第二章 焊接的定义及特点
学习要求：掌握焊接的特点，焊接方法的分类，焊接电弧的产生及焊接电弧的结构，焊接电弧的应用，
课时：3课时。
基本内容：
一、 焊接定义：焊接是通过加热或加压或两者并用，可以使用或不用填充材料，使焊
件达到原子间结合的一种加工方法。
二、 焊接的优点：
焊接与螺钉连接、铆接、铸件及锻件相比有以下优点。
⑴节省了金属材料，减轻结构重量，且经济效益好。（焊接结构比铆接结构重量可减轻15%～20%，比铸件轻30%～40%，比锻件轻30%）。
⑵简化了加工与装配的工序，生产周期短，生产效率高。
⑶结构强度高，接头密封性好，
⑷为结构设计提高较大的灵活性。
⑸焊接过程易实现机械化和自动化。
三、焊接方法的分类
焊接方法可大致分为熔焊与压焊，列表如下：
螺 柱 焊 焊条电弧焊 熔 化 极 式 埋 弧 焊 MIG 焊 弧 焊
CO2 焊
TIG 焊 原子氢 焊 非 熔 化 极 式 焊 熔 焊气 刨 焊 氧 乙 炔 焊
气 焊 氢 氧 焊
空 气 乙 炔 焊
铝热焊
电渣焊
电子束焊
激光焊
气体压焊
点 焊
搭 接 焊 凸 焊
焊 接 电 阻 焊缝 焊
压 焊对 焊
对焊 闪 光 对 焊
对 滚 焊 锻 焊
冷 压 焊
超 声 波 焊
感 应 加 热 焊
摩 擦 焊
硬 钎 焊
钎 焊
软 钎 焊
四、焊接特点：
⑴焊接结构的应力集中变化范围比铆接结构大。
⑵焊接结构有较大的焊接应力和变形。
⑶焊接接头具有较大的性能不均匀性。
⑷焊接接头中存在一定数量缺陷。
⑸焊接接头的整体性。
五、焊接电弧：
1、 焊接电弧的产生
⑴焊接电弧的产生：电弧是由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间，或电极与焊件间在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。
电弧放电时，能产生大量而集中的热量，同时发出强烈的弧光。
⑵接触短路引弧法：将焊条或焊丝端部与焊件接触短路，利用短路产生高温，其次，在短路以后，迅速将焊条或焊丝拉开，这时在焊条或焊丝端部与焊件表面之间立即产生一个电压，并产生焊接电弧。手工电弧焊，埋弧焊，和熔化极气体保护焊都时采用接触短路引弧法。 ⑶高频高压引弧法：在钨极和焊件之间留有2-5mm的间隙，然后加速2000-3000V的空载电压，利用高电压直接将空气击穿，引燃电弧。
2、 焊接电弧的结构
⑴焊接电弧由阴极区、阳极区、弧柱区三部分组成。
① 阴极区：从阴极表面起靠近阴极的地方，此区域很窄，阴极表面堆积有一批正离子，形
成一个电压降，称为阴极电压U阴 。在阴极表面上有一个光亮的斑点，称为“阴极斑点”。阴极通过该斑点发射电子，电流密度很大，故呈“亮点”。
② 阳极区：从阳极表面起靠近阳极的地方，此区比阴极区宽。阳极表面堆积有一批电子，
所有形成一个电压降，称为阳极电压降U阳。在阳极表面上也有一个光亮的斑点，称为“阳极斑点”。阳极斑点的电流密度比阴极斑点小些。
③ 弧柱区：弧柱区是指阴极区和阳极区中间的区域，弧柱区占电弧长度的绝大部分，平时
所说的弧长就是指弧柱区长度。
⑵电弧两端（两电极）之间的电压降称为电弧电压。电弧电压=阴极电压降（U阴）+阳极电压降+弧柱电压降，
试验证明：当电极材料、电源种类、极性、和气体介质一定时，电弧电压仅决定于电弧长度，即当电弧拉长时，电弧电压升高，当电弧缩短时，电弧电压降低。
3、 电弧力
在焊接过程中，电弧不仅是热源，而且也是一个力源。电弧产生的机械作用力与焊缝的
熔深、熔滴过渡、焊缝成形等都有直接关系。如果电弧力控制不当，它将破坏焊接过程，使
焊丝金属不能过渡到熔池而形成飞溅，甚至形成焊瘤、咬边、烧穿等缺陷。焊接电弧力主要
包括电磁力、等离子流力、斑点压力、短路爆破力。
⑴电磁收缩力：当电流在导体内流过时，整个电流可看成由许多平行的电流线组成，这些电流线间将产生相互吸引力，使导体断面有收缩的倾向称为电磁收缩效应。
⑵等离子流力：在电弧中由于电弧推力引起高温气流的运动所形成的力称为等离子流力。电
弧中等离子气流具有很大的速度和加速度，等离子流产生的动压力在电弧中心线上最强，电
流越大，中心线上的压力越大，分散的区间越小。熔化极氩弧焊采用射流过渡规范时，这种
电弧动压力较明显，容易形成指状熔深。（见图1）
⑶斑点力：当电极上形成斑点时，由于斑点上导电和导热的特点，在斑点上将产生斑点力。
① 阳极接受电子的撞击，阴极接受正离子的撞击，由于正离子的重量远远大于电子
的重量，同时在阴极压降大于阳极压降，故这种斑点力在阴极上表现较大，在阳
极上表现较小。
② 由于斑点上的电流密度很高，局部温度很高而产生强烈的蒸发，使金属蒸汽以一
定速度从斑点发射出来，它将施加给斑点一定的反作用力。由于阴极斑点的电流
密度比阳极斑点的高，蒸汽发射要强烈，因此，阴极斑点力比阳极斑点力大。在
直流正接熔化极焊接时，焊丝为阴极，阴极斑点力将对熔滴过渡起阻碍座椅，造
成飞溅。（见图2）
（4） 、爆破力：熔滴短路时电弧瞬时熄灭，因短路时电流很大，短路金属液柱中电流密
度很高，在金属液柱内产生很大的电磁收缩力，缩紧变细，电阻热使金属液柱温
度急剧升高，使液柱汽化爆断，此爆破力可能使液体金属形成飞溅。（见图3）
电弧极性及其
应用；
⑴钨极氩弧焊极性的应用；
钨极氩弧焊焊接铝、镁及其合金，则选用交流焊接为最好，铝、镁及其合金也可选用
直流反接，但不能用直流正接。
直流正接时钨极氩弧焊最常用的电流类型。钨极氩弧焊时70%的热量产生在阳极，30%
热量产生在阴极。所以直流正接时，钨极因发热量小，不易过热。同样大小直径的钨极可以采用较大的电流，工件发热量大，熔深大，生产率高。由于钨极为阴极，热电子发射能力强，电弧稳定而集中。因此大多数金属宜采用直流正接焊接。反之，直流反接时，钨极容易过热熔化，同样大小直径的钨极许用电流要小得多，且熔深浅而宽。生产率低，电弧稳定性差。
直流反接性只有在焊接铝、镁及其合金和易氧化的铜合金（铝青铜，铍铜）时才被采用，因为它有去除氧化膜的作用（一般称为“阴极破碎”或“阴极雾化”）。铝、镁及其焊接焊接时，它形成一层致密的高熔点氧化膜覆盖在熔池表面和坡口边缘，该氧化膜如不及时清除，就会妨碍焊接正常进行。当工件为负极时，表面氧化膜在电弧的作用下可以被清除掉，而获得光亮美观的表面，形成良好的焊缝。这是因为金属氧化逸出功小，易发射电子，阴极斑点总是优先在氧化膜处形成，在质量很大的氩正离子高速撞击下，表面氧化膜破坏而被清除掉。正接时，工件为阳极，无论哪种气体都不会产生这种清理作用。
为了同时兼顾阴极清除作用和两级发热量的合理分配，对于铝合金，一般都采用同时具有正接和反接特点的交流钨极氩弧焊。
⑵熔化极气体保护焊的应用。
为了获得稳定细小的轴向熔池过渡，通常都采用直流反接，直流反接电弧稳定，熔深大，焊缝成形好，焊缝金属含氢低，氢是以离子形态溶于熔池中的，直流反接时熔池为负极，它发射大量电子，使熔池表面的氢离子有复合为原子，因而减少氢气孔的趋向，焊接铝及其合金还有良好的阴极破碎作用。
采用直流正接时，电弧的阴极斑点可上爬到焊丝的固态部分，焊丝端部的电流有一部分不流经液体金属，熔滴受到的电磁收缩力显著减小。熔滴过渡在较大程度上要依靠重力，因而熔滴尺寸较大，过渡不很稳定。
4、 电弧偏吹;
⑴电弧偏吹定义：由于弧柱时有高温电离气体组成的柔性导体，故受外力作用时很容易产生摆动。在焊接过程中，常发现弧柱的轴线偏离电极轴线。
⑵电弧偏吹危害：电弧的偏吹常造成电弧不能稳定燃烧，使焊缝成形变坏，严重时甚至使焊接无法进行。
⑶预防磁偏吹的措施：
① 采用交流电源代替直流电源。
② 减小焊接电流，并保持最短的弧长。
③ 焊接长焊缝时，采用分段退焊法。
④ 避免周围铁磁物质的影响。
⑤ 调整焊条的倾斜角度，使焊条朝电弧偏吹方向倾斜。
第二章 焊接的定义及特点
学习要求：掌握焊接的特点，焊接方法的分类，焊接电弧的产生及焊接电弧的结构，焊接电弧的应用，
课时：3课时。
基本内容：
一、 焊接定义：焊接是通过加热或加压或两者并用，可以使用或不用填充材料，使焊
件达到原子间结合的一种加工方法。
二、 焊接的优点：
焊接与螺钉连接、铆接、铸件及锻件相比有以下优点。
⑴节省了金属材料，减轻结构重量，且经济效益好。（焊接结构比铆接结构重量可减轻15%～20%，比铸件轻30%～40%，比锻件轻30%）。
⑵简化了加工与装配的工序，生产周期短，生产效率高。
⑶结构强度高，接头密封性好，
⑷为结构设计提高较大的灵活性。
⑸焊接过程易实现机械化和自动化。
三、焊接方法的分类
焊接方法可大致分为熔焊与压焊，列表如下：
螺 柱 焊 焊条电弧焊 熔 化 极 式 埋 弧 焊 MIG 焊 弧 焊
CO2 焊
TIG 焊 原子氢 焊 非 熔 化 极 式 焊 熔 焊气 刨 焊 氧 乙 炔 焊
气 焊 氢 氧 焊
空 气 乙 炔 焊
铝热焊
电渣焊
电子束焊
激光焊
气体压焊
点 焊
搭 接 焊 凸 焊
焊 接 电 阻 焊缝 焊
压 焊对 焊
对焊 闪 光 对 焊
对 滚 焊 锻 焊
冷 压 焊
超 声 波 焊
感 应 加 热 焊
摩 擦 焊
硬 钎 焊
钎 焊
软 钎 焊
四、焊接特点：
⑴焊接结构的应力集中变化范围比铆接结构大。
⑵焊接结构有较大的焊接应力和变形。
⑶焊接接头具有较大的性能不均匀性。
⑷焊接接头中存在一定数量缺陷。
⑸焊接接头的整体性。
五、焊接电弧：
1、 焊接电弧的产生
⑴焊接电弧的产生：电弧是由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间，或电极与焊件间在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。
电弧放电时，能产生大量而集中的热量，同时发出强烈的弧光。
⑵接触短路引弧法：将焊条或焊丝端部与焊件接触短路，利用短路产生高温，其次，在短路以后，迅速将焊条或焊丝拉开，这时在焊条或焊丝端部与焊件表面之间立即产生一个电压，并产生焊接电弧。手工电弧焊，埋弧焊，和熔化极气体保护焊都时采用接触短路引弧法。 ⑶高频高压引弧法：在钨极和焊件之间留有2-5mm的间隙，然后加速2000-3000V的空载电压，利用高电压直接将空气击穿，引燃电弧。
2、 焊接电弧的结构
⑴焊接电弧由阴极区、阳极区、弧柱区三部分组成。
① 阴极区：从阴极表面起靠近阴极的地方，此区域很窄，阴极表面堆积有一批正离子，形
成一个电压降，称为阴极电压U阴 。在阴极表面上有一个光亮的斑点，称为“阴极斑点”。阴极通过该斑点发射电子，电流密度很大，故呈“亮点”。
② 阳极区：从阳极表面起靠近阳极的地方，此区比阴极区宽。阳极表面堆积有一批电子，
所有形成一个电压降，称为阳极电压降U阳。在阳极表面上也有一个光亮的斑点，称为“阳极斑点”。阳极斑点的电流密度比阴极斑点小些。
③ 弧柱区：弧柱区是指阴极区和阳极区中间的区域，弧柱区占电弧长度的绝大部分，平时
所说的弧长就是指弧柱区长度。
⑵电弧两端（两电极）之间的电压降称为电弧电压。电弧电压=阴极电压降（U阴）+阳极电压降+弧柱电压降，
试验证明：当电极材料、电源种类、极性、和气体介质一定时，电弧电压仅决定于电弧长度，即当电弧拉长时，电弧电压升高，当电弧缩短时，电弧电压降低。
3、 电弧力
在焊接过程中，电弧不仅是热源，而且也是一个力源。电弧产生的机械作用力与焊缝的
熔深、熔滴过渡、焊缝成形等都有直接关系。如果电弧力控制不当，它将破坏焊接过程，使
焊丝金属不能过渡到熔池而形成飞溅，甚至形成焊瘤、咬边、烧穿等缺陷。焊接电弧力主要
包括电磁力、等离子流力、斑点压力、短路爆破力。
⑴电磁收缩力：当电流在导体内流过时，整个电流可看成由许多平行的电流线组成，这些电流线间将产生相互吸引力，使导体断面有收缩的倾向称为电磁收缩效应。
⑵等离子流力：在电弧中由于电弧推力引起高温气流的运动所形成的力称为等离子流力。电
弧中等离子气流具有很大的速度和加速度，等离子流产生的动压力在电弧中心线上最强，电
流越大，中心线上的压力越大，分散的区间越小。熔化极氩弧焊采用射流过渡规范时，这种
电弧动压力较明显，容易形成指状熔深。（见图1）
⑶斑点力：当电极上形成斑点时，由于斑点上导电和导热的特点，在斑点上将产生斑点力。
① 阳极接受电子的撞击，阴极接受正离子的撞击，由于正离子的重量远远大于电子
的重量，同时在阴极压降大于阳极压降，故这种斑点力在阴极上表现较大，在阳
极上表现较小。
② 由于斑点上的电流密度很高，局部温度很高而产生强烈的蒸发，使金属蒸汽以一
定速度从斑点发射出来，它将施加给斑点一定的反作用力。由于阴极斑点的电流
密度比阳极斑点的高，蒸汽发射要强烈，因此，阴极斑点力比阳极斑点力大。在
直流正接熔化极焊接时，焊丝为阴极，阴极斑点力将对熔滴过渡起阻碍座椅，造
成飞溅。（见图2）
（4） 、爆破力：熔滴短路时电弧瞬时熄灭，因短路时电流很大，短路金属液柱中电流密
度很高，在金属液柱内产生很大的电磁收缩力，缩紧变细，电阻热使金属液柱温
度急剧升高，使液柱汽化爆断，此爆破力可能使液体金属形成飞溅。（见图3）
电弧极性及其
应用；
⑴钨极氩弧焊极性的应用；
钨极氩弧焊焊接铝、镁及其合金，则选用交流焊接为最好，铝、镁及其合金也可选用
直流反接，但不能用直流正接。
直流正接时钨极氩弧焊最常用的电流类型。钨极氩弧焊时70%的热量产生在阳极，30%
热量产生在阴极。所以直流正接时，钨极因发热量小，不易过热。同样大小直径的钨极可以采用较大的电流，工件发热量大，熔深大，生产率高。由于钨极为阴极，热电子发射能力强，电弧稳定而集中。因此大多数金属宜采用直流正接焊接。反之，直流反接时，钨极容易过热熔化，同样大小直径的钨极许用电流要小得多，且熔深浅而宽。生产率低，电弧稳定性差。
直流反接性只有在焊接铝、镁及其合金和易氧化的铜合金（铝青铜，铍铜）时才被采用，因为它有去除氧化膜的作用（一般称为“阴极破碎”或“阴极雾化”）。铝、镁及其焊接焊接时，它形成一层致密的高熔点氧化膜覆盖在熔池表面和坡口边缘，该氧化膜如不及时清除，就会妨碍焊接正常进行。当工件为负极时，表面氧化膜在电弧的作用下可以被清除掉，而获得光亮美观的表面，形成良好的焊缝。这是因为金属氧化逸出功小，易发射电子，阴极斑点总是优先在氧化膜处形成，在质量很大的氩正离子高速撞击下，表面氧化膜破坏而被清除掉。正接时，工件为阳极，无论哪种气体都不会产生这种清理作用。
为了同时兼顾阴极清除作用和两级发热量的合理分配，对于铝合金，一般都采用同时具有正接和反接特点的交流钨极氩弧焊。
⑵熔化极气体保护焊的应用。
为了获得稳定细小的轴向熔池过渡，通常都采用直流反接，直流反接电弧稳定，熔深大，焊缝成形好，焊缝金属含氢低，氢是以离子形态溶于熔池中的，直流反接时熔池为负极，它发射大量电子，使熔池表面的氢离子有复合为原子，因而减少氢气孔的趋向，焊接铝及其合金还有良好的阴极破碎作用。
采用直流正接时，电弧的阴极斑点可上爬到焊丝的固态部分，焊丝端部的电流有一部分不流经液体金属，熔滴受到的电磁收缩力显著减小。熔滴过渡在较大程度上要依靠重力，因而熔滴尺寸较大，过渡不很稳定。
4、 电弧偏吹;
⑴电弧偏吹定义：由于弧柱时有高温电离气体组成的柔性导体，故受外力作用时很容易产生摆动。在焊接过程中，常发现弧柱的轴线偏离电极轴线。
⑵电弧偏吹危害：电弧的偏吹常造成电弧不能稳定燃烧，使焊缝成形变坏，严重时甚至使焊接无法进行。
⑶预防磁偏吹的措施：
① 采用交流电源代替直流电源。
② 减小焊接电流，并保持最短的弧长。
③ 焊接长焊缝时，采用分段退焊法。
④ 避免周围铁磁物质的影响。
⑤ 调整焊条的倾斜角度，使焊条朝电弧偏吹方向倾斜。