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金属凝固原理(全)
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电焊教案金工实习教案焊 接机电工程系课程名称焊接 授课专业机电一体化、机械CAD、模具设计与制造、数控技术、学生层次普通专科 教学大纲 编写单位机电工程系编写时间2009.08 教学方式 教学目的与要求： ①了解常见的焊接方法和热切割的过程、特点与应用，能根据工件的材料和厚度选择合适的焊接方式。②了解常见的焊接设备的名称和功用，焊接材料的名称、牌号和作用。焊条电弧焊（手弧焊）工艺，焊条角度和运条方法对焊接质量的影响，焊接缺陷和变形，以及安全技术。 ③了解常用焊接接头型式、坡口型式，了解不同空间位置的焊接特点。④熟悉气焊设备的组成及作用，气焊火焰和种类和作用，焊丝和焊剂的作用。⑤能初步进行焊条电弧焊（手弧焊）的平焊操作。⑥熟悉氧气切割原理，过程及金属气割条件。⑦了解其他焊接方法，如点焊、二氧化碳保护焊、氩弧焊等。⑧了解焊接生产的安全规范、环境保护措施以及简单的经济成本分析。 教学内容：课题一、手工电弧焊一、焊接概述：1． 基本概念：焊接是通过加热或加压，或者两者并用，用或不用填充材料，使焊件形成原子间结合的一种加工方法。目前，焊接的种类非常多，按照被焊金属和工艺特点的不同，可以分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类。1）熔化焊：是将焊件连接处加热至熔化状态（有时另加填充材料）形成共同熔池，然后冷却凝固连接成一个整体。常见的熔焊方法有气焊、电焊、高能焊等。2）压力焊：是对焊件连接处施加压力，或者既加热又加压，使接头处紧密接触并产生塑性变形，通过原子间结合而使之形成一个整体。如摩擦焊、扩散焊、电阻焊等。3）钎焊：是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，加热到高于钎料熔点而低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现焊接。电弧焊也叫电弧熔化焊，由于焊接时是手持焊具、利用电弧作为热源来熔化金属，实现焊接，所以也叫手工电弧焊”，简称为手弧焊。 2． 电弧焊原理：电弧焊是利用电弧放电发热的原理，将焊条和工件局部加热熔化，使两块分离金属的结合面实现原子间结合和扩散，冷凝后使其连成为一体。电极可以是金属丝、钨极、碳棒或焊条，手弧焊使用焊条作电极。经测定，电弧的放热可分为三个温度不同的区域：阳极区、阴极区和弧拄区（见挂图）；其中阳极区的温度约为2600℃，阴极区温度约为2400℃，而弧拄区的温度最高可达℃，在此高温下，足以瞬间溶化任何熔点的金属材料，实现焊接。 3．手弧焊工作过程：手弧焊的工作过程如右图所示。焊接前，要先把工件和焊钳分别接到焊机的两个电极上，并用焊钳夹住焊条；焊接时先将焊条与工件瞬时接触，随即将其轻轻提起，在焊条和工件之间便会产生电弧；电弧热将焊条和工件接头处熔化，形成一个熔池，随着焊条沿焊缝的方向向前移动，新的熔池不断产生，先熔化的金属迅速冷却、凝固，形成一条牢固的焊缝，最终使两快分离的金属连成一个整体，完成焊接。 4．手弧焊的特点及应用：手弧焊的特点是：设备简单、操作灵活、适用于焊接2毫米以上的工件及各种焊缝位置的焊接，广泛应用于机械、电子、冶金、化工、交通等各种工业领域。 二、手弧焊设备及工具：1． 焊机种类：手工电弧焊机按电流特性分为交流和直流两大类；按构造不同可分：变压降压器式、直流发电机式和整流式弧焊机三种。不管那种手弧焊机都应具有：下降的外特性、良好的电弧静特性和较灵活的电流调节性等特点。2． 焊机型号： ZX5--315--2整流式直流焊机2--代表第几代产品315--额定电流5--表示产品序号X--表示下降的外特性Z--表示整流式直流焊机焊机的型号一般用“字母 + 数字”来表示，其代表含义见下表所示：3．直流焊机的接线方法：BX3--315--2交流弧焊机2--代表第几代产品 315--表示额定电流(A) 3—产品序号X--表示下降的外特性 B--表示变压器式直流焊机的接线方法主要有两种：①当工件接正极，焊条接负极时为正接法；②若工件接负极，焊条接正极则为反接法。由于电弧正极区的温度高，负极区的温度低，因此正接时，可用于焊接黑色金属；反接法用于焊接有色金属和薄钢板。但当使用碱性焊条时，只能采用反接法。 4．焊钳和面罩：焊钳是用于夹持焊条和传递电流的；面罩则是用于观察焊接情况及保护眼睛和面部，以免被弧光烧伤，其结构见实物。 三、电焊条：焊条在焊接时，既要传导电流，使焊条和工件局部熔化，熔化后又要与液态金属进行一系列冶金反应，随后冷却凝固成焊缝金属和熔渣。所以，焊条的质量对焊缝的质量影响很大。1．焊条的组成及功用：焊条主要由条芯和药皮两部分组成。其作用分别为：①条芯：传导电流，填充金属焊缝。②药皮：稳弧、制气、造渣、脱氧，对熔化金属起保护作用。由于药皮在焊接过程中起到引燃、稳燃和防止焊接表面氧化等重要作用，所以希望大家在使用电焊条时要保护好药皮，不要出现损坏、浪费焊条的现象。 2．焊条的分类：①按用途可分为：结构钢、耐热钢、低温钢、铸铁、不锈钢、铜合金、铝合金等多个品种的电焊条。条芯为专业冶炼轧制后经拉拔而成，其材质应符合国家标准。②按药皮的成分可分为：酸性焊条和碱性焊条。其成分主要有：①矿石；②金属合金；③化工制品；④有机物等。 3．常用焊条的牌号及含义： 例1：J 422 代表含义如下：2--表示钛钙型药皮（酸性），交直流两用。42--表示焊缝的抗拉强度最低值为42公斤／毫米2。J--表示结构钢用途的电焊条。例2：J 507 代表含义如下：7--表示低氢型药皮（碱性），直流用。50--表示焊缝的抗拉强度最低值50公斤／毫米2。J--表示结构钢用途的电焊条。4．焊条的规格： 焊条的规格由条芯直径大小决定，常见的有1.5、2、2.5、3、3.2、4、5、6毫米等，长度为250～450毫米；表示方法为“直径×长度”，例如：φ3.2×350。 5．焊条型号： 焊条型号是按熔敷金属的抗拉强度，焊接位置和焊接电流种类划分，以英文字母E后面加四个数字表示。如E4303，E是指焊条；43是指熔敷金属的抗拉强度最小值为43kgf/mm2(430Mpa)；0是指焊接位置为全位置焊接，包括平焊，立焊，仰焊，横焊均可；3是指电源种类为交流弧焊机和直流弧焊机均可。 四、焊接工艺知识：1．接头形式：常用的焊接接头形式有对接，搭接，角接，T形接头。实例：工字钢的拼接。2．坡口形式：为了保证焊接强度，焊接接头处必须熔透。因此对于厚板必须将接口边缘加工成一定形状的坡口以保证焊透。如V型、U型、X型坡口等。坡口底部留有钝边的作用。3．焊接位置：分为平焊，立焊，横焊和仰焊。4．焊接规范：焊接参数，如焊接电流、焊条直径等实际手弧焊操作时的焊接工艺主要为：平焊对接、不开坡口；焊接参数：焊接电流100~130A，焊条型号E4303 （J 422），焊条直径3.2mm。6．应用：手弧焊操作灵活方便，设备简单。适于焊接各种碳钢，低合金钢，不锈钢，耐热钢，高强钢，铸钢，铸铁等。是焊接生产中应用最广泛的一种焊接方法。 五、操作安全事项： 由于电焊属带电、高温、强光、产生有害气体的工种；因此，操作时必须刻注意安全，防止出现伤害事故。其注意要点如下： 1．防触电：焊机电源为220伏或380伏，未经有关部人员同意，不准随意拆卸电源或焊机。出现异常，应停止使用，并及时报告。 2．防爆、防燃：在焊接现场禁止放置易燃易爆的油类和可燃气体，如汽油、酒精、油漆、乙块、氧气等。 3．防弧光：焊接时产生的强光、紫外线对人体皮肤、眼睛都有伤害，因此必须穿戴劳保用品。 4．防有害气体：焊接过程中产生的金属粉尘和气体，对人体有害,因此，焊接必须在通风的环境下进行。 六、操作技术： 焊接操作时要首先了解相关安全规范，熟悉操作规程，正确使用接线法，选择合适的焊条和电流，准备好劳保和安全防护用品后，方可进入工位进行操作。具体操作方法为：1．引弧：引弧有两种方法：①摩擦引弧法---焊条在工件表面迅速划动，即可产生电弧；②接触引弧法---焊条在工件表面敲击也会产生电弧。引弧后应控制好电弧长度，一般为2-3毫米，注意防止焊条与工件粘连。 2．运条：电弧稳定后，焊条应朝焊缝方向均速移动，移动时一般不摆动；但若焊缝较宽或较深，可按“之”字形或“螺旋”形运弧。 3．收弧：一根焊条焊完后，或一条焊缝焊完后，要及时断掉电弧，因此收弧也叫断弧。需要收弧时，只要抬高手臂，让焊条到工件的高度超过电弧的放电距离，电弧就会自然熄灭，焊接操作也就随之结束。 七、常见焊接缺陷： 焊接缺陷是指焊接过程中在焊接接头中产生的金属不连续、不致密或连接不良等各种现象。熔焊常见的焊接缺陷有： ①焊缝尺寸不合格：焊缝表面高低不平、焊缝宽窄不齐、尺寸过大或过小、角焊缝单边以及焊角尺寸不合格等。 ②夹渣：夹渣是指残留在焊缝中的熔渣。 ③咬边：咬边是沿焊址的母材部位产生的沟槽或凹陷。 ④未焊透：未焊透是指焊接时接头跟部未完全熔透的现象。 ⑤焊瘤：焊瘤是在焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤。⑥气孔：气孔是指熔池中的气体在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴。 ⑦烧穿是焊缝因温度过高而形成穿孔。 ⑧裂纹：裂纹是指焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙。 课题二、气焊与气割 一、概念及原理： 气焊是利用氧气和乙炔混合气体燃烧产生的高温，来熔化母材和填充金属，形成金属熔池，熔池冷凝后就可以把两块分离的金属连接成一体。这里的氧气为助燃气体，乙炔为燃烧气体。通常，我们也把氧气和乙炔混合燃烧产生火焰，叫氧乙炔焰；它包括焰心、内焰和外焰，最高温度约为3150℃。二、气焊的特点：由于氧乙炔焰最高温度只有3150℃，故与手弧焊相比，有以下特点： 1．焊接温度低，热量较分散； 2．工件加热慢，生产效率低； 3．焊缝易氧化，焊接质量不高；4．焊接件较薄，焊接变形大； 5．设备简单，操作方便，不用电源。 三、气焊的应用：1．焊接3毫米以下的薄件：如摩托车上的边斗、油箱、消音器，飞机上的挡风板等。2．焊接低熔点金属：如铜、铝等低熔点金属的焊接若用电焊，一是焊条昂贵，二是技术要求高，而用气焊则容易达到质量要求。3．可焊接需预热的高碳钢和铸铁：由于焊件的可焊性随金属含碳量的升高而降低，故对焊件进行预热，可以减轻焊缝与焊缝边缘的应力，一般不会产生裂纹。 4．可进行火焰钎焊：如车工用的车刀，就是利用气焊的火焰钎焊焊成的；由于刀头是硬质合金，刀体是一般碳钢，故刀头和刀体需使用黄铜做钎料才能焊在一起。此外，飞机发动机的燃油、润滑油、防水、灭火器等系统的管子，材质是不锈钢、铜和铝等，而这些管道的接头都是用气焊的火焰钎焊来焊成的。 四、气焊的设备组成及功用：气焊的设备组成主要包括：氧气瓶、乙炔瓶、乙炔发生器、减压器、回火保险器和焊炬等，如右图所示。 1．氧气瓶：是贮存和运输氧气的高压容器，并为气焊提供燃烧氧气，其储氧压力为15 MPa（150个大气压），容积为40升，工作压力为0.2～0.4Mpa。 氧气瓶在使用时应注意安全，放置要平稳可靠，不应与其它气瓶混放；运输时应避免撞击；存放地点应通风、远离热源，严禁曝晒和烘烤。 2．乙炔瓶：是贮存和运输乙炔用的容器，里面装有浸满丙酮溶液的多孔填料，其外形与氧气瓶相似；主要用来为气焊提供乙炔气，储存压力一般为1.5 MPa（15个大气压），工作压力约为0.02～0.04Mpa。 乙炔瓶的使用、存放和运输除遵守氧气瓶的安全要求外，还应该注意瓶体温度不能超过30～40℃，并且使用时只能直立，不能横放和剧烈震动，距离气焊工地10米应在以外3．减压器：是将高压气体降为低压气体的调压装置。气焊时所需气体的工作压力一般较低，氧气的工作压力为0.2～0.4MPa，乙炔气的工作压力约为0.02～0.04Mpa。因此，必须将气瓶输出的气压降压后才能使用。减压器的作用就是降低气瓶输出气体的压力，提供稳定的可用气体。 减压器的工作原理如右图所示：当需要减压时，可以拧紧调压螺丝，使调压弹簧受压，活门被顶开，高压气体进入低压室，由于气体体积膨胀，使气压降低，低压表指示出低压气体压力；随着低压室气体压力的增加，压迫薄膜及调压弹簧，使活动门的开启度逐渐减小，当低压室内气体压力达到一定数值时，又会将活门关闭；控制调压螺丝拧入的程度，可以改变低压室的气体压力，获得所需要的工作压力。 4．回火保险器：回火保险器是安装在乙炔瓶与焊炬之间的一种防回火安全装置，其工作原理就是单向止回阀，如图所示。 使用时，如果输入端压力高于输出端压力，乙炔气从进口流入推开钢球，进入回火保险器，从出气口输往焊炬。当乙炔气压力不足、焊嘴 堵塞、焊嘴离焊件太近，或发生焊嘴过热等情况时，火焰会沿乙炔管路往回燃烧，焊嘴处的火焰突然熄灭，同时伴有暴鸣和“吱、吱”响声；我们把这种火焰进入喷嘴内逆向燃烧的现象叫回火。 由于回火气体温度高、压力大，若不及时排除，则有可能烧毁焊炬、管路，并引起乙炔气瓶爆炸。而回火保险器的作用就是截住回火气体，防止回火蔓延到乙炔气瓶，从而保证乙炔气瓶的安全。 5．焊炬：焊炬也叫焊枪，是气焊中的燃烧装置。其作用是①按一定比例均匀混合乙炔和氧气，②由焊嘴喷出后点火燃烧，③调节气体火焰，供气焊使用，其外形如图所示。常用的焊炬有：H01-2和H01-6，型号中“H”表示焊炬，“0”表示手工，“1”表示射吸式，“2”和“6”表示可焊接低碳钢的最大厚度为2毫米和6毫米。各种型号的焊炬均配有3～5个大小不同的焊炬，以便焊接不同厚度的焊件。其中1号焊嘴最小，5号焊嘴最大，以便焊接不同厚度的工件。 五、焊丝与气焊熔剂 1．焊丝：气焊的焊丝只能作为填充金属，与熔化的母材一起组成焊缝。焊接低碳钢时，常用的气焊丝的牌号有H08、H08A等，“H”表示焊丝，“08”表示含碳量为0.08%，“A”表示优质；气焊丝的直径一般为2～4毫米，气焊时应根据焊件厚度来选择，为了保证焊接接头的质量，焊丝直径和焊件厚度不宜相差太大（可参见下式）。 D = S/2+1mm 式中：D----焊丝直径，S----焊件厚度。 2．焊粉：焊粉也叫气焊熔剂，是气焊时的助熔剂，其作用是保护熔池金属，去除焊接过程中形成的氧化物，增加液态金属的流动性。 由于低、中碳钢的可焊性良好，可不必使用焊粉。焊接下面四种金属必须使用焊粉，它们的牌号统一规定如下： 不锈钢 粉101 铸 铁 粉201 铜 粉301 铝 粉401 六、氧气乙炔焰： 改变氧气和乙炔的混合比例，可以获得三种性质不同的火焰，如图所示。 1．中性焰： 中性焰也叫正常焰，火焰分为焰心、内焰、外焰三层。焰心呈尖锥状，色白明亮、轮廓清楚；内焰颜色发暗，轮廓不清，与外焰无明显界限；外焰由里向外逐渐由淡紫色变为橙黄色。中性焰在距焰心前2～4mm处，最高温度为约3150℃，混合比值为：O2/C2H2 = 1.1-1.2。中性焰适用于焊接低碳钢、中碳钢、紫铜、铝等，是应用最广的火焰。 2．氧化焰： 氧化焰的火焰比中性焰短，分为焰心和外焰两部分；由于有氧过量，故对熔池金属有强烈的氧化作用，一般气焊时不宜采用。氧化焰的温度为约℃，混合比值：O2/C2H2 >1.2。 氧化焰只限用于焊接黄铜、青铜。氧化焰焊接时可以形成一层氧化膜，防止黄铜、青铜中低熔点金属挥发。 3．碳化焰： 碳化焰的氧与乙炔混合比值小于1，由于供氧不足，燃烧不完全，过量的碳会渗透到熔池中造成焊缝积碳。碳化焰比中性焰长，也分为焰心、内焰、外焰三层，焰心呈白色，内焰呈淡白色，外焰呈橙黄色，温度约为℃。 碳化焰适用于焊接高碳钢、火焰钎焊。碳化焰焊高碳钢一是不易氧化，二是可补充焊接时碳的烧损。钎焊接头不易氧化，有利于钎料的流动和渗入。 七、气焊操作要领： 气焊的操作要领主要包括：点火、调节火焰、焊接和熄火等几个步骤。1．点火：点火时，要先开氧气后开乙炔，而后点燃火焰；点火时要注意打火机应与焊嘴垂直。若点火时有放炮声或即点即灭，应适当减少氧气量或放掉不纯的乙炔，然后再进行点火。2．调节火焰：开始点燃的火焰是碳化焰，然后逐渐开大氧气阀门，调成中性焰。3．焊接：焊接时，一般①右手持焊炬，左手拿焊丝；②开始时，为了尽快加热和熔化工件形成焊池，焊嘴的倾角可为80～90°；③正常焊接时焊嘴倾角一般保持在40～50°之间；④收尾时为25°左右，可以加快焊接速度避免烧穿，更好填满熔池。焊接移动方法主要有：① 左向焊法：火焰指向熔池，焊丝位于火焰后方，焊接前进方向由左到右，适用于较厚焊接的工件。 ② 右向焊法：火焰背着熔池，焊丝位于火焰前方，焊接前进方向由右到左，焊接时能清楚地看到上部凝固边缘，容易掌握，是常用的焊接操作法。 1． 熄火：工件焊完熄火时，应先关乙块，后关氧气，以免引起回火并可减少烟尘。八、气焊操作安全： 1．气焊场地，要远离易燃易爆物品；与氧气瓶和乙炔瓶的距离不得小于10米，且氧气瓶和乙炔瓶之间的距离不得小于5米，环境温度不得高于30℃。 2．气焊操作前，要穿戴整齐、戴好防护眼镜。 3．气焊操作时要精力集中，遵守操作规程，不能嬉戏打闹，要注意防止烫伤，遇有异常情况要及时报告。 4．工作结束后，要整理好工具和物品后方可离开。 九、氧气切割： 1．切割原理： 氧气切割是利用高温金属在纯氧气中燃烧而将工件分离，来实现切割金属的一种加工方法,如图所示。 2．切割过程：预热一燃烧一吹渣。 切割时，先用氧乙炔焰将金属预热到燃烧温度，碳钢燃点为℃度，呈黄白色，然后送入高压纯氧，使高温金属燃烧，并将生成的氧化物熔渣吹走，形成切口。此外金属在燃烧时放出大量的热，又预热了待切割的金属，随着割炬的移动即可完成整个切割（这就是金属的切割过程）。 3．金属切割条件： 使用氧气切割金属，可以方便地切割任意厚度、任意形状、任意空间位置的金属材料，形成各种工装夹具、模具的毛坏。但是，并非所有金属都能用氧气切割，氧气切割必须符合以下条件： 1）金属燃点必须低于熔点。各种金属都有它的熔点，也有它的燃点；比如，低碳钢的熔点在1500℃左右(根据含碳量多少，有所变化)，燃点在1250℃左右，燃点低于熔点，很好切割。 2）氧化物的熔点低于金属本身的熔点，否则难以切割。比如：铝的熔点约667℃，但AL203，的熔点高达2050℃，切割时下层的铝已被熔化，可是表面未达到熔化温度。因此难以气割。 3）金属本身的导热性较低。若金属的导热性高，加热时不易达到燃点，便不利于切割。所以铜、铝等金属均不能用氧气切割，只能用等离子切割方法切割。 4．适用范围： 满足以上条件，可以用氧气切割的金属材料主要：有低碳钢、中碳钢及部分低合金钢。不能用氧气切割的金属材料有高碳钢、铸铁、不锈钢及铜、铝等有色金属。 5．气割设备：在气割中，除了用割炬代替焊炬外，其它设备与气焊的相同。常用的割炬型号有：G01-30和G01-100；型号中的“G”表示割炬，“0”表示手工，“1”表示射吸式，“30”和“100”表示切割低碳钢最大的厚度为30毫米和100毫米。各种型号的割炬配有几个大小不同的割嘴，可用于切割不同厚度的割件。其中1号割嘴最小，2号割嘴次之，3号割嘴最大，可分别切割10毫米、20毫米和30毫米的工件。 6．气割操作要领： 气割的点火、调节火焰、熄火和操作安全与气焊基本相同。1．点火：点火时，要先开氧气后开乙炔，而后点燃火焰；点火时要注意打火机应与焊嘴垂直。若点火时有放炮声或即点即灭，应适当减少氧气量或放掉不纯的乙炔，然后再进行点火。2．调节火焰：开始点燃的火焰是碳化焰，然后逐渐开大氧气阀门，调成中性焰。3．切割：①姿势：一般采取全蹲式、脚根要着地，右手持割炬，左手辅助并控制好高压氧开关；②预热与起割：将预热火焰对准起割处，当割点变红发白，即可缓慢打开高压氧，开始起割；③气割时，要控制好割嘴高度、动作要稳，速度要均匀；④收割时动作要快，并要迅速关闭高压氧。 4．熄火：气割结束后，应先关乙块，后关闭氧气，以免引起回火并减少烟尘。最后，还要整理好工具和物品后方可离开。 十、本课思考题： 1．气焊的应用范围。 2．回火防止器的作用。 3．氧—乙块焰的种类、应用。 4．焊丝直径的选择。 5．氧气切割应具备的条件。 课题三、其他焊接方式 一、 等离子焊 等离子是指在标准大气压下温度超过3000℃的气体，在温度谱上可以把其看作为继固态、液态、气态之后的第四种物质状态。等离子是由被激活的高子、电子、原子或分子组成。例如：它可通过自然界中的闪电产生。从1960年以后，等离子这个词获得了新的含义，那就是电弧通过涡流环或喷嘴压缩而形成的高能量状态，此原理现在被广泛用于钢铁、化工及机械工程工业。等离子弧焊是在钨极氩弧焊的基础上发展起来的一种焊接方法。钨极氩弧焊使用的热源是常压状态下的自由电弧，简称自由钨弧。等离子弧焊用的热源则是将自由钨弧压缩强化之后而获得电离度更高的电弧等离子体，称等离子弧，又称压缩电弧。两者在物理本质上没有区别，仅是弧柱中电离程度上的不同。经压缩的电弧其能量密度更为集中，温度更高。 等离子弧的最大电压降是在弧柱区里，这是由于弧柱被强烈压缩，使电场强度明显；增大的缘故。因此，等离子弧焊主要是利用弧柱等离子体热来加热金属，而自由钨弧是利用两电极区产生的热来加热母材和电极金属。等离子弧的特性：等离子弧能量密度可达1W／cm2，比自由钨弧(约10000W／cm2以下)高，其温度可达1K，也高于自由钨弧(约K)很多。图1-1为两种电弧的温度分布，左侧为自由钨弧，右侧为等离子弧。 图1-1 等离子弧的静特性曲线接近U形(图1-2)。与自由钨弧比较最大区别是电弧电压比自由钨弧高。此外，在小电流时，自由钨弧静特性为陡降(负阻特性)的，易与电源外特性曲线相切，使电弧失稳。而等离子弧则为缓降或平的，易与电源外特性相交建立稳定工作。图1-2 图1-3表示了等离子弧与自由钨弧的形态区别。等离子弧呈圆柱形，扩散角约5度左右，焊接时，当弧长发生波动时，母材的加热面积不会发生明显变化，而自由钨弧呈圆锥形，其扩散角约45度，对工作距离变化敏感性大。 图1-3 等离子弧的挺直度非常好。由于等离子弧是自由钨弧经压缩而成，故其挺度比自由钨弧好，焰流速度大，可达300m／s以上，因而指向性好，喷射有力，其熔透能力强。等离子弧焊的特点：由于等离子弧弧柱温度高，能量密度大，因而对焊件加热集中，熔透能力强，一次可焊透的厚度如表1-4所示，在同样熔深下其焊接速度比TIG焊高，故可提高焊接生产率。材料：不锈钢钛及其含金镍及其含金低合金钢低碳钢铜及其合金 焊接厚度范围 ≤8 ≤12 ≤6 ≤8 ≤8 q2．5 此外，等离子弧对焊件的热输入较小，焊缝截面形状较窄，深宽比大，呈“酒杯”状，见图1-5。热影响区窄，其焊接变形也小。由于等离子弧呈圆柱形，扩散角小，（见图1-3）挺直度好，所以焊接熔池形状和尺寸受弧长波动的影响小，因而容易获得均匀的焊缝成形，而TIG焊随着弧长的增加，其熔宽增大，而熔深减小。由于等离子弧的压缩效应及热电离充分，所以电弧工作稳定，特别当联合型等离子弧在小电流(0．1A)焊时，仍具有较平的静特性(见图1-2)配用恒流(垂降)电源，能保证焊接过程非常稳定，故可以焊接超薄构件。由于钨极内缩到喷嘴孔道里，可以避免钨极与工件接触，消除了焊缝夹钨缺陷。同时喷嘴至工件距离可以变长，焊丝进入熔池容易。采用小孔焊接技术，能实现单面焊双面成形焊接工艺。 二、 埋弧焊 埋弧焊焊接过程： 埋弧焊的焊接过程与焊条电弧焊的基本一样，热源也是电弧，但把焊丝上的药皮改变成了颗粒状的焊剂。焊接前先把焊剂铺撒在焊缝上，大约40～60毫米厚,如图所示为焊缝的形成过程。 埋弧焊时焊缝的形成 1-焊丝；2-焊件；3-焊剂；4-液态金属；5-液态焊剂；6-焊缝；7-焊渣 焊接时，焊丝与焊件之间的电弧，完全淹埋在40～60毫米厚的焊剂层下燃烧。靠近电弧区的焊剂在电弧热的作用下被熔化，这样，颗粒状焊剂、熔化的焊剂把电弧和熔池金属严密的包围住，使之与外界空气隔绝。焊丝不断地送进到电弧区，并沿着焊接方向移动。电弧也随之移动，继续熔化焊件与焊剂，形成大量液态金属与液态焊剂。待冷却后，便形成了焊缝与焊渣。由于电弧是埋在焊剂下面的，故称埋弧焊（又称焊剂层下电弧焊）。 当上述过程中的焊丝送进和焊丝沿焊缝向前移动两种操作均由焊机自动完成时，这就是埋弧自动焊。埋弧自动焊的焊接过程如图4-16所示。焊件接口开坡口（30毫米以下可不开坡口）后，先进行定位焊，并在焊件下面垫金属板，以防止液态金属的流出。接通焊接电源开始焊接时，送丝轮由电机传动，将焊丝从焊丝盘中拉出，并经导电器而送向电弧燃烧区。焊剂也从焊剂斗送到电弧区的前面。在焊剂的两侧装有挡板以免焊剂向两面散开。焊完后便形成焊缝与焊渣。部分未熔化的焊剂，由焊剂回收器吸回到焊剂斗中，以备继续使用。埋弧自动焊的优点是： （1）生产效率高。埋弧自动焊的生产率可比手工焊提高5～10倍。因为埋弧自动焊时焊丝上无药皮，焊丝可很长，并能连续送进而无需更换焊条。故可采用大电流焊接（比手工焊大6～8倍），电弧热量大，焊丝熔化快，熔深也大，焊接速度比手工焊快的多。板厚30毫米以下的自动焊可不开坡口，而且焊接变形小。 （2）焊剂层对焊缝金属的保护好，所以焊缝质量好。 （3）节约钢材和电能。钢板厚度一般在30毫米以下时，埋弧自动焊可不开坡口，这就大大节省了钢材，而且由于电弧被焊剂保护着，使电弧的热得到充分利用，从而节省了电能；（4）改善了劳动条件。除减少劳动量之外，由于自动焊时看不到弧光，焊接过程中发出的气体量少，这对保护焊工眼睛和身体健康是很有益。 埋弧自动焊的缺点是适应能力差，只能在水平位置焊接长直焊缝或大直径的环焊缝。三、 氩弧焊 手工钨极氩弧焊： 在焊接时为保护焊缝不被空气影响，常采用气体和熔渣联合保护。当独使用外加气体来保护电弧及焊缝，并作为电弧介质的电弧焊，称为气体保护焊。 氩弧焊是采用氩气作为保护气体的一种气体保护焊方法。在氩弧焊应用中，根据所采用的电极类型可分为非熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊两大类。非熔化极氩弧焊又称为钨极氩弧焊，是一种常用的气体保护焊方法。 焊接过程： 钨极氩弧焊又称钨极惰性气体保护焊，它是使用纯钨或活化钨电极，以惰性气体—氩气作为保护气体的气体保护焊方法，如图所示。钨棒电极只起导电作用不熔化，通电后在钨极和工件间产生电弧。在焊接过程中可以填丝也可以不填丝。填丝时，焊丝应从钨极前方填加。钨极氩弧焊又可分为手工焊和自动焊两种，以手工钨极氩弧焊应用较为广泛 钨极氩弧焊的特点： 钨极氩弧焊的优点是：由于焊缝被保护得好，故焊缝金属纯度高、性能好；焊接时加热集中，所以焊件变形小；电弧稳定性好，在小电流（＜10A）时电弧也能稳定燃烧。并且，焊接过程很容易实现机械化和自动化。 缺点是：氩气较贵，焊前对焊件的清理要求很严格。同时由于钨极的载流能力有限，焊缝熔深浅，只适合于焊接薄板（＜ 6mm）和超薄板。为了防止钨极的非正常烧损，避免焊缝产生夹钨的缺陷，不能采用常用的短路引弧法，必须采用特殊的非接触引弧方式。氩弧焊主要被用来焊接不锈钢与其它合金钢，。同时还可以在无焊药的情况下焊接铝、铝合金、镁合金及薄壁制件。 四、 电阻焊 电阻焊（又称压力焊）是一种常用的焊接方法，它是利用电流直接流过工件本身及工件间的接触面所产生的电阻热，使工件局部加热到高塑性或熔化状态，同时加压而完成的焊接过程。电阻焊的主要特点是： （1）低电压，大电流（几千 ~ 几万安培），完成一个焊接接头时间极短（0.01 ~几秒），所以生产率很高。（2）焊接时加热加压同时进行，接头在压力下焊合。 （3）焊接时不需要填充金属及焊药。 电阻焊的焊接方法很多，按接头形状的不同，可分为点焊、缝焊（滚焊）、对焊。电阻对焊机工作示意图 电阻焊： 点焊是焊件在接头处接触面的个别点上被焊接起来。点焊要求金属要有较好的塑性。如图所示，为最简单的应用点焊的例子。 最简单点焊图 焊接时，先把焊件表面清理干净，再把被焊的板料搭接装配好，压在两柱状铜电极之间，施加P 力压紧，如图1所示。当通过足够大的电流时，在板的接触处产生大量的电阻热，将中心最热区域的金属很快加热至高塑性或熔化状态，形成一个透镜形的液态熔池。继续保持压力P，断开电流，金属冷却后，形成了一个焊点。如图2所示，是一台点焊机的示意图。 图1点焊过程 图2点焊机 点焊由于焊点间有一定的间距，所以只用于没有密封性要求的薄板搭接结构和金属网、交叉钢筋结构件等的焊接。如果把柱状电极换成圆盘状电极，电极紧压焊件并转动，焊件在圆盘状电极只间连续送进，再配合脉冲式通电。就能形成一个连续并重叠的焊点，形成焊缝，这就是缝焊。它主要用于有密封要求或接头强度要求较高的薄板搭接结构件的焊接，如油箱、水箱等。 教学内容分析： 重点：：手工电弧焊 1）电弧构造与温度分布。 2）焊机型号与接线应用。 3）焊接电流的确定及调节。 气焊与气割1）回火防止器的作用。 2）氧—乙块焰的种类及应用。 难点：手工电弧焊：焊条药皮的重要作用。 气焊与气割：氧气切割应具备的条件。 解决方式：手工电弧焊：结合挂图、实物，进行启发式讲解。 气焊与气割：重点强调、启发式讲解、理论联系实际。 教学效果：通过讲解、示范和训练指导，使实习学生在比较短的时间内，对手工电弧焊的基础知识和操作技术，有一个基本的了解和认识；培养实习学生的动手能力和综合素质，为以后的进一步的专业学习和工作奠定必要基础。 本文由(www.wenku1.com)首发，转载请保留网址和出处！
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