括一个手柄和一个电极夹持装置。
4.气缸和流量控制器：用于提供惰性气体保护焊接区域，以防止氧气与电弧反应。
手工电弧焊的过程通常包括以下步骤：1.准备工作：清理和准备被焊接的材料表面，以确保良好的焊接质量。
2.设置电流：根据焊接材料的类型和厚度，设置合适的电流。
3.点火：将电极放在材料上，通过触发电极上的电源按钮或踏板来产生电弧。
4.焊接：移动电弧焊枪，使其在焊接区域上形成适当的焊缝。
5.控制焊缝：根据需要，控制焊接速度和角度，以获得所需的焊接质量。
半自动电弧焊是一种介于手工电弧焊和自动电弧焊之间的焊接方法。
在半自动电弧焊中，焊条通过自动送丝机送入电弧区域，焊工则负责控制焊接速度和方向。
半自动电弧焊主要用于工业生产，其设备包括以下部分：1.电源和送丝机：电源产生高电压和电流，以供给电弧焊机。
送丝机控制焊丝的送进速度。
2.电极：焊丝通过送丝机传送到焊接电弧区域。
3.焊枪：焊枪用于保护气体和焊接操作。
焊工通过手柄控制焊接速度和方向。
半自动电弧焊的过程类似于手工电弧焊，不同之处在于焊条的自动供给。
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焊接技术的应用行业==汽车
焊接技术的应用行业==航天
焊接技术的应用行业==航空
焊接技术的应用行业==铁路、工程机械
图0-8 推土机后桥箱的焊接结构
图0-9 CO2气体保护焊弧焊机器人焊接推土机后桥箱
图0-1 铝合金轻轨车辆焊接结构
图0-2 铝合金轻轨车辆自动氩气保护电弧焊接过程
图0-3核电站的焊接部件
焊接是指通过加热或加压，或两者并用，并且用 或不用填充材料，使焊件达到结合的一种方法。
图0-10 焊接方法分类
Middle Ages
钎焊和锻焊是人类最早使用的方法。早在5000年前，古埃及已经
用银铜钎料钎焊管子，在4000年前，用金钎料连接护符盒。我国 在公元前5世纪战国时期，已经使用锡铅合金焊接铜器，从河南辉 县玻璃阁战国墓出土的文物证实，其殉葬铜器的本体，耳、足用 钎焊连接。明代科学家宋应星的《天工开物》对钎焊和锻焊技术 作了详细描述。但作为一个技术应用学科及基本制造技术取得长 足进步，却是在20世纪50年代以后。
1.1.4 按等离子体电离的程度分类
①完全电离等离子体：指几乎所有分子(或原子)
都电离成电子和离子。
②部分电离等离子体：指部分分子(或原子)电离 成电子和离子，其它为中性分子，实际上1％的电离 度就可使电导率接近完全电离时的电导率。 ③弱电离等离子体：指只有少量分子(或原子)电 离。
1.2 气体粒子的运动及其温度
图0-4 核岛压力容器
图0-5 核岛压力容器双丝窄间隙埋弧自动焊过程
焊接技术的应用行业==造船
焊接技术的应用行业==电站、化工、管道
图0-7 西气东输焊接工程
0.2 电弧焊接方法的发展历程（History Of Welding） 螺钉、键、销钉等连接方式属于可拆连接，它们 通常不用于制造金属结构，而是用于零件的装配和定 位。不可拆连接有铆接、焊接和粘接等几种方式，它 们通常用于金属结构或零件制造。 铆接指使用铆钉连接两件或两件以上工件的方法， 工序复杂、结构笨重、材料消耗也较大； 粘接是使用金属修补剂实现金属与金属和金属与 非金属的固体界面相连接的技术。
N N 0e
x/
说明了在具有一定平均自由程的气体粒子系统中， 具体的一个粒子在不同自由程下发生的概率密度。
1.2.4 气体粒子的碰撞
碰撞传递：气体粒子在运动中发生碰撞而传递能量。 弹性碰撞：动能较低 非弹性碰撞：部分或全部动能转换为内能，内能大于 激励电压则粒子被激励，如果此能量大于电离电压则粒 子将被电离。 电子的质量远远小于气体原子、离子或分子，因 此当具有足够动能的电子与中性粒子进行非弹性碰撞， 这时电子的动能基本上全部传递给气体粒子，转换为中 性粒子的内能，引起其电离或激发，成为破坏粒子结构 的最有效碰撞。
1930年 1930年，苏联罗比诺夫发明埋弧焊；1935年，美国Linde Air Products公司完善了埋弧焊技术。此后，焊接技术应用范围迅速 扩大，在许多方面开始取代铆接并成为机械制造工业的基础加工 工艺。
1940年
20世纪40年代初，惰性气体保护电弧焊开始在生产中大量运用； 进入50年代以后，随现代工业和科学技术迅猛发展，电弧焊接方 法得到更快发展，1941年，美国人Meredith发明了钨极惰性气体 保护电弧焊（氦弧焊）； 1950年 1953年出现了二氧化碳气体保护焊；1954年自保护药芯焊丝在美 国Lincoln电气公司投入生产；1957年美国、英国和俄罗斯都在熔 化极气体保护焊短路过渡工艺中使用了CO2作为保护气体；1957年 出现了以等离子弧作为热源的等离子弧焊接和切割； 1960年
图1-3 不同放电形式的伏安特性曲线
电弧放电：电流密度大、阴极电压低，仅约为10V。
其电流密度有几百至几万安培每平方厘米；常压下 电弧在相当低的电压下(约几十伏)就可以燃烧，此 外，还具有产生高温(5000～30000K)等特点，所以 非常适合焊接需要。
辉光放电：电流密度几十微安，阴极电压降约为
1962年气电立焊的专利权授予了比利时人Arcos；1964年，热丝焊 接方法和协调控制熔化极气体保护焊接方法的专利权授予了美国 人Manz；1969年热丝等离子弧喷涂工艺首次由美国的联合碳化物 集团麾下的Linde公司提出；1970年晶闸管逆变焊机问世。
Most Recent
20世纪80年代以后，一方面，对现有电弧焊接方法进行完善， 使之更为有效、方便、经济实用；另一方面，人们更积极有效开 发新的热源，例如采用两种热源叠加、等离子弧加激光、电弧加 激光等，如图0-11所示。
1.2.1 气体粒子动能和温度的关系
1 3 2 mC kT 2 2
其中C是气体粒子运动的均方根速度，
1.2.2 麦克斯韦速度分布规律
分布曲线如图1-2，横坐标是粒子速度，纵坐标 是具有某一速度的粒子存在的概率。
图1-2 气体粒子运动速度的麦克斯威尔曲线分布
c 4 2 c2 F ( ) 年10月，瑞典人O. Kjellberg 完善了焊条（在用来作为填 充金属及导电电极的金属棒外面涂上具有稳弧、保护等功能的药 皮）；1909 年，Schonherr 发明了等离子弧（使用一个气体涡 流稳流器后产生的电弧）；1926年，美国Alexandre发明CO2气体 保护焊原理；1926年，由美国的A.O.Smith公司率先介绍了在电 弧焊接用金属电极外使用挤压方式涂上起保护作用的固体药皮 （即手工电弧焊焊条）的制作方法；
c c C ；c—气体粒子的实际速度；C0 — 0
气体粒子的基准速度，大小为 速度；
2 C ；C—气体粒子平均 3
c —某一速度粒子数与总粒子数之比。
1.2.3 平均自由程
各个粒子自由程的平均值，被称为平均自由程λ 。假设 有半径分别为 rA 和 rB 的两种粒子，B粒子静止且空间密度为 n，A粒子以一定速度 A 运动，则粒子A自由程大小为：
电离电压和激励电压
–对于氢原子Ui=13.6V
2 me Ui 2 h
2
3
表1-2 常见分子和原子的电离电压（括号中为二次电离电压）
粒子 粒子 电离电压（V） 种类 种类 H He Li B C N 13.5 24.5(54.2) 5.4(75.3) 8.30 11.26(24.4) 14.53 Ar K Ca K Ni Cr 电离电压 （V） 15.7 4.3 6.1 4.34 7.6 7.7 粒子 种类 H2 O2 N2 H2O O2 Cl2 电离电压 （V） 15.4 12.2 15.5 12.6 12.2 13
1.3 气体的电离 1.3.1 气体放电的分类
按是否需要外界电离源来维持放电划分： 非自持放电：由外界电离源所引起的，呈暗放电 状 态，当外界电离源取消后，放电就立刻停止； 自持放电：当电流大于一定数值时，气体导电过 程本身就可产生维持导电所需要的带电粒子，即使取 消了外界电离源，放电过程仍可继续维持下去。 自持暗放电 辉光放电 电弧放电
电弧是在一定条件下电荷通过两电极间气体的一 种导电过程，或者说是一种气体放电现象。
电弧放电
直流放电形式及电流与电压的关系
1.1 物质的状态及等离子体基础
第一态（固态） 分子平均动能 > 晶体结合能
第二态（液态）
第三态（气态）
分子平均动能 > 范德瓦尔力键结合能
第四态（等离子体态）：粒子平均动能 > 电离能
焊接已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品
的质量、可靠性和寿命以及生产的成本、效率和市场 反应速度。
焊接结构具有重量轻、成本低、质量稳定、生产周期
短、效率高、市场反应速度快等优点，焊接结构的应 用日益增多。
与铆接相比它可以节省大量金属材料，大约可减轻15-
20%的金属材料，因为它不需要辅助材料；
以氢原子为例，电子围绕原子核做圆周运动，根据离心力和静 电力相平衡的原则，以及量子理论，有：
e2 mv 2 2 r r
H：普朗克常数
2 r mv nh
激励能：
2 2 me4 1 wex (1 2 ) 2 h n
电离能：
2 me wi ,n 2 h
2 4
200～300V，在低气压时需要几百伏电压，在高气 压时则需几万伏电压。
1.3.2 电弧中气体的电离与激励现象
电离(Ionize) 中性粒子存在于电弧空间（气隙中），当处于高能 量状态时，其电子轨道上的电子脱离约束，分离成 电子和离子 激励(Excite) 原子中的电子接受外部能量，从较低能级跃迁到较 高能级
1.1.1按温度高低分类
（1）高温等离子体 106 108 K 之间的等离子体； 指粒子温度在 （2）低温等离子体 3 10 4 K 左右的等离子体； 指粒子温度从室温到 按重粒子温度水平分： 3 4 ①热等离子体 重粒子温度 3 10 3 10 K ②冷等离子体 重粒子温度只有室温左右，电子温度可 达上万度
焊接应用录像
MIG钎焊 资料来源：ABB上海公司
MIG焊接 资料来源：KUKA上海公司
焊接应用录像
搅拌摩擦焊接 资料来源：TWI
第1章 电弧物理基础
1.1 物质的状态及等离子体基础 1.2 气体粒子的运动及其温度 1.3 气体的电离
1.4 电子发射
1.5 电弧中电子的运动和导电 1.6 电弧的辐射
与铸件相比焊接结构生产不需要制作木模和砂型，也
不需要专门熔炼，浇铸，工序简单，生产周期短。比 铸钢轻20-30%以上，比铸铁件轻50-60%
可以用在工厂和生产现场，用于板材、管材等制造；
企业广泛分布在锅炉、压力容器、发电设备、核设施、
石油化工、管道、冶金、矿山、铁路、汽车、造船、 港口设施、航空航天、建筑、农业机械、水利设施、 工程机械、机器制造、医疗器械、精密仪器和电子等 行业
1800年 气体放电现象在19世纪末被发现，电弧作为焊接热源 开始应用；1881年，法国人De Meritens 发明了最早 期 的 碳 弧 焊 机 ； 1885 年 , 俄 罗 斯 人 Benardos Olszewski 发展了碳弧焊接技术；1889～ 1890年，美国人C. L. Coffin首次使用光焊丝进行了 电弧焊接。1890年，美国人C. L. Coffin提出了在氧 化介质中焊接的概念。1892年发现了金属极电弧，随 之出现了金属极电弧焊；