焊接电弧的基本知识
焊接电弧焊基础知识
能量密度分布：轴向－ 能量密度分布：轴向－两极区大弧柱区小 径向－ 径向－中心大四周小
（二）、电弧的力学特性 ）、电弧的力学特性
1、电弧力类型及作用 电磁（收缩） ——使电弧获得刚直性 使电弧获得刚直性， 电磁（收缩）力——使电弧获得刚直性，促进熔滴过渡
等离子流力——促进熔滴过渡 等离子流力——促进熔滴过渡
三、焊接电弧的稳定性
电弧稳定性的概念（P19） 电弧稳定性的概念（P19） 影响电弧稳定性的因素：电源、外界因素、药皮（ 影响电弧稳定性的因素：电源、外界因素、药皮（芯） （焊剂）、磁偏吹等 焊剂）、磁偏吹等 ）、
焊接熔滴过渡
一、焊丝的加热和熔化特性
（一）焊丝的热源 焊丝熔化的热源 电弧热（主）+电阻热（次） 电弧热（ 电阻热（ （二）焊丝的熔化特性 焊丝的熔化特性——焊丝的熔化速度与焊接电流之间的关系。 焊丝的熔化特性——焊丝的熔化速度与焊接电流之间的关系。 焊丝的熔化速度与焊接电流之间的关系 区别清楚与焊丝熔化有关的几个概念： 区别清楚与焊丝熔化有关的几个概念： 熔化速度(mm/min kg/h) 熔化速度(mm/min & kg/h) 熔敷系数(g/A· 熔敷系数(g/A·h) 飞溅率(%) 飞溅率(%) 熔化系数(g/A· 熔化系数(g/A·h) 熔敷效率(%) 熔敷效率(%)
电弧焊基础知识
本章重点： 熔滴过渡的主要形式及特点② 本章重点：①熔滴过渡的主要形式及特点②焊接工艺参数对焊缝成 形的影响。 形的影响。 本章难点： 本章难点： ①熔滴过渡的特点以应用 学习方法建议： ①对焊接电弧的基础知识，包括电弧的物理基础、 学习方法建议： 对焊接电弧的基础知识，包括电弧的物理基础、 导电特性的内容不必追求过深、过细； 导电特性的内容不必追求过深、过细；②在准确把握熔滴过渡特点 的基础上去理解它们的应用， 的基础上去理解它们的应用，并清楚常见焊接方法所用的熔滴过渡 形式； 结合实训操作， 形式；③结合实训操作，体会并熟悉常见焊接工艺参数及因素对焊 缝成形（质量） 缝成形（质量）的影响规律。
电弧焊-基础知识
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（二）电子的发射
（2）场致发射
当阴极表面空间有强电场存在时，金属 电极内的电子在电场静电库仑力的作用下， 从电极表面飞出的现象称为场致发射。
冷阴极电弧正是主要依靠这种方式获得足 够的电子以维持电弧稳定燃烧的。
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（二）电子的发射
（3）光发射
当金属电极表面接受光辐射时，电极表面的 自由电子能量增加，当电子的能量达到一定值时 能飞出电极的表面，这种现象称为光发射。
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（一）气体的电离
（1）电离与激励
电离能通常以电子伏（eV）为单位， 1电子伏就是1个电子通过1V电位差的空间所 获得的能量，其数值为1.6×10-19J。为了便 于计算，常把以电子伏为单位的能量转换为 数值上相等的电压来处理，单位为伏（V）， 此电压称为电离电压。电弧气氛中常见气体 的电离电压如表1-1所示。
（1）热发射 金表面承受热作用而产生电子发射的现象称 为热发射。金属电极内部的自由电子受到热作用 以后，热运动加剧，动能增加，当自由电子的动 能大于该金属的电子逸出功时，就会从金属电极 表面飞出，参加电弧的导电过程。电子发射时从 金属电极表面带走能量，故能对金属产生冷却作 用。当电子被另外的同种金属表面接受时，将释 放能量，使金属表面加热。
二、焊接电弧的导电特性
其中，暗放电和辉光放电的电流较小，电 压较高，发热发光较弱，而电弧放电的电流最 大，电压最低，温度最高、发光最强。正是因 为电弧具有这样的特点，因此在工业中广泛用 来作为热源和光源，在焊接技术中成为一种不 可缺少的能源。 综上所述，从电弧的物理本质来看，它是一种 在具有一定电压的两电极之间的气体介质中所 产生的电流最大、电压最低、温度最高、发光 最强的自持放电现象。
第一章电弧焊基础知识
电弧焊基础知识
第一章电弧焊基础知识一、教学目的：能正确认识焊接电弧中带电粒子的产生原理了解焊接电弧的工艺特性及电弧力的种类了解阴极斑点及阳极斑点的定义了解熔滴上的作用力掌握熔滴过渡的主要形式及其特点能正确认识焊缝形成过程了解焊接工艺参数对焊缝成形的影响了解焊缝成形缺陷的产生及防止二、教学重点：焊接电弧中带电粒子的产生原理熔滴过渡的主要形式及其特点焊接工艺参数对焊缝成形的影响三、教学难点：电离和激励极斑点及阳极斑点最小电压原理焊缝成形缺陷的产生及防止四、参考学时数：4～6学时五、主要教学内容：第一节焊接电弧一、焊接电弧的物理基础（一）电弧及其电场强度分布电弧是一种气体放电现象，它是带电粒子通过两电极之间气体空间的一种导电过程。
电弧有三个部分构成：阴极区、阳极区、弧柱区。
（二）电弧中带电粒子的产生1、气体的电离在外加能量作用下，使中性的气体分子或原子分离成电子和正离子的过程称为气体电离。
其本质是中性气体粒子吸收足够的能量，使电子脱离原子核的束缚而成为自由电子和正离子的过程。
电离种类：（1）热电离气体粒子受热的作用而产生电离的过程称为热电离。
其本质为粒子热运动激烈，相互碰撞产生的电离。
（2）场致电离带电粒子在电场中加速，和其中的中性粒子发生非弹性膨胀而产生的电离。
电离程度：电离度：单位体积内电离的粒子数浴气体电离前粒子总数的比值称为电离度。
（3）光电离中性气体粒子受到光辐射的作用而产生的电离过程称为光电离。
2、阴极电子发射（1）电子发射：阴极中的自由电子受到外加能量时从阴极表面逸出的过程称为电子发射。
其发射能力的大小用逸出功A w表示。
（2）阴极斑点阴极表面光亮的区域称为阴极斑点。
阴极斑点具有“阴极清理”（“阴极破碎”）作用，原因：由于氧化物的逸出功比纯金属低，因为阴极斑点会移向有氧化物的地方，将该氧化物清除。
（3）电子发射类型1）热发射阴极表面受热引起部分电子动能达到或超过逸出功时产生的电子发射。
热阴极以热发射为主要的发射形式。
第一讲 电弧的基本特性
电弧焊接基础知识总结
电弧焊接基础知识总结电弧焊接是一种常见的金属连接方法，广泛应用于制造业、建筑业等领域。
本文将总结电弧焊接的基础知识，包括焊接原理、操作技巧、安全注意事项等方面。
一、焊接原理电弧焊接是利用热电化学效应的物理现象进行的。
当焊枪上的电极与工件之间形成电弧时，电弧的高温使工件表面瞬间熔化，并与电极熔化的金属相互混合，形成焊缝。
二、设备准备进行电弧焊接前，需要准备好以下设备：1. 电焊机：选择适合焊接材料和厚度的电焊机，并确保其正常工作。
2. 电极：根据焊接材料的类型选择合适的电极。
3. 面罩和手套：用于保护焊工的面部和手部免受电弧辐射和热量的损害。
4. 地脚线：确保焊接过程中的电流能够正常通过工件，避免触电危险。
三、操作技巧1. 清洁工件表面：使用刷子或砂纸清洁焊接区域的表面，以去除油污、氧化物等杂质，确保焊接效果良好。
2. 设置电流参数：根据焊接材料和厚度调节电焊机的电流参数，以确保电弧稳定、熔化均匀。
3. 稳定手部姿势：保持稳定的手部姿势，使焊枪与工件的距离保持恒定，避免焊缝质量不均匀。
4. 均匀移动焊枪：焊接时应均匀地移动焊枪，使电弧在焊缝上保持均匀的热输入。
5. 控制电弧长度：通过控制焊枪与工件的距离，来控制电弧的长度，以获得适当的焊接效果。
四、焊接缺陷及处理方法在电弧焊接过程中，可能会出现一些焊接缺陷，如焊缝不密实、气孔、裂纹等。
对于不同的缺陷，有以下处理方法：1. 焊缝不密实：增加电流、缩短焊枪与工件的距离，增强热输入。
2. 气孔：增加氩气保护，改变焊接速度，避免焊接过程中的氧气进入焊缝。
3. 裂纹：调整焊接速度，提前预热工件，避免过快冷却。
五、安全注意事项1. 佩戴个人防护装备：在进行电弧焊接作业时，应穿戴防护面罩、手套、防火服等防护装备，确保人身安全。
2. 保持良好通风：电弧焊接过程中会产生有害气体和烟尘，应保持良好的通风环境，减少对操作者的危害。
3. 避免电弧辐射：电弧产生的强光和紫外线辐射对眼睛和皮肤有害，应通过佩戴面罩和长袖衣物等方式进行防护。
弧焊基础必学知识点
弧焊基础必学知识点
弧焊是一种常见的金属焊接方法，其基础知识点包括以下内容：
1. 弧焊原理：弧焊是利用电弧在工件表面产生高温，使工件熔化，并通过填充材料产生强固的焊缝连接。
2. 电源选择：常见的弧焊电源有直流电源和交流电源，选择电源要考虑焊接材料、电流稳定性以及电源成本等因素。
3. 焊接电流调节：调节焊接电流可以控制焊缝的强度和质量，一般情况下，较厚的工件需要较高的电流。
4. 焊接电极选择：根据焊接材料的不同，选择合适的电极材料可以确保焊缝的质量和性能。
5. 焊接保护气体选择：对于某些焊接材料，需要使用保护气体来防止焊接区域氧化，常见的保护气体有氩气、二氧化碳等。
6. 焊接特点和缺陷分析：不同的焊接参数和工艺会导致不同的焊接特点和缺陷，了解这些可以帮助调整焊接过程，提高焊缝质量。
7. 安全措施：弧焊过程中产生的光弧和热量可能对人体和周围环境造成伤害，需采取适当的安全措施，如戴防护眼镜、手套等。
这些知识点可以帮助人们理解弧焊的原理和基本操作，从而能够进行正确的弧焊工作。
弧焊的基本知识
弧焊的基本知识一、什么是弧焊？弧焊是一种常见的焊接方法，它利用电弧的高温作用将金属材料熔化并连接在一起。
弧焊可以用于各种金属材料的连接，包括不锈钢、铝、铜、镍和钛等。
二、弧焊的原理1.电源：通过变压器或整流器将交流电或直流电转换成所需的电压和电流，供应给电极和工件。
2.电极：通常由金属棒制成，其中包含填充金属。
当两个电极接触时，它们之间会产生一个电弧，这个电弧会将填充金属熔化并形成一个熔池。
3.工件：通常是需要连接在一起的两个金属部件。
当电极与工件接触时，熔池会将两个工件融合在一起。
三、弧焊的分类1.手工弧焊：操作简单，适用于小规模生产和修理。
需要手持电极，并掌握合适的角度和速度来控制熔池。
2.半自动弧焊：使用机器设备来控制电极移动，并通过预设参数来控制焊接过程。
适用于大规模生产和高效焊接。
3.自动弧焊：完全由机器设备控制，适用于大规模生产和高精度焊接。
四、弧焊的优点1.适用性广：可以用于各种金属材料的连接。
2.成本低：相比其他焊接方法，弧焊所需的设备和材料成本较低。
3.灵活性好：可以在各种环境下进行操作，包括室内和室外环境。
4.可靠性高：弧焊连接的金属部件通常具有良好的强度和耐久性。
五、弧焊的缺点1.技术要求高：需要掌握一定的电极角度、速度和距离等技术要求，否则可能导致熔池不稳定或者出现缺陷。
2.熔池容易受到环境影响：如果操作环境不好，例如风大或者湿润，会对熔池造成影响。
3.需要额外的安全措施：由于电极产生的高温和紫外线辐射等安全问题需要特别注意，并采取必要措施来保护操作人员和周围环境。
六、弧焊的应用1.建筑业：用于钢结构和管道的连接。
2.汽车制造业：用于汽车零部件的连接，如车架、底盘等。
3.制造业：用于各种机械设备的连接，如压力容器、风机、泵等。
4.航空航天工业：用于制造飞机和火箭等航空器的零部件。
七、弧焊操作步骤1.准备工作：清洁工件表面，检查电源和设备是否正常运行。
2.选择电极：根据需要选择合适的电极材料和直径。
2、焊接电弧的基本知识
保护效果。如焊条的药皮
及二氧化碳加药芯。
２、熔滴上的作用力
熔滴：电弧焊时，在电弧热作用下焊丝 或焊条端部受热熔化形成。 熔滴上的作用力：影响熔滴过渡及焊缝 成型的主要因素。
熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程叫熔滴过渡。
根据熔滴上的作用力来源不同，可将其分为： 重力、表面张力、电弧力、熔滴爆破力和 电弧气体的吹力。
熔滴重力
重力对熔滴过渡的影响依焊接位置的不同而 不同。 平焊：熔滴上的重力促使熔滴过渡； 立焊及仰焊：熔滴上的重力阻碍熔滴过渡。 重力：Fg= mg = (4/3)πr3ρg r 是熔滴半径； ρ 是熔滴密度； g 是重力加速度。
表面张力 表面张力是指焊丝端部保持熔滴的作用 力，是分子力的一种表现，发生在液体和气 体接触的边界部分，它使液体表面试图获得 最小的光滑面积。 用Fς表示，大小为 Fς ＝２πＲς 式中，Ｒ：焊丝半径；ς：表面张力系数。 ς的数值与材料成分、温度、气体介质等 因素有关。表1-6列举了一些纯金属的表面 张力系数。
气体粒子 H O N F 电离电压/v 13.5 13.5 14.5 17.4 气体粒子 K Na Ca W 电离电压 /v 4.3 5.1 6.1 8.0
He
Ar CO2
24.5
15.7 13.7
Al
Cu Fe
5.96
7.68 7.9
H2O
12.6
Cr
7.7
电弧产生过程
电弧产生过程： 短路：焊条、焊件接触形成短路，产生电 阻热，使得金属融化、蒸发，变成蒸汽。同时， 阴极表面电子获得能量，形成热发射。 空载：短路拉开后，而电压较高，有很大 的电场强度，电子脱离原子核的束缚而从阴极 表面曳出，形成电场发射。 燃弧：因为热发射、电场发射、光发射， 粒子碰撞发射越来越多，电离越来越强。极间 的中性质点变成带电的电子和正离子，分别向 两极运动进行中和，从而产生电弧，称引弧。
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药皮偏心
接地线位置不当
磁偏吹：电弧在外加磁场的作用下偏离焊丝或焊 条的轴线方向的现象称为磁偏吹。
磁偏吹可以造成电弧熄灭、熔滴过渡不规则、焊 缝成形不良、引起未焊透、夹渣等缺陷。
导线接线位置引起的磁偏吹
平行电弧间的磁偏吹
磁偏吹防止措施
可能时采用交流电源代替直流电源 • 尽量采用短弧进行焊接 • 对于长和大的工件采用两端接地的方法 • 如果工件有剩磁，焊接前应消除 • 避免周围铁磁性物质的影响 • 用厚药皮焊条代替薄药皮焊条
当其他条件（如气体的解离性能、热物理性能等） 一定时，电离电压低，表示带电粒子容易产生，有利于
电弧导电；相反，电离电压高表示带电粒子难以产生，
电弧导电困难。
气体粒子 电离电压/v
H O N F He Ar CO2 H2O
13.5 13.5 14.5 17.4 24.5 15.7 13.7 12.6
四、焊接时的极性 使用直流电源焊接时有正接、反接法两种： 正接法：焊件接电焊机的正极（阳极），焊条接负极（阴
•2 .焊接已成为关键的制造技术
“中华和平号”17.5万吨散货轮
千吨级热壁加氢反应器
上海卢浦大桥
世界最大的三峡水轮机转轮
•3.焊接已成为现代工业不可分离的组成部分
三峡永久船闸
西气东输工程管道的焊接
神舟飞船返回仓全 焊接的铝合金结构
第二节 焊接电弧的产生和组成
电弧是所有电弧焊方法的能源，能有效而简便地把弧焊 电源的电能转换成焊接过程所需要的热能和机械能。
第二电离能：失去第二个电子所需的能量； 电离能单位：通常以电子伏特（ev）。 电离电压：电子伏特为单位的能量转换为数值上相等的电
离电压表示（因电子电量为常数）。
电子伏特(electron volt)，简称为电子伏，缩写为 eV ，是 能量的单位。代表一个电子（所带电量为-1.6×10^(-19) 库仑）经过1伏特的电场加速后所获得的动能。
在一般情况下，电弧电压Uh与弧长L成正比变化，如图 4－5示，即电弧越长电压越高。
图4－4 普通电阻静特性与电弧静特性曲 图4－5 不同电弧长度的电弧静特性曲 线 1－普通电阻静特性； 2－电弧静特性。
分三个阶段： 下降区（负阻特性区）：电流密度不变,很少采用； 平特性区：E不变,电弧焊一般是平特性段
2、非接触引弧 在电极与工件之间存在一定间隙，施以高电压 击穿间隙，使电弧引燃。
二 电弧构造
三部分：阴极区、阳极区、弧柱区
钢焊条焊接钢材时的焊接电弧
电弧构造
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。
气体粒子
K Na Ca W Al Cu Fe Cr
电离电压 /v 4.3 5.1 6.1 8.0 5.96 7.68 7.9 7.7
电弧产生过程
电弧产生过程：
短路：焊条、焊件接触形成短路，产生电
阻热，使得金属融化、蒸发，变成蒸汽。同时，
阴极表面电子获得能量，形成热发射。
空载：短路拉开后，而电压较高，有很大
一、焊接电弧的产生
电弧：一种气体放 电现象，它是带电 粒子通过两电极之 间气体空间的一种 导电过程。
图4－1 焊接回路示意图
焊接电弧是由焊接电源提供的、具有一定电压的两极间或 电极与焊件间，气体介质产生强烈而持久的放电现象。
短路------空载------燃弧
（一）气体原子的电离和电子发射
电离：中性气体粒子（分子或原子）吸收足够的外部能量，使 得分子或原子中的电子脱离原子核的束缚而成为自由电子和正 离子的过程。
动特性：弧焊电源适应焊接电弧这种动态负载 所输出电流、电压相对时间变化的特性。
2、焊接药皮：K、Na好，氟差；焊条偏心，局部 剥落。
3、气流
4、焊接处不清洁：铁锈、水分、油污、吸热。
5、电弧磁偏吹
电弧偏离焊条轴线的现象叫电弧偏吹。电弧 偏吹使温度分布不均匀，容易产生咬边、未熔 合、夹渣等缺陷，故必须研究引起偏吹的原因 及预防措施。
第二章 焊接电弧的基本知识
教学目标: 1．理解与掌握电弧焊有关的基
础理论，包括焊接电弧、焊丝熔化与 过渡及焊接接头的组织和力学性能；
2 ．重点理解与掌握焊接应力与 变形产生的原因和防止措施。
第一节 概述
•一、焊接的特征 •1.焊接已成为最流行的连接技术
国 家 大 剧 院 钢 结 构
金茂大厦
罐压力容器
上升特性区：当焊接电流较大时才在上升段。
Ua
小 电 流
TIG SAW
MIG MAG
TI
MM
G
A
三、焊接电弧的稳定性Fra bibliotek保持一定电弧电压和电流及弧长，不偏吹，
不摇摆，不熄灭，影响焊接质量。
1、弧焊电源：电源种类、极性
直流好于交流；空载电压高的稳定；有良好动特 性的好；根据焊条性质，焊件厚度选用不同方法。
-
+
10-510-6cm 阴极区
弧柱
UA UC UK
阳极区 10-210-4cm
第三节 焊接电弧的分类和特性
一、焊接电弧的分类
按电流种类：交流电弧、直流电弧、脉冲 电弧
按电弧状态：自由电弧、压缩电弧 按电极材料：熔化极电弧、非熔化极电弧
二、焊接电弧的静特性
在电极材料，气体介质和电弧长度一定时，电弧两端的 电压与焊接电流之间的关系称为电弧静特性，或称伏安特性。 电弧静特性曲线呈U形。如图4－4曲线2所示。
的电场强度，电子脱离原子核的束缚而从阴极
表面曳出，形成电场发射。
燃弧：因为热发射、电场发射、光发射，
粒子碰撞发射越来越多，电离越来越强。极间
的中性质点变成带电的电子和正离子，分别向
两极运动进行中和，从而产生电弧，称引弧。
（二）焊接电弧的引燃
1、接触引弧 在弧焊电源接通后，电极（焊条或焊丝）与工 件直接短路接触，随后拉开3-4MM，把电弧 引燃起来，这是一种最常用的引弧方式。 焊条电弧焊和熔化极气体保护焊都采用此方式。
1、气体原子的激发与电离
撞击电离 热电离 光电离
2、电子发射
热发射 光电发射 重粒子撞击发射 强电场作用下的自发射
综上，焊接电弧是气体放电的一种形式，焊接电 弧的形成和维持是在电场、热、光和质点动能的 作用下，气体原子不断地被激发、电离以及电子 发射的结果。
气体的电离
第一电离能：中性气体粒子失去第一个电子所需的最小外 加能量；