电焊基础知识课程教案

电焊基础知识课程教案2010-01-0915:20:31来源：双甸镇社区教育中心浏览：4700次电焊基础知识课程教案绪论第一章电弧焊基础知识第二章焊条电弧焊第三章埋弧焊第四章二氧化碳气体保护电弧焊第五章熔化极惰性气体保护电弧焊第六章钨极惰性气体保护弧焊第七章等离子弧焊接与切割第八章电阻焊第九章钎焊第十章其它焊接方法介绍绪论一、焊接及其在现代工业中的地位1、焊接(Welding)及其本质定义：实质：焊接在现代工业中的地位是现代工业一种重要的连接加工方法，同时是一种精确、可靠、低成本，并且是采用高科技连接材料的方法。目前还没有其它方法能够比焊接更为广泛地应用于金属的连接，并对所焊的产品增加更大的附加值。全世界约45%的钢铁和有色金属需要通过焊接才能变为可以使用的最终产品。现代工业中的连接方法有：螺栓、键、销钉（可拆卸）铆接、焊接、粘接（不可拆卸）现代工业生产的各行业直接或间接地都离不开焊接。没有焊接，就没有现代工业文明，也没有现代的生活方式。工业生产的发展，对焊接技术提出了更多、更高的要求二、焊接方法分类及发展概况(重点、难点，解释清楚三大类焊接方法的本质区别)1、焊接方法的分类及特点分类（族系法）：熔焊固相焊（压焊）钎焊2、焊接方法的发展概况公元前锻焊、钎焊（中国）1881年：法国人发明了最早期的碳弧焊机1856年：英格兰物理学家JamesJoule发现了电阻焊原理1862年：用二碳化钙生产出乙炔气1885年：美国人ElihuThompson获得电阻焊机专利权气焊1900年前后：铝热剂焊1926年：美国的A.O.Smith公司率先介绍了手工电弧焊焊条的制作方法1930s：钨极氩弧焊、埋弧焊1950年：电渣焊首次用于生产（俄罗斯）1956年：摩擦焊(俄罗斯)1957年：在熔化极气体保护焊中使用CO2作为保护气体（美国、英国和俄罗斯）1950s：电子束焊（法国）1960s：激光焊（美国）1991年：搅拌摩擦焊(英国)现状国内焊接大国——钢产量多年保持在1亿吨/年，消耗焊材100万吨但非强国——工业化的前期阶段焊接以手工操作为主，效率低、能耗高／焊接手段单调、工艺落后／焊材品种单调，重要关键焊材依赖进口焊接的数字化水平低国外已完成焊接手段的结构性转变（由手工到自动、由低效向高效转变）焊接手段以高效、自动焊为主／焊材品种配套齐全／多专用设备和专用材料数字技术在焊接上的应用正逐渐推广普及焊接的发展从材料上扩大可焊材料的范围，如超细晶粒钢、非金属、金属／非金属组合从结构上超大－如大型船舶、高层建筑／超微－如芯片、细微（μｍ级）零件从设备上高效率、低能耗／数字化、自动化、智能化、柔性化从技术工艺上高效率／低能耗／环保三、本教材的内容和学习方法(重点)1、教材的内容与学习要求要求：掌握主要焊接方法的原理、焊接质量的控制以及常用焊接设备的使用维护。强调并突出工艺应用能力的培养，即能根据实际结构的具体要求，优选焊接方法并制订合理的焊接工艺。重点：电弧焊，尤①气体保护焊（MAG/CO2/MIG、TIG）②埋弧焊学习方法建议：①牢固掌握基本概念、原理②勤于动手，理论联系实际（途径：多参加工程实践并制订工艺）③善于总结对比，条理清楚第一章电弧焊基础知识第一节焊接电弧目的与要求：了解电弧的实质、获得的途径、电弧各区域及其导电机构的特点、能量与温度的分布规律；掌握电弧偏吹的概念及影响因素、解决措施。一、焊接电弧的物理基础（一）电弧及其电场强度分布电弧的实质：气体放电（导电）电弧的特点：低电压、大电流、温度高、亮度大（二）电弧中带电粒子的产生获得电弧的途径：气体电离+电子发射1、电离的种类：热电离场致电离光电离电离能及其与引弧的关系2、（阴极）电子发射热发射场致发射光发射粒子碰撞发射逸出功及其与引弧的关系1、电离的种类：热电离场致电离光电离电离能及其与引弧的关系2、（阴极）电子发射热发射场致发射光发射粒子碰撞发射逸出功及其与引弧的关系二、焊接电弧的导电特性电弧的三个区域：阴极区弧柱区阳极区（一）弧柱区的导电特性最小电压原理（难点，通过水珠的形状与能量的关系辅以解释说明）（二）阴极区的导电特性1、热发射型2、电场发射型阴极斑点（三）阳极区的导电特1、阳极斑点2、阳极区导电形式三、焊接电弧的工艺特性电弧的工艺特性主要包括：热能特性、力学特性、电弧稳定性等。（一）电弧的热能特性1、电弧热的形成机构电弧的弧柱、阴极区、阳极区的产热特性各不相同。⑴弧柱的产热⑵阴极区的产热特性⑶阳极区的产热特性2、电弧的温度分布⑴轴向－两极区低弧柱区高⑵径向－中心高四周低3、焊接电弧的热效率及能量密度电弧产热的一部分热量会通过对流、传导、辐射等形式散失，所以会存在热效率问题。能量密度分布：轴向－两极区大弧柱区小径向－中心大四周小（二）、电弧的力学特性1、电弧力类型及作用（重点）电磁（收缩）力——使电弧获得刚直性，促进熔滴过渡等离子流力——促进熔滴过渡斑点（压）力——阴极＞阳极／阻碍熔滴过渡电极材料蒸发的反作用力——阴极＞阳极／阻碍熔滴过渡熔滴(droplet)冲击力——对熔池造成冲击短路爆破力——短路时产生，导致飞溅2、电弧力的主要影响因素气体介质、焊接电流和电压、焊丝（条）直径、极性和电极端部形状等。四、焊接电弧的稳定性电弧稳定性的概念（P19）影响电弧稳定性的因素：电源、外界因素、药皮（芯）（焊剂）、磁偏吹等第二节焊丝的熔化与熔滴过渡目的与要求：了解并掌握焊接电弧热和力的特点。掌握溶滴过渡的形式、特点，初步掌握其应用。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）（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)熔化系数(g/A?h)熔敷系数(g/A?h)熔敷速度(kg/h)熔敷效率(%)飞溅率(%)损失系数(%)焊丝的熔化特性主要受焊丝材料、直径和伸出长度等因素影响。二、熔滴上的作用力（重点）熔滴上的作用力是影响熔滴过渡及焊缝成形的主要因素。1、重力2、表面张力3、电弧力（注意其包含几项力在内！）4、熔滴爆破力5、电弧的气体吹送力在不同的焊接条件下，力的种类、大小不同，形成了不同的熔滴过渡形式三、熔滴过渡及特点（难点：从力的角度出发、从其规律讲起）熔滴过渡过程复杂，对电弧的稳定性、焊缝成形和冶金过程均有影响。规律：随着电流的增加，熔滴过渡的体积减小、频率加快。熔滴过渡：自由过渡、接触过渡、渣壁过渡每一种又可以再分为不同的亚型。目前，熔滴过渡的名称尚未规范、统一。自由过渡（重点）：滴状过渡喷射过渡:易在（富）氩气氛种获得，熔深大\熔敷效率高，适用于中、厚板平位置的填充、盖面。（有上、下限电流\可加脉冲）爆炸过渡?接触过渡：短路过渡（重点）：在各种气氛中，低电压、细焊丝（小电流）（但电流密度不小）均可获得；热输入小、焊接变形小、全位置焊性能好但一般飞溅较大；适用于薄板焊接或中厚板的打底焊接。搭桥过渡?渣壁过渡：沿渣壳（埋弧焊）沿套筒（焊条电弧焊）常见焊接方法的熔滴过渡形式焊条手工焊酸性焊条：细滴过渡碱性焊条：粗滴过渡+短路过渡CO2焊：滴状过渡（粗丝）、短路过渡、表面张力过渡（STT）（细丝）MIG（焊铝）：喷射过渡、亚射流过渡MAG（熔滴过渡形式最多、最灵活）：短路过渡关于熔滴过渡技术的最新发展（特别介绍）STT、冷金属过渡（CMT）双脉冲（超脉冲）（doublepulse、superpulse）过渡第三节母材熔化与焊缝成形目的与要求：了解焊丝加热和熔化的过程，了解并掌握焊缝形成的规律及其与焊接质量的关系。一、焊缝(weld)形成过程母材熔化形成熔池／熔池凝固形成焊缝——熔池形状与焊缝质量有关（《熔焊原理》）二、焊缝形状与焊缝质量的关系焊缝成形的基本参数：熔深(penetration或depthofpenetration)熔宽（width）余高(reinforcement或excessweldmetal)焊缝成形系数(formfactorofweld)=焊缝宽度／焊缝厚度三、焊接工艺因素对焊缝成形的影响（重点）1、焊接工艺参数焊接电流(主要影响熔深)：I↑→熔深↑、熔宽稍↑、余高↑电弧电压(主要影响熔宽)：U↑→熔宽↑、熔深↓、余高↓焊接速度：增加，则熔深、熔宽、余高均减小2、其它工艺因素焊丝直径焊丝伸出长度坡口角度及间隙板厚电极倾角四、焊缝成形缺陷及产生原因（难点，对照标准，以图及照片对比说明）焊缝的形状缺陷：20种参见GB/T6417-1986《金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明》第二章焊条电弧焊第一节焊条电弧焊的原理及特点目的与要求：了解焊条电弧焊的原理和特点及其适用范围。一、焊条电弧焊的基本原理气——渣联合保护的熔化焊二、焊条电弧焊的特点优点——灵后性好：操作以后，对装自己实求低，可焊材料广缺点——①生产率低；②人为因素强第二节焊条电弧焊设备及工具目的与要求：了解焊条电弧焊设备的种类、性能特点，掌握常用工具的选择与使用。一、对焊条电弧焊设备的要求（难点）1、对处特性形状的要求陡降理想处特性（多特性）2、又控载电区的要求交流55～70V直流45～85V3、对调节特性的要求（三种形式P36图2-4）4、对动特性要求动态响应特性二、常用焊条电弧焊机简介（重点）1、弧焊变压器（交流弧烛机）（BX系列）动铁（芯）式动圈（绕组）式抽头式2、直流弧焊发电机（AX系列）（已淘汰）3、弧焊整流器（1）硅弧焊整流器（ZXG系列）（2）晶闸管式焊整流器（ZX5系列）4、弧焊逆变器（ZX7系列）★四者的性能特点比较（P38）▲补充：焊条电弧焊机（直流）常见的功能的认识三、焊条电弧焊所用工具1、电焊钳（300A500A）2、面罩/护目镜3、焊条保温筒4、焊缝尺5、渣锤6、钢丝刷（什么钢？）7、气铲、角磨机第三节焊条电弧焊工艺目的与要求：了解并掌握焊条电弧焊工艺的内容、工艺参数与措施的制定。一、焊接接头形式、坡口和焊缝1、接头形式各种形式2、坡口：焊透调熔合比3、焊缝各种形式其表示法参见GB/T324-1988二、焊接工艺参数及选择（重点、难点，通过工艺实例说明）焊接工艺参数的内容；Φ、Ι、U、V……1、焊条直径：2.0、3.2、4.0mm选择依据：板厚、位置、层数、接头形式（原则：能大则大→效率高）2、电源种类及极性交流直流多用反接3、焊接电流I≈45Φ选择依据：焊条类型、直径、板厚、接头形式、位置、层数等。（原则：能大则大→效率）4、焊接层数的选择：n=S/d每层不大于4～5mm5、焊接电流与焊速的控制（1）弧压：①尽量用短弧；②直流机调电压；（2）焊速：①手工焊接一般不控制焊速；②看熔地状况三、焊条电弧焊的基本操作技术第三章埋弧焊第一节埋弧焊的原理及特点目的与要求：简要了解埋弧焊的原理、特点及应用。一、埋弧焊的工作原理定义：电弧在焊剂层下燃烧以进行焊接的方法(Submergedarcwelding)埋弧焊的过程埋弧焊的特点优点：生产效率高、焊接质量好、劳动条件好缺点：难以全位置焊、对焊前装配要求高、不适宜焊接薄板／短缝、适焊材料受限埋弧焊的适用范围材料：碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢、镍基合金、铜合金等结构：具有长而规则焊缝的大型结构，如船舶、压力容器、桥梁、起重机械等位置：平位置第二节埋弧焊设备目的与要求：了解埋弧焊的自动调节原理，掌握埋弧焊常用辅助设备的功能与使用。一、焊机编号：参见GB/T10249-1988《电焊机型号编制方法》如MZJ2-1000（额定电流为1000A的横臂式交流埋弧自动焊机）电源：埋弧焊多用较粗的焊丝，常用电弧电压自动调节的变速送丝式焊机（陡降外特性电源）；细丝时可用电弧自身调节的等速送丝式焊机（缓降外特性电源）多用交流电源(可减小电弧的磁偏吹)；新式焊机用逆变电源（体积小、重量轻、能耗低）小车：用于通用埋弧焊，配导轨使用。小车上通常包括送丝／行走驱动装置、焊剂斗、焊丝盘和控制面板等。一般多用内绕式焊丝盘（也可以用开式焊丝盘）。小车机头上的导电嘴有滚动式、夹瓦式和管式，以夹瓦式多见。二、辅助设备（补充）通用焊机（小车式）通