高校课程教学大纲焊接工艺Word文档下载推荐.docx
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2.气体电离在外加能量作用下，中性气体分子或原子分离成正离子和电子的现象。
3.电离电子完全脱离原子核的束缚形成自由电子的过程程称为电离
三、电离种类
1.热电离气体粒子受热的作用相互碰撞而产生的电离称为热电离。
电弧导电的主要途径
2.电场作用下的电离带电粒子从电场中获得能量，通过碰撞而产生的电离过程。
电场作用下的电离很小
3.光电离中性气体粒子受到光辐射的作用而产生的电离
电弧的辐射只可能对K、Na、Ca、Al等金属蒸气直接引起电离，而对焊接电弧气氛中的其他气体则不能直接引起电离。
光电离是产生带电粒子的次要途径。
四、电子发射
1.阴极电子发射电极表面受到外加能量的作用，使其内部的电子冲破电极表面的束缚而飞到电弧空间的现象
2.逸出功使一个电子从金属表面飞出所需要的最低外加能量称为逸出功（Wω）。
3.热发射阴极表面因受到热作用而（电子飞出金属表面）产生的电子发射现象。
因为金属内部的自由电子受热后运动速度增加。
通常采用沸点高的钨或碳做阴极
4.电场发射或场致发射金属表面电子受电场的作用而飞到电弧空间的现象。
电场越强，则场致电子发射能力越强。
5.光发射当金属表面受到光辐射使电子飞到电弧
空间的现象。
6.撞击发射高速运动的粒子碰撞金属表面时自由电子接受粒子的碰撞而飞到电弧空间的现象。
7.激励气体原子得到外加能量电子从低能级跃迁到高能级别的现象（这时原子处于“激发”状态）激励可以破坏中性粒子的内部稳定状态使中性粒子更易被电离。
8.解离电弧的温度很高，电弧中的多原子气体由于热的作用，将分解为原子，这种现象称为热解离。
9.扩散电弧空间中如果带电粒子的分布不均匀，则带电粒子将从浓度高的地方向浓度低的地方迁移，而使浓度趋于均匀的现象称为带电粒子的扩散
10.复合电弧空间的正负带电粒子（正离子、负离子、电子）在一定条件下相遇而结合成为中性粒子的过程。
第二节焊接电弧的引燃
一、焊接电弧的引燃过程
1.把造成两电极间气体发生电离和阴极电子发射而引起电弧燃烧的过程，称为焊接电弧的引燃。
2.焊接电弧的引燃一般有两种方式：
（1）接触引弧
弧焊电源接通后，电极（焊条或焊丝）与工件直接短路接触（焊条/工件产生电压—空载电压）随后迅速拉起电极（约2~4mm）而引燃电弧。
（2）非接触引弧
在引弧时，电极与工件之间保持一定的间隙，然后在电极与工件之间施以高电压击穿间隙使电弧引燃。
（利用高压2000V—3000V将两电极间空气间隙击穿电离）
3.接触引弧
短路：
电极与工件接触→热量产生→电极末端、工件升温→电极表面发热、熔化甚至气化、引起热发射和热电离
分离：
电极提起→形成强电场→带电粒子定向运动→高温气体电离
燃弧：
带电粒子运动、相互碰撞和复合→产生大量热和弧光→电弧稳定燃烧
4.非接触引弧
（1）高频高压引弧150~260kHz/每次振荡2000-3000V
（2）高压脉冲引弧50或100Hz3000-5000V高频高压引弧
5.电弧的组成及热量分布
（1）焊接电弧分三个区
阴极区：
热量约占电弧总热量的36％。
（2400Ｋ）
弧柱区：
热量约占电弧总热量的21％。
（5000-30000K）
阳极区热量约占电弧总热量的43％。
（2600K）
（2）电弧的温度分布
弧柱温度分布
①轴向
两极区低弧柱区高
a.二电极尺寸相等时，轴向温度分布均匀
b.二电极尺寸不等，轴向温度分布不均匀，靠近尺寸较小的一端，温度较高。
②径向：
中心大四周小
第三节焊接电弧的静特性
一、焊接电弧的静特性
在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，（电弧电压Ua）与焊接电流（Ia）变化的关系曲线称为焊接电弧的静态伏安特性，简称伏安特性或静特性。
当电弧电流从小到大在很大范围内变化时，焊接电弧的静特性近似呈U形线，
故也称为U形特性。
在A段，电弧电压随电流的增加而下降→下降特性段/负阻特性
在B段，电弧电压不随电流而变化→平特性段/等压特性
在C段，电弧电压随电流的增加而上升→上升特性段/正特性
一、焊接电弧静特性的应用
1.下降段（小电流钨极氩弧焊、脉冲、微束等离子）电弧燃烧不稳定而很少采用
2.焊条电弧焊、粗丝CO2气保焊、埋弧焊多半工作在静特性水平段。
熔化极气体保护焊、细丝丝CO2气保焊、等离子弧焊也多半工作在水平段，当焊接电流很大时才工作在上升段。
3.熔化极气体保护焊和水下焊接基本上工作在上升段。
第四节焊接电源的极性及电弧的稳定性
一、焊接电源的极性
1.什么是电源极性？
在直流电弧焊或电弧切割时，焊件与电源输出端正负极的接法。
焊件与电源输出端正、负极的接法分为正接和反接两种。
2.极性的应用
选择电源极性时，主要根据焊条的性质和和焊件所需要的热量来决定。
正接极：
①适用于厚板、酸性焊条的焊接.②用于不重要的焊接结构件.
反接极：
①适用于薄板、有色金属及特殊钢（如不锈、钢、铸铁）结构件的焊接。
②使用碱性（低氢钠型）焊条焊接重要结构时，无论是厚板还是薄板都必须选用直流的反接极
二、焊接电弧的稳定
1含义:
指电弧保持稳定燃烧（不产生断弧、飘移和磁偏吹）等的程度。
.
2影响因素：
<
1>
弧焊电源的影响：
①焊条电弧焊时要求弧焊电源具有陡降的外特性.②直流电源比交流电源电弧燃烧稳定。
③具有较高的空载电压.
<
2>
焊接电流的影响：
焊接电流越大，电弧温度越高，气体电离和阴极电子发射越强烈，电弧稳定性越好
3>
焊条药皮或焊剂的影响：
焊条药皮或焊剂中加入K、Na、Ca（稳弧剂）等元素的氧化物——电弧气氛中带电粒子↑——气体导电性↑——电弧稳定性↑。
焊条药皮偏心、药皮脱落
焊条药皮或焊剂中含有不电离的F化物、Cl化物时——电离程度↓——电弧稳定性↓。
4>
磁偏吹的影响：
电弧周围磁力线均匀分布的状况被破坏，使焊丝（条）轴线方向，这种现象称为磁偏吹
5>
外界因素（工件、气流）
6>
焊工操作技术
第五节焊接电弧偏吹
一、1焊接电弧偏吹的影响：
⑴电弧偏吹——在实际焊接中，由于气流的干扰、磁场的作用或焊条偏心度的影响，使电弧的中心偏离电极轴线的现象。
⑵焊接电弧偏吹的原因:
①.焊条偏心度②.电弧周围气流干扰③.磁偏吹
2、磁场影响：
含义：
直流焊机焊接时，因受到焊接回路所产生的电磁力的作用而产生的电弧偏吹。
3、形成原因：
直流电所产生的磁场在电弧周围分布不均匀所引起的。
4、影响因素：
a）导线接线不正确.b）铁磁物质引起的。
c）焊条与焊件的相对位置不对称。
第六节焊接的熔滴过渡
一、熔滴过渡的定义
1、电弧焊时，焊丝（或焊条）端部受热熔化形成的金属滴叫熔滴。
2、熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程称为熔滴过渡
3、熔池：
电弧焊时，被焊金属（母材）和填充金属在热源作用下熔化后，形成具有一定几何形状的液态金属叫熔池。
4、飞溅：
熔化金属飞出熔池的现象
5、影响：
母材表面、护目镜、摄像头
6、飞溅率：
焊接过程中飞溅损失的金属量与焊化的焊丝（或焊条）金属质量的百分比
二、熔滴上的作用力
1、重力：
当焊丝直径较大而I较小时，在平焊位置的情况下，使熔滴脱离焊丝的力主要是重力。
2、表面张力：
在焊条端头上主要保持熔滴的主要作用力。
促使液体表面收缩的力液体表面相邻两部分之间单位长度内互相牵引的力
3电磁收缩力：
沿焊条的径向，焊条和熔滴上受到从四周向中心的电磁力
4、熔滴爆破力：
当熔滴内部因冶金反应而生成气体或者含有易蒸发金属时，在电弧高温的作用下，使气体体积膨胀而产生的内压力，致使熔滴爆破，这一内压力称为~，它促进熔滴过渡，但产生飞溅。
三、熔滴过渡的主要形式及特点
1、传统上，通常将熔滴过渡（metaltransfer）分成自由过渡、接触过渡、渣壁过渡三种主要形式，每一种又可以再分为不同的类型。
目前，熔滴过渡的名称尚未规范、统一。
2、熔滴过渡形式：
⑴接触过渡⑵渣壁过渡⑶自由过渡：
①滴状过渡②喷射过渡③爆炸过渡
第二章手工电弧焊工艺
【教学目的】（通过本章学习，了解手工电弧焊工艺特点，掌握焊接工艺参数的选择原则，理解焊接工艺参数对焊缝形状和焊接质量的影响。
【教学重点与难点】本章重点是掌握焊条直径和焊接电流选择原则及它们之间的匹配，难点是焊接线能量的含义、计算方法及对焊接质量的影响。
【教学内容】运用焊接工艺参数选择原则，根据生产实际情况合理选用，以确保焊接质量。
第一节焊接接头形式和焊缝形式
一、定义：
用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法叫手工焊条电弧焊
手工电弧焊按电极材料分为：
（1）熔化极手工电弧焊
（2）非熔化极
二、手工电弧焊的特点：
1.工艺灵活、适应性强（位置、接头形式、厚度）；
2.接头质量易于控制（金相组织细、热影响区、接头性能好）；
3.易于分散焊接应力控制焊接变形（跳焊、分段、对称）；
设备简单、操作方便；
缺点：
1）要求焊工操作技术高；
2）劳动条件差；
3）生产率低
三.接接头形式
用焊接方法连接的接头称为焊接接头。
焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区。
1、的四种焊接接头形式：
对接接头T型接头搭接接头角接接头
四.选择原则及目的
1.坡口的概念
根据设计或工艺需求，将焊件待焊部位加工成一定几何形状的沟槽称为坡口。
2.坡口选择原则
1）能够保证工件焊透，且便于焊接操作。
（2）坡口形状应容易加工。
（3）尽可能提高焊接生产率和节省焊条。
（4）尽可能减小焊后工件变形
3.坡口三要素：
（1）根部间隙b根部焊透
（2）钝边厚度P防止燒穿
（3）坡口角度a清理熔渣
4.坡口的目的
保证焊件根部焊透，使焊接电弧能深入接头根部，保证焊接质量；
同时，起到调节基本金属与填充金属比例的作用。
5.口加工方法
坡口的加工方法可根据焊件的尺寸、形状、加工条件来选择，一般有剪切、刨削、车削、火焰切割、碳弧气刨、等离子切割、铲销或磨削。
五．坡口基本形式及特点
1V形坡口是最常用的坡口形式。
它便于加工，焊接时为单面焊，不用翻转工件，但焊后易产生角变形。
2X形坡口是在V形坡口基础上发展起来的。
在同样厚度下，能减少焊缝金属量约1/2，并且为对称焊，焊后焊件的残余变形较小，但需要翻转焊件，增加劳动量。
3U形坡口在焊件厚度相同的条件下U形坡口的空间面积比V形坡口小的多，当焊件厚度较大只能采用单面焊时，U形坡口可以提高生产率,但加工困难。
六．焊缝的形状和尺寸
焊缝的宽度：
道焊缝横截面中两焊趾之间的距离
焊趾：
缝表面与母材的交界处
余高：
焊缝中，超出表面焊趾连线上面的那部分焊缝金属的高度叫余高
熔深：
焊接接头，母材熔化的深度叫熔深（决定焊缝的化学成分）
焊缝厚度:
在焊缝横截面上从焊缝正面到焊缝背面的距离叫焊缝厚度
第二节焊缝的符号
一、焊缝标注方法
焊缝有两种表示方法，即符号法和图示法。
二、符号标注法的要素
焊缝符号标注中有许多要素，其中焊缝基本符号和指引线构成了焊缝的基本要素，属于必须标注的内容。
除焊缝基本要素外，在必要时还应加注其他辅助要素，如辅助符号、补充符号、焊缝尺寸符号及焊接工艺等内容。
三、焊缝标注的有关规定-焊缝尺寸的标注
焊缝横截面的尺寸如钝边P、坡口深度H、焊角尺寸K、焊缝宽度c等标在基本符号的左侧
焊缝的长度尺寸如焊缝长度l、焊缝间距e、相同焊缝段数n等标志在基本符号的右侧
坡口角度α、坡口面角度β、根部间隙b等尺寸标注在基本符号的上侧或下侧
相同焊缝数量N标在尾部
三、常用焊接方法在图样的表示代号：
代号
焊接方法
135
MAG焊（CO2）
111
手弧焊（涂料焊条）
21
点焊
114
药芯焊丝电弧焊
141
TIG焊
12
埋弧焊
131
MIG焊
25
电阻对焊
23
凸焊
952
烙铁软钎焊
3
气焊
751
激光焊
2
电阻焊
155
等离子弧MIG焊
第三节焊接工艺参数
一、焊接工艺参数：
⑴、焊条直径⑵、焊接电流⑶、焊接电流⑷、电源种类和极性⑸、焊接速度⑹、焊接层数
二、确定焊条电弧焊的焊接电流大小要根据以下几个方面
⑴焊条直径⑵焊条类型⑶焊缝位置⑷焊件厚度
⑸焊接层数⑹接头型式
三、线能量：
熔焊时，由焊接能源输入给单位长度焊缝上的能量
第四节手工电弧焊焊接缺陷及分析
一、焊接缺陷
1、外部缺陷（肉眼看得见）
位于焊缝外表面，用目测或低倍放大镜可以看到的缺陷
常见的几种：
1.焊缝表面尺寸不符合要求
2.焊接裂纹（表面）
3.咬边4.气孔（表面）
5.焊瘤6.凹坑7.烧穿
2、内部缺陷（肉眼不可见）
位于焊缝内部缺陷，用破坏性试验或无损探伤的方法可以发现。
常见的几种内部缺陷：
1.裂纹2.气孔3.夹渣4未熔合5.未焊透
二、焊接部不良的实例和片
焊渣附着咬边焊瘤气孔焊缝不等（高度）焊缝不等（宽度）
母材损伤裂纹余高不等高错位电弧闪击端部处理不良
第三章焊条
【教学目的】（通过本章学习，了解焊条的特性及作用，掌握酸、碱性焊条的特性及作用，掌握焊条的分类及型号编制方法，掌握焊条的选用原则。
【教学重点与难点】本章重点是掌握酸、碱性焊条的特性及作用，掌握焊条的分类及型号编制方法，难点是焊条的选用原则。
【教学内容】在焊接过程中，它在焊接回路中可以传导电流，作为引燃电弧的一个电极，同时它还起着填充金属的作用，在热源作用下熔化与母材共同形成焊缝。
第一节焊条的组成及作用
1、焊条电弧焊中使用的涂有药皮的熔化电极称为焊条。
由焊芯、药皮两部分组成
2、焊芯焊条中被药皮包覆的金属芯叫焊芯
3、作用传导电流产生电弧、填充金属
4、药皮压涂在焊芯表面上的涂料层叫药皮
5、药皮的作用
（1）稳弧作用
（2）保护作用（3）冶金作用（4）改善焊接工艺性
一、药皮类型
牌号
型号
药皮类型
TiO2
SiO2
碳酸盐
有机物
Mn-Fe
J421
E4312
钛型
≥35%
含有
J422
E4303
钛钙型
≥30%
20%
J423
E4301
钛铁矿型
J424
E4320
氧化铁型
J425
E4310
纤维素型
>
15%
J426
E4315
低氢型
萤石
30%
无
钛铁
J427
E4316
Z208
EZC
石墨型
石墨等
Z308
EZNi
L109
盐基型
氟化物等
二、药皮组成
①稳弧剂:
改善引弧性能和提高电弧燃烧的稳定性，原材料为易电离或电离势低的物质。
如：
K2CO3、CaCO3大理石、长石、钾水玻璃
②造渣剂:
造成具有一定物理性能、化学性能的熔渣，起到保护作用和改善焊缝成型。
钛铁矿、金红石、萤石、长石等。
③造气剂:
造气保护,有机物、碳酸盐.有机物如：
木粉、淀粉、析出气体CO、H，碳酸盐析出气体CO2，高温时产生CO。
④脱氧剂:
降低药皮中或熔渣的氧化性和脱除金属中的氧。
铁合金：
锰铁、钛铁、硅铁、Re等。
⑤合金剂:
使焊缝补偿烧损和获得必要的合金成分。
合金、纯金属、一般Mn-Fe、Si-Fe要纯化发醇加５％高锰酸钾纯化.
⑥粘结剂:
将涂料牢固的粘在焊芯上，参加冶金反应，如钠水玻璃、钾水玻璃与钠水玻璃混合。
⑦增塑性:
便于用机器压制焊条，额外加入一些能改善涂料塑性或滑润性物质。
如云母、白泥、滑石等
第二节焊条分类
一、按焊条用途分：
结构钢焊条铜和铬钼耐热钢焊条不锈钢焊条堆焊焊条低温钢焊条
铸铁焊条镍及镍合金焊条铜及铜合金焊条铝及铝合多焊条特殊用途焊条
二、焊条分类
（1）酸性焊条（J422）：
熔渣成分主要是酸性氧化物，药皮中含有较多SiO2、TiO2、FeO等。
这类焊条工艺性能好，容易引弧、电弧稳定、飞溅小、脱渣性好、焊缝成形美观，对铁锈、油等污物不敏感，焊接可用交直流电源。
力学性能差，（尤其是塑性和韧性），抗裂纹性能不好，用于强度等级较低的一般结构
（2）碱性焊条（J507）：
熔渣成分主要是碱性氧化物、铁合金，药皮中含有CaCO3、CaF2、CaO、Na2O等。
脱氧、硫、磷能力强，焊缝的含氢量低，所以又称低氢焊条，碱性焊条的焊缝有较高的塑性和韧性，可用于焊接较重的焊接结构。
第三节焊条的型号及牌号
焊条型号——指国家标准规定的各类焊条的代号。
焊条牌号——焊条制造厂对作为产品出厂的焊条规定的代号
一、焊条的选用及保管
在实际生产中选用焊条时，除根据钢材的化学成分、力学性能、工作环境等要求外，还应考虑结构状况、受力情况和设备条件等综合因素考虑。
选用原则：
按焊件的力学性能、化学成分选用
①低碳钢、中碳钢、低合金——应按“等强度”原则选用。
当结构刚性大，受力复杂时，应选比刚才强度低一级的焊条
②不锈钢、耐热焊接或堆焊时——按母材的化学成分选用。
③异种钢焊接时，一般选用较低强度等级相匹配的焊条。
二、酸性焊条和碱性焊条的选用
主要取决于：
结构形状的复杂性，刚才厚度的大小，焊件负荷的情况和钢材的抗裂性及得到直流电源的难易等。
碱性焊条适用于：
①对塑性、冲击韧性和抗裂性能要求较高。
②低温条件下工作的焊缝
酸性焊条适用于：
①难以清理的焊件。
②通风条件较差或容器内焊接时。
第四章焊接应力与变形
【教学目的】（通过本章学习，了解焊接应力与焊接变形产生的原因，掌握控制和消除焊接应力与焊接变形的方法。
【教学重点与难点】本章重点控制和消除焊接应力与焊接变形的方法。
难点如何减少焊接应力与变形的危害
【教学内容】焊接应力和各种焊接变形直接影响焊接结构的产品质量和使用安全，因此必须加以防止。
如果能够从中找出它们的规律，那么就可以减少焊接应力与变形的危害
第一节焊接应力和变形概述
一、焊接应力与变形的概念
焊接过程结束，焊件冷却后残留在焊件中的内应力叫做焊接应力，也叫焊接残余应力。
焊接过程中，焊件产生了不同程度的变形，焊接过程结束，焊件冷却后残留在焊件上的变形（形状、尺寸的改变）叫做焊接变形，也叫焊接残余变形。
二、焊接应力与变形产生的原因
1.焊接时的局部不均匀加热与冷却是产生焊接应力和焊接变形的主要原因。
2.焊接过程中，焊件受到局部的、不均匀的加热和冷却，因此，焊接接头各部位金属热胀冷缩的程度不同。
由于焊件本身是一个整体，各部位是互相联系，互相制约的，不能自由的伸长和缩短，这就使接头内产生不均匀的塑性变形，所以在焊接过程中就要产生应力和变形。
三、焊接应力与变形的关系
1.当无拘束时（小/大平板对接），只出现残余变形，无残余应力
2.当拘束很大时（如大平板对接），则会产生残余应力，无
残余变形。
3.当拘束较小（如小板对接焊）时，既产生残余应力，又产
生残余变
第二节焊接残余应力的分类
1.按照焊接残余应力产生的原因分类
可分为：
温度应力组织应力、拘束应力氢致应力。
五、控制焊接残余应力的工艺措施：
1.选择合理的组焊顺序2.选择合理的焊接参数3.采用加热“减应区”法
4.采用锤击方法5.减小氢的措施及消氢处理
六、消除焊接残余应力的方法：
1.高温回火热处理2.整体拉伸消除焊接残余应力3.机械振动消除焊接残余应力
第五章埋弧自动焊
【教学目的】（通过本章学习，了解埋弧焊工作原理和工艺特点，熟悉埋弧焊设备及其安全操作规程，掌握埋弧焊操作技术
【教学重点与难点】本章重点埋弧焊工作原理和工艺特点,难点埋弧焊操作技术.
【教学内容】埋弧自动焊的实质与特点，自动调节原理以及有关的焊接设备、焊接材料、焊接工艺等方面的内容。
第一节埋弧焊的原理及特点
一、埋弧焊的焊接过程及原理
定义：
电弧在焊剂层下燃烧以进行焊接的熔化极电弧焊方法（Submergedarcwelding）
埋弧焊机的分类及组成
自动埋弧焊：
焊丝送进和电弧移动由专门的机头自动完成。
适合于长直焊缝的焊接，要求有较大的施焊空间
半自动埋弧焊：
送丝由机械自动完成。
电弧移动则由人工完成。
适合于短段曲线焊缝的狭小空间焊接。
第二节埋弧焊的焊接材料
一、焊丝
焊
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