熔化焊

绪论

1、焊接方法的分类

按照电极焊接时是否熔化，可以分为熔化极焊和非熔化极焊；按照自动化程度分为手工焊、半自动焊、自动焊等；族系法，它按照焊接工艺特征来进行分类，即按照焊接过程中母材是否熔化以及对母材是否施加压力进行分类。按照这种分类方法，可以把焊接方法分为熔焊方法、压焊方法和钎焊方法三大类，在每一大类方法中又分成若干小类

2、熔焊方法是在不施加压力的情况下，将待焊处的母材加热熔化，外加（或

不加）填充材料，以形成焊缝的焊接方法。焊接时母材熔化而不施加压力是其基本特征。熔焊方法的物理本质

焊接下的定义是：“焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种加工方法。”

3、熔焊方法的物理本质可以概括为：熔焊方法是在不施加外力的情况下，利

用外加热源使母材被连接处（以及填充材料）发生熔化，使液相与液相之间、液相与固相之间的原子或分子紧密地接触和充分地扩散，使原子间距达到rA，并通过冷却凝固将这种冶金结合保持下来的焊接方法。

4、因此，要想实现焊接，必须采取有效的措施才行。

（1）利用热源加热被焊母材的连接处，使之发生熔化，利用液相之间的相溶及液、固两相原子的紧密接触实现原子间的结合。

（2）对被焊母材的连接表面施加压力，在清除连接面上的氧化膜和污物的同时，克服两个连接表面上的不平度，或产生局部塑性变形，从而使两个连接表面的原子相互紧密接触，并产生足够大的结合力。如果在加力的同时加热，则使得上述过程更容易进行。

（3）对填充材料进行加热，使之熔化，利用液态填充材料对固态母材润湿，使液固两相的原子紧密接触，充分扩散，从而产生足够大的结合力。

6、熔焊方法的特点

1.焊接时，母材局部在不承受任何外加压力的情况下被加热熔化。

2.焊接时须采取更为有效的隔离空气的措施

3.两种被焊材料之间须具有必要的冶金相容性

4.焊接时，焊接接头经历了更为复杂的冶金过程

第一章焊接电弧

1、电弧的物理本质

电压的两电极之间或电极与母材之间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。所谓气体放电，是指当两电极之间存在电位差时，电荷从一极穿过气体介质到达另一极的导电现象

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。

2、电弧中带电粒子的产生

两电极之间要产生气体放电必须具备两个条件，一是必须有带电粒子，二是在两极之间必须有一定强度的电场。

电弧中的带电粒子指的是电子、正离子和负离子。引燃电弧和维持电弧燃烧的带电粒子是电子和正离子。这两种带电粒子主要是依靠电弧中气体介质的电离和电极的电子发射两个物理过程产生的。

在电弧引燃和燃烧的过程中，除了存在电离和发射这两个过程外，还伴随有气体解离、激励、生成负离子、复合等过程。

3、气体的电离

两电极之间的气体受到外加能量（如外加电场、光辐射、加热等）作用时，气体分子热运动加剧。当能量足够大时，由多原子构成的气体分子就会分解为原子状态，这个过程称为解离。

在外加能量的作用下，使中性气体分子或原子分离成为正离子和电子的现象称为电离

4、激励是当中性气体分子或原子受到外加能量的作用不足以使电子完全脱离气体分子或原子，而使电子从较低的能级转移到较高的能级的现象。

5、电离的种类根据外加能量种类的不同，电离可以分为以下三类：

1）热电离气体粒子受热的作用而产生的电离称为热电离。其实质是气体粒子由于受热而产生高速运动和相互之间激烈碰撞而产生的一种电离。

2）场致电离

当气体中有电场作用时，气体中的带电粒子被加速，电能被转换为带电粒子的动能，当其动能增加到一定程度时，能与中性粒子产生非弹性碰撞，使之电离，这种电离称为场致电离。

3）光电离

中性粒子接受光辐射的作用而产生的电离现象称为光电离。不是所有的光辐射都可以引发电离，气体都存在一个能产生光电离的临界波长，气体的电离电压不同，其临界波长也不同，只有当接受的光辐射波长小于临界波长时，中性气体粒子才可能被直接电离。

6、电子发射有以下几种：

（1）热发射

金属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。

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。

（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

（4）粒子碰撞发射

高速运动的粒子（电子或正离子）碰撞金属电极表面时，将能量传给电极表面的电子，使电子能量增加并飞出电极表面，这种现象称为粒子碰撞发射。

7、负离子是在一定条件下一些中性原子或分子吸附一个电子而形成的。

8、电弧中带电粒子的消失

电弧导电过程中不仅有带电粒子的产生过程，而且有带电粒子的消失过程，而且，当电弧稳定燃烧时这两个过程处于动态平衡状态，即在单位时间内产生的带电粒子数目等于消失的带电粒子的数目。

主要有两种方式：一种是“扩散”，即带电粒子离开它们原来的地方，而逃逸到电弧的四周，不再参加放电过程；另一种是“复合”，即正的带电粒子和负的带电粒子结合成中性的原子或分子，这里既有电子与正离子的复合，也有负离子与正离子的复合。在复合的过程中释放出大量的热和光。

9、焊接电弧的产生过程

电弧焊时，仅仅把焊接电源电压加到电极和焊件两端是不能产生电弧的，首先需要在电极和焊件之间提供一个导电的通道，才能引燃电弧。

两种引弧方式：接触式引弧和非接触式引弧。

接触式引弧

接触式引弧亦称为短路引弧，常用于焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护电弧焊等。其常见的操作方法是将焊条（或焊丝）和焊件分别接通于弧焊电源的两极，将焊条（或焊丝）与焊件轻轻地接触，然后迅速提拉或焊丝自动爆断，这样就能在焊条（或焊丝）端部与焊件之间产生一个电弧。

非接触式引弧

非接触式引弧是指在电极与焊件之间存在一定间隙，施以高电压击穿间隙，使电弧引燃的方法，常用于钨极氩弧焊、等离子弧焊等。为了避免钨极被污染或造成焊缝夹钨，一般不允许钨极与焊件接触，此时只能采用非接触式引弧。

非接触式引弧只包含激发和燃弧两个阶段

焊接电弧的构造1.3.1见PPT

10、焊接电弧的导电机构

阴极区的导电机构

阴极区的导电机构三类（1）热发射型（2）场致发射型

（3）等离子型

弧柱区的导电机构

11、最小电压原理

最小电压原理的含义是: 在电流和周围条件一定的情况下,稳定燃烧的电弧将自动选择一适当的断面,以保证电弧的电场强度具有最小的数值,即在固定弧长上的电压最小。这意味着电弧总是保持最小的能量消耗。

12、焊接电弧的电特性