焊条电弧焊的焊接原理焊条电弧焊是一种熔化焊接方法,它通过焊条引发电弧,并通过电弧热熔化焊件。是目前应用最广泛、最流行的焊接方法。
电弧是一种空气传导现象。焊接电弧是焊条与工件之间气体介质中强烈而持久的放电现象。在焊接过程中,焊条和焊件分别连接到焊接电源的两个电极上。当焊条的焊芯接触到焊件表面时,电路接通,产生较大的短路电流。由于接触点有一定的电阻,根据Q=I2Rt,接触点会产生大量的热量,使接触点迅速升温熔化。当焊条抬起2~4mm时,焊条与焊件之间的气体介质被电离,产生导电电子和正离子。在电场力的作用下,电子向阳极移动,正离子向阴极移动。它们不断碰撞重组,使动能转化为热能,从而产生强光和高热,并在焊条药皮端部与焊件之间形成电弧,如图14-1所示。
使焊条端部和相应的焊件部分同时熔化。焊接金属熔化形成熔池,焊条金属熔化形成熔滴。在重力和吹弧力的作用下,熔滴进入熔池,与焊件金属熔合,凝固后形成焊缝。在焊接过程中,药皮熔化形成熔渣,同时产生大量气体,对熔池金属起到保护和冶金处理的作用。
焊接电弧由三部分组成:阴极区、阳极区和弧柱区。阴极在大约2400 K的低温下发射电子;阳极区接受电子,温度较高,约2600K;弧区中心温度最高,约为6000~8000K。
使用DC弧焊电源(如弧焊整流器)进行焊接时,有两种连接方式:正接和反接。正连接是将药皮电极连接到负极,工件连接到正极的连接方法。由于正极接受电子,产生的热量较多,焊件容易焊透,所以这种焊接方法常用于焊接较厚的工件。反接是包覆电极接阳极,工件接阴极的连接方式。由于负极发射的电子产生的热量较少,焊接部位不易烧穿,所以这种焊接方法常用于焊接较薄的工件。
焊接电弧产生的热量与电弧电压和焊接电流的乘积成正比(即Q=IUt)。通常,电弧稳定燃烧时焊件与焊条之间的电压称为电弧电压,通常在20 ~ 35 V范围内,由于电弧电压变化较小,生产中主要通过调节焊接电流来调节电弧热量。焊接电流越大,电弧产生的总热量越多,反之,总热量越少。
焊条电弧焊技术、引弧技术
焊条电弧焊的点火方法有两种:一种是刮擦法,容易掌握,但容易损伤焊件表面;另一种是直接冲击法,必须熟练掌握焊条离开焊件的速度和距离。
划线方法:先将药皮电极对准焊件,然后像划火柴一样在焊件表面轻轻划一下,点燃电弧,然后快速提起药皮电极2~4mm,使其稳定燃烧,如下图A所示。
直击法:将药皮电极末端对准焊件,然后手腕向下弯曲,使药皮电极与焊件轻微接触,然后迅速提起药皮电极2~4mm,引弧后手腕放平,保持电弧稳定燃烧。这种引弧方法不会划伤焊件表面,不受焊件表面大小和形状的限制,因此是生产中使用的主要引弧方法。但是操作不太好掌握,熟练程度有待提高,如F所示
焊条电弧焊焊条电弧焊的焊接工艺由弧焊电源、焊接电缆、焊钳、焊条、焊件和电弧组成,如下图所示。焊接时,采用接触短路引弧法引弧,然后提起焊条并保持一定距离,在弧焊电源提供的适当焊接电流和弧压下,电弧稳定燃烧。在电弧的高温作用下,药皮电极和焊件被部分加热到熔化状态,药皮电极端部的熔滴与焊件熔化的母材熔合在一起,形成熔池。随着电弧的不断移动,熔池也随之移动,熔池中的液态金属逐渐冷却结晶形成焊缝。
在焊条电弧焊的焊接过程中,焊条药芯熔化并以熔滴的形式转移到熔池中。同时,药皮焊条的外涂层产生一定量的气体和液态熔渣,填充电弧和熔池隔绝空气,从而保护熔滴和熔池中的熔融金属。同时液态渣的密度小于熔池中金属液的密度,熔池中金属液上的浮渣也起到了保护熔池的作用。另外,液态渣凝固后成为渣壳,覆盖在焊缝金属表面,可以防止高温焊缝金属被氧化,减缓焊缝冷却速度。
在焊接过程中,液态金属与液态渣和气体之间发生脱氧、脱硫、脱磷、脱氢及合金元素等复杂的冶金反应,使焊缝金属获得合适的化学成分和组织。
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