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课程目录

课程介绍

《焊接方法与设备》是焊接技术与工程专业的核心课程，同时也是材料成型及控制工程、材料科学与工程等专业的重要专业课。其先修课程主要是材料科学基础、机械设计、电工及电子学、弧焊电源等。

本课程的任务是使学生掌握有关电弧焊中电弧特性、焊丝融化（熔滴过渡）、焊缝成形等基本原理，掌握常用熔焊方法的原理、设备和工艺。学生通过学习，能够按照工程的实际需要，选用适宜的熔焊方法，选用和调试设备，选用焊接材料以及制定焊接工艺，初步具备分析和解决焊接实际生产问题的能力。为成为卓越焊接工程师奠定基础。

本课程的主要内容有：

1）有关焊接电弧、熔滴过渡、焊缝成形以及电弧焊自动控制等方面的基础理论。

2）以电弧作为热源的各种电弧焊方法的基本原理、焊接设备、焊接材料和焊接工艺。

电弧焊是指以焊接电弧作为热源，使工件熔合在一起，达到原子间结合的焊接方法。电孤焊能有效而简便地把孤焊电源输送的电能转换成焊接过程所需要的热能和机械能，按照电孤焊工艺特点的不同又可分为焊条电弧焊、埋弧焊、气体庇护焊等焊接方法。

一、电焊机

电焊机是指将电能装换成焊接能量并能实现焊接操作的犒套装置设置，包罗焊接电源及附件等。

1,电焊机的基本工作原理

（1）焊接电孤及其静特性曲线

焊接电弧是指在焊接电源供给的具有-定电压的两电极间或电极与焊件间的气体介质中，产生强烈而持久的放电现象。

焊接电弧可分为阴极区、阳极区和弧柱区三个区域，如图2-5-1所示。弧柱区, 温度最高（通常为6000-8000℃）,体积最大，长度最长。

图2-5-1焊接电弧及其组成

使中性的气体分子或原子释放电子形成正离子的过程称为气体电离；阴极的金属表面连续地向外发射出电子的现象，称为阴极电子发射。气体电离和阴极电子发射是产生和维持焊接电弧的重要条件。

在电极材料、气体介质和弧长必然的情况下，电弧不变燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系称为电弧静特性，表示它们关系的曲线叫作电弧的静特性曲线。焊接电弧的静特性曲线为U形，分下降特性区（ab段）、平特性区（bc段）和上升特性区（cd段）三部分，如图2-5-2a所示。不同的焊接方法，在必然的条件下，其电弧静特性只是曲线中的某一区域。焊条电弧焊由于其设备的额定电流值较小，其静特性曲线无上升特性区；埋孤焊在正常电流密度下焊接时，其静特性为平特性区，釆用大电流密度焊接时，其静特性为上升特性区；钨极氩弧焊一般在小电流区间焊接时，其静特性为下降特性区，在大电流区间焊接时，其静特性为平特性区；细丝熔化极气体庇护焊由于受电极端面积所限电流密度很大，所以其静特性为上升特性区。

在一般情况下，电弧电压总是和电弧长度成正比地变化，当电弧长度增加时，电弧电压升高，其静特性曲线的位置也随之上升，如图2-5-2b所示。

图2-5-2焊接电弧静特性曲线 a ）焊接电弧静特性曲线b ）静特性曲线与弧长的关系

(2)弧焊电源

弧焊电源是指提供电流和电压，并具有适合于弧焊和类似工艺所需特性的设备，如图2-5-3所示。焊接电源是特殊的用电器，因此弧焊电源在外特性、动特性、空载电压、负载持续率等方面有特殊的要求。

图2-5-3弧焊电源

a ）弧焊变压器 b ）弧焊整流器 c）逆变焊机

1）弧焊电源的外特性。弧焊电源的外特性是电弧燃烧状态下，弧焊电源输出电压与输出电流之间的关系，可用外特性曲线进行弧焊电源的外特性基本上分为下降外特性、平外特性和上升外特性三种类型，弧焊电源外特性曲线如图2-5-4所示。

焊条电弧焊一般是工作于电弧静特性的水平段上，采用下降外特性的弧焊电源，便可以满足系统不变性的要求。熔化极电弧焊（埋弧焊、混合气体庇护焊）不仅要根

a）下降外特性 b）平外特性 c)上升外特性

1-电弧静特性曲线 2-下降外特性曲线 3-平外特性曲线 4-上升外特性曲线

据其电弧静特性的形状，并且还要考虑送丝的方式来下选择合适的弧焊电源外特性工作部分的形状。非熔化极弧焊（钨极氩弧焊、非熔化极等离子弧焊以及非熔化极脉冲弧焊等）的电弧静特性工作部分呈平的或略上升的形状，采用陡降外特性的电源。

2)孤焊电源的动特性。弧焊电源的动特性是指电弧负载状态发生瞬时变化时电源输出电流和输出电压与时间的关系，用以表征负载瞬间变化的反应能力。