图4-3 直流电焊机的不同的接法 a) 正极 b) 反接
交直流电焊机的比較
母材熔透深度比較 交流电焊机
直流正极性
直流反极电极材料，气体介质和电弧长度一定时，电弧两端 的电压与焊接电流之间的关系称为电弧静特性，或称伏安 特性。电弧静特性曲线呈U形。如图4－4曲线2所示。 在一般情况下，电弧电压Uh与弧长l成正比变化，如 图4－5示，即电弧越长电压越高。
第四章 电弧焊的基本理论
本章要点:主要介绍与电弧焊有关
的基础
理论，包括焊接电弧、焊丝熔化 与过渡及焊接接头的组织及力学 性能，最后讨论焊接应力与变形 产生的原因和防止措施。
第一节

概述
一、焊接的特征 1.焊接已成为最流行的连接技术
国 家 大 剧 院 钢 结 构
金茂大厦
罐压力容器

2.焊接显现了极高的技术含量和附加值
颗粒 过渡
喷射 过渡
短路 过渡
第四节 焊接接头的组织及力学性能 （一）焊接接头的组成 焊接工件上温度的变化 各点处： 常温—较高温度—常温 固态 液态 固态 在焊接过程中，母材因受热的影响(但未熔化)而发生金 相组织和力学性能变化的区域称为热影响区。熔焊焊缝和母 材的交界线叫熔合线，熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影 响区的过渡区，叫熔合区，也叫半熔化区。因此，焊接接头 由焊缝、熔合区和热影响区组成。

表4－1
船厂常用的焊接方法及应用
第二节 焊接电弧

电弧是所有电弧焊方法的能源，能有效而简便地把弧 焊电源的电能转换成焊接过程所需要的热能和机械能。 一、焊接电弧的产生
图4－1 焊接回路示意图

焊接电弧是由焊接电源提供的、具有一定电压的两极 间或电极与焊件间，气体介质产生强烈而持久的放电现象。

二、焊接电弧的构造 电弧的三个区 阴极区、阳极区和弧柱区（如图4-2所示）。 焊接电弧的温度 º C和热量分布 温度 º C 热量分布 阳极区： 2600 43％ 弧柱区： 6000～8000 21％ 阴极区 ： 2400 36％
图4－2 焊接电弧的构造
三、焊接时的极性 使用直流电源焊接时有正接、反接法两种： 正接法：焊件接电焊机的正极（阳极），焊条接负极（阴 极）,因此，焊件温度较高，能获得较大熔深，适用于焊接厚 板。 反接法：焊件接负极，焊条接正极，适合于焊接薄板， 以防烧穿。 交流焊机、无正反接特点，温度均为2500K。
三维激光焊接
广州丰田自动化的机器人生产线

3 .焊接已成为关键的制造技术
“中华和平号”17.5万吨散货轮
千吨级热壁加氢反应器
上海卢浦大桥
世界最大的三峡水轮机转轮

4.焊接已成为现代工业不可分离的组成部分
三峡永久船闸
西气东输工程管道的焊接
神舟飞船返回仓全 焊接的铝合金结构


二、焊接的分类
焊接是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不
（二）焊缝形状与焊接质量的关系 焊缝形状是焊件熔化区横截面的形状，它可用焊缝熔深s、焊缝熔 宽c和余高h三个参数来描述，如图4－7所示。合理的焊缝形状要求s、c 和h之间有适当的比例。生产中常用焊接成形系数（ Ψ ＝c／s）和余高 系数（＝c／h）来表征焊缝成形的特点。 熔焊较适宜的成形系数为1～2。为了保证焊缝的强度，对一般焊 缝允许有适当的余高，通常对接接头允许h=0～3mm，对于重要角接构 件，也应焊出余高后再打磨成凹形。




焊接的方法种类很多，按焊接过程特点可分为三大类： (一）熔焊 把焊接局部连接处加热至熔化状态形成熔池，待其冷 却结晶后形成焊缝，将两部分材料焊接成一个整体。因两 部分材料均被熔化，故称熔焊。熔焊是金属焊接中最主要 的一种方法。 (二）压焊 在焊接过程中需要对焊件施加压力（加热或不加热） 的一类焊接方法，叫压焊。 (三）钎焊 利用熔点比母材低的填充金属（称为钎料）熔化后， 填入接头间隙并与固态的母材通过扩散实现连接的一类焊 接方法。


二、焊缝的组织和性能 (一)焊缝的组织和性能
焊缝组织是由熔池金属结晶得到的柱状的铸造组织。焊接熔池的结晶 首先从熔合区中处于半熔化状态的晶粒表面开始，晶粒沿着与散热最快的 方向的相反方向长大，因受到相邻的正在长大的晶粒的阻碍，向两侧生长 受到限制，因此，焊缝中的晶体是方向指向熔池中心的柱状晶体.. 焊缝中的铸态组织，晶粒粗大，组织不致密，但是，由于焊接熔池小， 冷却快，焊条药皮、焊剂或焊丝在焊接过程中的冶金处理作用，使得焊缝 的金属的化学成分优于母材，硫、磷含量较低，所以容易保证焊缝金属的 性能不低于母材，特别是强度容易达到。

焊缝宽度
焊缝的熔深 焊缝余高
图4－7 焊缝的横截面
焊接参数决定焊缝输入的能量，是影响焊缝成形的主要 工艺参数。焊接参数对焊缝熔深s、焊缝熔宽c和余高h的影响 如图4-8所示。焊接电流主要影响焊缝熔深s；电弧电压主要 影响焊缝熔宽c；焊接速度的快慢主要影响母材的热入，提高 焊速焊缝熔深s、焊缝熔宽c、余高h均减少。
颗粒过渡特点：焊接电流较小而电
弧电压较高时形成；因焊缝成形不好， 通常不宜采用。 喷射过渡特点：在氩或富氩保护气 体中，当电流增大到某临界值时，熔 滴呈细小颗粒，并以喷射状态快速通 过电弧空间向熔池过渡 ；喷射过渡时 其飞溅小，过程稳定，熔深大，焊缝 成形美观。 短路过渡特点：小电流焊接而低电 弧电压（即短弧焊时）时形成；短路 过渡时电弧稳定，飞溅小，焊缝成形 良好。广泛用于薄板焊接和全位置焊 接。
图4－4 普通电阻静特性与电弧静特性曲线 图4－5 不同电弧长度的电弧静特性曲 1－普通电阻静特性； 2－电弧静特性。

第三节 电弧焊的熔滴过渡 电弧焊时，焊条（或焊丝）末端在电弧高温作用下加 热熔化形成的向熔池过渡的液态金属滴叫熔滴。熔滴通过 电弧空间向熔池转移的过程叫熔滴过渡。

熔滴 过渡 形式
用填充材料，借助于金属原子的扩散和结合，使分离的材料 牢固的连接在一起的加工方法。 焊接的主要特点是： （1）节省材料，减轻质量； （2）简化复杂零件和大型零件的制造； （3）适应性好；可实现特殊结构的生产； （4）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连 接成型； （5）降低劳动强度，改善劳动条件。 焊接方法的应用： （1）制造金属结构件； （2）制造机器零件和工具； （3）修复。