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1、銅構件硬釬焊工藝的研究 通過實驗掌握銅結構的釬焊工藝方法。比較采用黃銅釬料的焊接工藝和采用自釬劑釬料的焊接工藝的特點。掌握高頻感應釬焊設備的使用、試件的裝配、焊接時加熱的控制、釬劑和釬料的施加方法等基本技能。觀察和分析銅釬焊的接頭組織，比較接頭間隙對釬焊質量的影響。 一.實驗設備與材料 高頻感應加熱沒備，2套 鋼鋸、細銼刀，各3件 虎鉗，2臺 體視顯微鏡，3臺 金相顯微鏡，3臺 玻璃板，3塊 金相砂紙，由粗到細，若干 直口鉗，3把 長鑷子，3把 釬劑，硼砂-硼酸混合釬劑，1000g 銅管，內徑10mm，壁厚1mm，5 米。實驗時由學生用鋼鋸截成長80mm長度。 圓銅

2、棒，直徑10mm , 5米。預先按圖加工。 丙酮， 1000毫升 醫(yī)用托盤，6只 電吹風器，3只 有色保護眼鏡，6只 二.安全注意 1腐蝕試件時，嚴格注意按照酸、堿水溶液的配制程序進行 2試件腐蝕時必須在具有良好通風設備的專用間進行 3若有酸、堿溶液濺入眼中，立即用大量的清水沖洗 4高頻加熱時必須要注意開水冷，不允許空載 5試件切割、加工時注意工具的安全使用 6高溫物體嚴禁用手觸摸 三．實驗程序： 1 試件準備 直徑10mm、壁厚1mm純銅管截成80mm長，直徑10mm圓銅棒截成如圖所示的形狀。 用銼刀修去銅管和圓棒邊緣毛刺并略微倒角，以便裝配。 用銼刀將一組圓

3、銅棒修整，使其直徑為9mm左右，與銅管之間形成較大的間隙。數(shù)量每組2對。 試件采用丙酮清洗，清除表面的油污。放入醫(yī)用托盤待用。 黃銅釬料絲，直徑1～2mm；銅磷、銅銀自釬劑釬料絲，直徑1～2mm。用丙酮清洗，清除表面油污。 2 釬劑準備 硼砂-硼酸混合釬劑1000g。 3 實驗步驟 試驗1 黃銅釬料焊接銅結構件-小間隙 將銅棒堵頭塞入銅管中，直立，堵頭一端朝上。開啟高頻加熱電源，調節(jié)功率到適宜值。加熱堵頭一端，并微調移動，使加熱均勻。觀察試件表面溫度達到釬料熔點時，將釬料絲一端略加熱，蘸釬劑。將蘸上釬劑的釬料絲一端沿焊縫加入，觀察釬料填滿接頭后停止加入。略保溫后，關斷高頻

4、加熱電源，停止加熱。 試驗2 黃銅釬料焊接銅結構件-大間隙 用銼刀加工將堵頭直徑縮小到9mm，放入到銅管中。同樣按試驗l的方法和順序進行焊接。 焊接后的試件待冷卻后，用鋼鋸沿縱向切割開。用砂紙對切割面進行打磨。觀察和比較不同間隙時焊縫的填縫質量、銅管內釬料的流動情況、釬縫內的缺陷情況等。 制作焊接接頭的金相試樣，腐蝕后觀察釬縫內的接頭組織；比較不同間隙時的接頭組織的差異。 試驗3 自釬劑釬料焊接銅結構件 按試驗1的方法裝配接頭。將銅棒堵頭塞入銅管中，直立，堵頭一端朝上。開啟高頻加熱電源，調節(jié)功率到適宜值。加熱堵頭端，并微調移動，使加熱均勻。觀察試件表面溫度達到釬料熔點時，將釬料絲一

5、端沿焊縫加入，觀察釬料填滿接頭后停止加入。略保溫后，關斷高頻加熱電源，停止加熱。 焊接后的試件待冷卻后，用鋼鋸沿縱向切割開。用砂紙對切割面進行打磨。觀察和比較不同釬料焊接的焊縫的填縫質量、銅管內釬料的流動情況、釬縫內的缺陷情況等。 制作焊接接頭的金相試樣，腐蝕后觀察釬縫內的接頭組織；比較不同釬料焊接的接頭組織的差異。 四．實驗記錄及分析 試驗中制作了5種試樣，分別為：1號銀銅釬料小間隙試樣；2號銀銅釬料大間隙試樣；3號磷銅釬料大間隙試樣；4號磷銅釬料小間隙試樣；5號黃銅釬料大間隙試樣。 制作焊接接頭的金相試樣，腐蝕后觀察釬縫內的接頭組織。利用電腦成像金相顯微分析系統(tǒng)照得金相照片。倍數(shù)

6、與像素對應關系為： 10倍: 605Pix =2000μm 20倍: 605Pix =500μm 10倍: 605Pix =200μm 1～5號試樣金相照片如下所示： a.10倍放大照片 b.50倍放大照片 圖1 1號銀銅釬料小間隙試樣金相照片 a.10倍放大照片 b.50倍放大照片 圖2 2號銀銅釬料大間隙試樣金相照片 a.10倍放大照片 b.50倍放大照片 圖3 3號磷

7、銅釬料大間隙試樣金相照片 a.10倍放大照片 b.50倍放大照片 圖4 4號磷銅釬料小間隙試樣金相照片 a.10倍放大照片 b.50倍放大照片 圖5 5號黃銅釬料大間隙試樣金相照片 為了測量準確，我們選用了2號、3號和5號進行維氏硬度測量。 利用HV-5型小負荷維氏硬度計測量試樣的硬度值。測量數(shù)據(jù)如下： 表1 2#、3#、5#試樣測量數(shù)據(jù)及所得維氏硬度值 試樣編號 測量位置 d1 d2 維氏硬度值 維氏硬度均值 2# 焊縫 1.

8、72 1.72 125.51 130.81 1.68 1.66 133.14 1.67 1.66 133.78 交界 2.06 2.19 82.13 85.03 1.98 2.08 90.18 2.08 2.16 82.79 母材 2.97 2.97 42.12 44.79 2.86 2.81 46.19 2.89 2.78 46.06 3# 焊縫 1.59 1.58 147.17 158.11 1.49 1.52 163.52 1.50

9、 1.52 163.63 交界 2.46 2.37 63.80 66.56 2.37 2.27 69.00 2.34 2.37 66.87 母材 3.07 3.00 40.38 38.78 3.15 2.99 39.42 3.27 3.10 36.53 5# 焊縫 2.45 2.50 60.55 61.21 2.54 2.40 61.04 2.53 2.36 62.04 交界 2.44 2.40 63.41 60.83 2.50 2.4

10、4 60.86 2.57 2.48 58.22 母材 2.61 2.48 57.26 55.18 2.69 2.58 53.62 2.60 2.61 54.65 由圖1看出銀銅釬料小間隙試樣釬焊效果不理想，在加釬料處有一氣孔。究其原因可能是釬料對小間隙銅試件的潤濕性較差。間隙處的釬焊質量差強人意，釬料熔化了母材，接頭處母材溶解于銀銅釬料之中，呈島狀分布。結合較緊密。 由圖2看出銀銅釬料大間隙試樣釬焊效果理想，釬料對大間隙銅試件的潤濕性較好。間隙處的釬焊質量良好，釬料熔化了母材，接頭處母材溶解于銀銅釬料之中，呈島狀分布，且比較有規(guī)律

11、。結合緊密。由表1可知該試樣焊縫中心處的硬度為130左右，遠遠大于母材硬度45?？梢酝茰y出焊縫處的良好的緊密結合可以獲得高的硬度和強度。 由圖3看出磷銅釬料大間隙試樣釬焊效果理想，釬料對大間隙銅試件的潤濕性較好。和銀銅釬料釬焊效果類似，間隙處的釬焊質量良好，釬料熔化了母材，接頭處母材溶解于銀銅釬料之中，呈島狀分布，但是小島的單位面積密度比銀銅釬料釬焊要小，每個小島面積要大，且均勻分布于焊縫之中。由表1可知該試樣焊縫中心處的硬度接近160，遠遠大于母材硬度，且大于銀銅釬料大間隙試樣釬焊焊縫處硬度?？梢酝茰y出焊縫處的良好的緊密結合可以獲得高的硬度和強度；焊縫處的硬度與焊縫組織中小島的形態(tài)有關。

12、 由圖4看出磷銅釬料小間隙試樣釬焊效果不理想，釬料熔解母材形成鋸齒狀。沒有形成島狀組織。焊縫處幾乎全部為磷銅釬料組成。說明磷銅釬料對小間隙銅試件的潤濕性較差。。 由圖5看出黃銅釬料大間隙試樣釬焊效果比較差，釬料對大間隙銅試件的潤濕性差。間隙處的釬焊質量差，釬料熔化母材的程度小，未形成島狀的緊密結合組織，且焊縫與母材界面處易形成氣孔。焊縫處幾乎全部為黃銅釬料組成。由表1可知該試樣焊縫中心處的硬度為60左右，緊稍高于母材硬度55。實驗過程中黃銅釬料也難于釬焊銅塊，還需加入釬劑。 五．實驗討論 l銅結構釬焊的最佳間隙 答：本實驗中的小間隙釬焊焊縫一般為55～75μm，大間隙釬焊焊縫一般為10

13、00μm。從釬焊效果來看，大間隙釬焊的焊縫質量要明顯高于小間隙。由于試驗試件少，難于總結出普遍規(guī)律。 2高頻感應加熱的原理，如何控制 當線圈中的電流是交流電時，在線圈內部和其周圍就產生了交變磁場。在感應加熱時，置于感應線圈中的零件就被這個交變磁場的磁力線所切割。根據(jù)電磁理論，變化的磁場就產生感應電動勢，用法拉第電磁感應定律表示： 式中：e為感應電動勢，E為磁場強度，l為導體長度，t為變化時間。 由于感應電動勢的存在，在零件表面就會產生感應電流。而根據(jù)焦耳.楞次定律確定：Q=0.24IfRt(卡)，Q為感應熱，If為感應電流，R為電阻，t為通電時間。零件實行感應加熱主要是依靠這種熱量

14、。 對于實驗用高頻感應釬焊機，一般是通過調節(jié)感應電流來調節(jié)輸出功率，進而調節(jié)試件的溫度。 3黃銅釬料釬焊銅結構時的接頭組織 答：黃銅釬料釬焊銅結構時效果比較差，釬料對大間隙銅試件的潤濕性差。間隙處的釬焊質量差，釬料熔化母材的程度小，未形成島狀的緊密結合組織，且焊縫與母材界面處易形成氣孔。焊縫處幾乎全部為黃銅釬料組成。 4釬料流失的原因與控制方法 由于整個釬焊實驗基本上是手工進行，包括手持試件感應加熱、手持焊絲送進，所以，實驗的操作精度無法保證。而且，熔化的釬料的多少也是人為控制。加之實驗中沒有合適的工裝夾具，致使釬料流失。 由于實驗本身沒有合適的夾具，所以只能通過控制釬料的送進

15、量來控制釬料的流失?？梢酝ㄟ^實驗確定試件釬料時最優(yōu)的釬料量預先對釬焊絲進行裁剪，使之熔化量與試件相配。 熔化極氣體保護焊工藝實驗 熔化極氣體保護焊工藝實驗是外加氣體作電弧介質來保護金屬熔滴、焊接熔池和焊接區(qū)金屬的電弧焊方法。 熔化極氣體保護焊通常用的幾種方法有CO2氣體保護焊，熔化極氬弧焊（MIG焊）和富氬混合氣體保護焊（MAG焊）。 一．實驗目的 1．熟悉和掌握CO2氣體保護焊，熔化極氬弧焊和富氬混合氣體保護焊的電弧形態(tài)，熔滴過渡的特點。 2．了解熔化極氣體保護焊對設務的要求 3．掌握幾種焊接方法的工藝

16、參數(shù)對焊接成型的影響規(guī)律。 二．實驗內容的說明 1．熔化極氣體保護焊設備的組成 熔化極氣體保護焊設備主要由焊接電源，送絲機構，焊槍及行走機構，控制系統(tǒng)和供氣系統(tǒng)組成。 通常采用細焊絲，應配用平特性焊按電源并采用等速送絲系統(tǒng)。等速送絲電弧焊的穩(wěn)定條件通常用自身調節(jié)系統(tǒng)，也就是當電弧長度受外界干擾變化時，焊接電源輸出的電流隨之而發(fā)生變化，引起焊絲的熔化速度改變，從而使電弧恢復到原來的長度。在熔化極氣體保護焊中，焊接電流的調整是通過改變送絲速度實現(xiàn)，而改變電源外特性是調整電弧電壓。電流的調整范圍取決于送絲速度的調整范圍，而電弧電壓的調整范圍由電源外特性的調整范圍確定。 熔化極氣體保護焊焊槍

17、可分為水冷和空冷兩種，焊槍的槍體均比TIG焊槍大，通常有一個氣體分流套。 控制系統(tǒng)主要分半自動焊和自動焊，不同的是自動焊多一個焊接小車的拖動控制系統(tǒng)和引弧電路。 自動焊程序控制電路 起動過程： 按下起動按鈕一提前送保護氣→焊接電源給電→送焊絲→引燃電弧→焊接小車行走→正常焊接 停止過程：按下停止按鈕→焊接小車停止→停止送絲→焊該電源停止供電（焊接電流進行衰減）→滯后停氣→焊接結束 2．焊接材料的選擇 熔化極氣體保護焊根據(jù)保護氣體的不同，將對焊接冶金有很大的影響，所以選用的焊絲和焊接材料也不同。CO2氣體保護焊和富氬混合氣體保護焊（MAG焊）主要用來焊接低碳鋼和低合金鋼。尤其是CO

18、2氣體保護焊為防止出現(xiàn)CO氣孔和減少飛濺，并保證焊接接頭性能，需要使用含脫氧劑的焊絲，如常用的H08Mn2Si焊絲。熔化極氬弧焊（MIG焊）因為保護氣體是氬氣，氬氣是一種惰性氣體，不論在低溫還是高溫條件下，它都不與液態(tài)金屬發(fā)生化學作用。所以氬弧焊時，幾乎沒有氧化燒損，只有少量的蒸發(fā)損失，冶金過程比較單純，應用范圍比較廠泛。熔化極氬弧焊可以焊接鋁和鋁合金，銅和銅合金，不銹鋼等等。 3．熔化極氣體保護焊的熔滴過渡特點熔化極氣體保護焊根據(jù)保護氣體的不同，則有不同的電弧形態(tài)和熔滴過渡形式。該實驗接觸到的主要過渡形式有：短路過渡，顆粒狀過渡，大顆粒狀過渡，射滴過渡，射流過渡等。 A．CO2氣體保護焊

19、的熔滴過渡特點 因為實驗所采用的焊絲直徑是1.2mm，所以熔滴的過渡形式主要是短路過渡和顆粒狀過渡。短路過渡是在細絲，低電壓和小電流情況下發(fā)生的過渡形式。由于斑點壓力對熔滴的排斥作用，使熔滴逐漸積聚和長大，并在焊絲端頭不斷地飄擺，同時熔池也處于極不穩(wěn)定的狀態(tài)，在電弧力作下不斷起伏。這些運動是無規(guī)律的，當電弧較短時，熔滴與熔池相碰的可能性很大，相碰一次，就發(fā)生一次短路并過渡一次金屬，可見短路是隨機性質。 短路過渡通常是以短路頻率和短路時間作為主要特征。根據(jù)短路時間將分為兩類，一類短路時間小于2ms為瞬間短路，另一類是短路時間大于2ms為正常短路。 短路過渡除與焊接電源動態(tài)特性有關外，在很大

20、程度上決定于電弧電壓，當采用 1.2mm 直徑焊絲時，短路過渡時最穩(wěn)定的電弧電壓范圍為 18V～21V。另外，短路過渡的性質與電壓有密切的關系，直接影響短路過渡時瞬間短路和正常短路的出現(xiàn)規(guī)律。當電壓較低時以正常短路為主，短路時間較長，飛濺也較小；而電壓較高時，瞬間短路增加，飛濺率也增加。 實驗證明，在焊接回路中串入大電感能夠減小飛濺。通過電感可以有效地抑制瞬間短路的短路電流，從而減小短路小橋的爆炸力。為了減少C02氣體保護焊的飛濺率，除加大電感外，還有許多其他方法。 當用1.2mm直徑焊絲，電流達到300V左右，電壓在27V～30V是將出現(xiàn)細顆粒狀過渡。這種過渡形式很適合用于中厚板的填允焊

21、縫，而不適合于空間位置焊縫。 B．熔化極氬弧焊的熔滴過渡特點 焊接有色金屬和不銹鋼時通常采用熔化極氬弧焊，主要的熔滴過渡形式有大滴狀過渡，射滴過渡和射流過波。 大滴狀過渡 電流較小和電弧電壓偏高時，電弧的弧根總是在焊絲端頭的熔滴底部，而施加在熔滴上的作用力主要是重力和表面張力，當熔滴積聚成較大而表面張力再也不能維持重量時，則熔滴脫離焊絲過渡到熔池，熔滴的尺寸往往大于焊絲的直徑。 射滴過渡 射滴過渡時電弧的弧根總是包圍著熔滴的大部或者全部表面，電弧呈鐘罩形。電弧形態(tài)改變了，則作用在熔滴上的力也發(fā)生變化。射滴過渡是一種穩(wěn)定的熔滴過渡形式，熔滴過渡的軸向性很強。還有個特點是焊鋼時總是一滴

22、一滴的過渡熔滴，熔滴的尺寸往往小于焊絲的直徑，而且熔滴過渡頻率隨電弧電流的增加而增加，熔滴尺寸卻越來越小。 射流過渡 電流較小時，熔滴過渡形式為大滴狀過渡和射滴過渡，當電流增加到某值后，熔滴過渡突然發(fā)生了明顯地變化，焊接過程也變得十分穩(wěn)定，而這時的電流稱為射流過渡臨界電流。例如使用中1.2mm的H08Mn2Si焊絲，氬氣保護射流過渡臨界電流是240A。 射流過渡的特點主要決定于它的電弧形態(tài)，由于鉛筆尖狀的焊絲端頭始終在錐形的電弧爍亮區(qū)包圍之中，射流過渡時熔滴過渡十分容易。在斑點壓力和等離子流力作用下，熔滴總是沿著焊絲軸線過渡。熔滴尺寸決定于液柱的直徑，通常都小于焊絲直徑。在這種過渡情況下

23、，當電弧形態(tài)不發(fā)生變化，焊接過程穩(wěn)定，飛濺極小。 4．熔化極氣體保護焊成形特點 熔化極氣體保護焊的焊道形狀，因為采用不同的保護氣體和焊接規(guī)范，得到的結果也就不同。現(xiàn)在以焊接低碳鋼為例，從焊縫表面上看，當Ar+C02富氬混合氣體保護焊時，焊縫表面的魚鱗波紋均勻美觀，細密，焊道邊緣整齊，焊道平緩，無咬邊。當采用氬弧焊時，易產生蛇行焊道，焊道突起咬邊。C02氣體保護焊時，焊道窄而高。從而看出富氬混合氣體保焊焊縫成形為最好，產生這種現(xiàn)象的主要原因是氧化性氣體可以生成氧化膜而穩(wěn)定陰極斑點和焊接電弧，同時改善了熔池金屬的流動性，而且陰極破碎現(xiàn)象具有良好的潤濕性。在C02氣體保護焊時，沒有陰極破碎作用，

24、熔池的潤濕性不好，同時電弧被壓縮和不夠穩(wěn)定等作用，使得焊縫表面成形不如富氬混合氣體保護焊的美觀。從焊縫的橫斷面的熔透形狀來看，射流過渡有明顯的指狀熔深，射流過渡由于強大的等離子流的作用，在熔池中心集中了大部分電弧能量，同時產生很大的沖擊力，而在熔池的兩側電弧熱較分散。其他的過渡均為形成圓弧狀熔深，而且短路過渡時熔池為最淺。 三．實驗裝置及材料 1．CV-400-1型熔化極氣體保護焊機 一臺 2．NZC-500-1型熔化極氣體保護自動焊機 一臺 3．氧化性氣體流量計 一個 4．隋性氣體流量計

25、 一個 5．保護氣體： Ar氣 兩瓶 CO2氣 一瓶 6．焊絲：型號H08Mn2Si 焊絲直徑1.2mm 若干米 7．試件：低碳鋼板 300606mm 3008010mm 數(shù)塊 8．導電嘴 數(shù)個 9．電弧防護面罩

26、 每人一個 10．實驗所用的工具及其他用品 四．焊接裝置的組成 1．CV-400-1型熔化極氣體保護焊機 CV-400-1型熔化極氣體保護焊機主要由電源，送絲機，遙控器和焊槍組成。 表l．CV-400-1型熔化極氣體保護焊機主要技術規(guī)格 輸入電壓 380伏 頻率 50赫茲 最大輸出電流 400安培 焊絲直徑 1～2毫米 暫載率 300A 32V 100% 400A 36V 60% 2．NZC-500-1型熔化極氣體保護自動焊 ZC-500-l型熔化極氣體保護自動焊機主要包括ZPG2-500型硅整流自流電

27、源，H-8型自動焊接小車和控制箱，可調直流電感四部分。 表2．NZC-500-1型熔化極氣體保護自動焊機主要技術規(guī)格 輸入電壓 380伏 頻率 50赫茲 最大輸出電流 500安培 焊絲直徑 1～2毫米 暫載率 60% 送絲速度 1.6～16米/分 小車行走速度 18～120米/小時 焊絲盤容量 10公斤 氣體導前時間 ＞1秒 氣體滯后時間 ＞2秒 焊接電源延時斷開時間 ＞0.5秒 氣體流量 600～1200升/小時 五．實驗方法 1．實驗的準備工作 首先要熟悉實驗使用的兩臺焊機的外部接線情況，了解每臺焊機的特點和性能。 下面以自動焊

28、操作方法為例： ①仔細檢查外部接線無誤之后，接通焊機供電電閘。 ②打開氣瓶的保護閥門，調氣體流錄達到15升／分。 ③調整焊槍噴嘴到工件間的距離為15毫米左右，小車行走速度為 20 厘米／秒。 ④按起動按鈕，自動焊的自動程序開始動作，然后引燃電弧，電弧引燃后調整到所要求的焊接規(guī)范進行正常焊接，當按下停止按鈕時，焊接結束。 自動焊機起動和停止動作程序如下： 首先焊接電源一旦通電，控制箱上的指示燈亮，方可進行工作。 當按下“起動”按鈕，焊接電源的主接觸器吸合焊接電源輸出空載電壓，同時開啟電磁氣閥，當氣體導通達1秒的時間，送絲電動機起動開始輸送焊絲，絲觸到工件進行短路爆斷引燃電弧，電弧引

29、燃后焊接電源有電流輸出，此時電流繼電器動作，起動焊接小車電動機行走，這時進入正常的焊接狀態(tài)。 焊接結束時，按下“停止”按鈕，送絲電機和焊接小車電機停止運行，延時0.5秒后切斷焊接電源，然后延時2秒關閉電弧供氣的電磁氣閥，焊接過程全部結束。 2．CO2氣體保護焊工藝實驗 通過改變焊接規(guī)范觀察電弧和熔滴過渡特點，并要注意每個規(guī)范焊接過程飛濺率的大小，以及焊縫成形的特點。 表3．CO2氣體保護焊工藝實驗規(guī)范表 序號 參考規(guī)范 實際規(guī)范 電弧形態(tài)和熔滴過渡特點 飛濺及成型特點 1 Va=20V Ia=120A 21V、125A 短路過渡 飛濺小 2 Va=24V I

30、a=180A 24V、179A 短路過渡、顆粒過渡混合過渡區(qū) 飛濺較大 3 Va=28V Ia=300A 29V、305A 排斥過渡 飛濺大 3．熔化極氬弧焊工藝實驗（MIG焊） 實驗過程是從小電流和低電壓開始進行焊接，從大滴狀過渡，然后增加電流和電壓，達到射滴狀過渡，最后增加電流，實現(xiàn)射滴過渡。三種過渡形式的電弧和熔滴過渡特點有很大的區(qū)別圖 在焊接過程中，可以通過防護面罩來觀查電弧，可明顯的觀察到三種過渡的特點。 六．思考題 1．熔化極氣體保護焊采用什么調節(jié)原理？焊接過程中焊接電流和電弧電壓如何調節(jié)？ 答：熔化極氣體保護焊采用等速送絲調節(jié)系統(tǒng)。焊接過程中焊接電

31、流通過調節(jié)送絲速度來實現(xiàn)；電弧電壓通過調節(jié)電源外特性實現(xiàn)。 2．CO2氣體保護焊的飛濺大小與什么因素有關，如何減小飛濺率？ 答: CO2氣體保護焊的飛濺大小與焊接材料、焊接工藝和規(guī)范以及焊接電源等因素有關。針對上述因素，減小飛濺率的措施有：焊接材料方面：選擇含碳量低的焊絲；在CO2保護氣體中加入一定量氬氣，以降低電弧氣氛的氧化性。焊接工藝方面：正確選擇焊接電流，匹配合適的電壓盡可能避免排斥過渡形式；聯(lián)合制焊絲干伸長；送絲速度均勻；電源直流反接時飛濺最小。電源方面：通過回路電感使短路過渡焊接中的電流上升速率di/dt和短路峰值電流Imax有一個合適的數(shù)值，是普通CO2電弧焊短路過渡焊接減少飛

32、濺的一項重要措施。 3．CO2氣體保護焊的冶金特點和工藝措施如何？ 答：CO2氣體保護焊的冶金特點：是一種低氫型或超低氫型焊接方法，焊縫含氫量低，抗裂紋性好與氬弧焊相比，CO2焊對油、銹、水分等不敏感；CO2氣體保護焊在焊接低碳鋼和一般低合金鋼時，要依靠脫氧后剩留在焊縫中的Si、Mn等合金元素彌補C的損失，使焊縫強度得以保證。 4．CO2氣體保護焊，MIG焊和MAG焊焊縫成形有什么不同，在應用方面各有什么特點？ 答：熔化極氣體保護焊的焊道形狀，因為采用不同的保護氣體和焊接規(guī)范，得到的結果也就不同?，F(xiàn)在以焊接低碳鋼為例，從焊縫表面上看，當Ar+C02富氬混合氣體保護焊時，焊縫表面的魚鱗波

33、紋均勻美觀，細密，焊道邊緣整齊，焊道平緩，無咬邊。當采用氬弧焊時，易產生蛇行焊道，焊道突起咬邊。C02氣體保護焊時，焊道窄而高。從而看出富氬混合氣體保焊焊縫成形為最好，產生這種現(xiàn)象的主要原因是氧化性氣體可以生成氧化膜而穩(wěn)定陰極斑點和焊接電弧，同時改善了熔池金屬的流動性，而且陰極破碎現(xiàn)象具有良好的潤濕性。 5．CO2氣體保護焊，MIG焊電弧形態(tài)和熔滴過渡有什么不同？ 答：CO2氣體保護焊的熔滴過渡主要有：細絲短路過渡、中絲細顆粒過渡、粗絲潛弧噴射過渡。MIG焊熔滴過渡主要有：大滴過渡、射滴過渡、射流過渡。 鎢極氬弧焊工藝實驗 鎢極氬弧焊又可稱鎢極惰性氣體保

34、護焊，簡稱為“TIG焊”。它是使用純鎢或活化鎢（釷鎢， 鈰鎢）作為電極，用惰性氣體體（氬氣）為保護氣體的氣體保護焊。鎢極只起導電作用但不熔化。在焊接過程中可以填絲也可以不填絲。鎢極氬弧焊具有兩個獨有的特點，就是電弧穩(wěn)定性好和非接觸引弧。 一．實驗目的 1．了解鎢極氬弧焊對設備的要求及焊機的特點。 2．掌握鎢極氬弧焊中各焊接參數(shù)對工藝的影響。 3．熟悉和掌握交流鎢極氬弧焊，直流鎢極氬弧焊和脈沖鎢極氬弧焊的工藝特點。 二．實驗內容的說明 1．鎢極氬弧焊設備的組成 它是由焊接電源，焊槍，水冷系統(tǒng)，供氣系統(tǒng)組成。對于自動鎢極氬弧焊機，還應有小車行走及送絲機構。 (1)焊接電源

35、 鎢極氬弧焊電源的外特性應采用恒流的或者陡降的電源，以保證在弧長波動時引起焊接電流的變化最小。該實驗選用的是美國林肯TIG-355型焊機，TIG-355 型焊機是手工電弧焊和TIG焊兩用電源，并且交流，直流和脈沖鎢極氬弧焊都可以用，很適合學生實驗用設備。因為鎢極氬弧焊是非接觸引弧的一種焊接方法，所以焊接電源中還有引弧和穩(wěn)弧裝置。 (2)焊槍 焊槍鎢極氬弧焊焊槍的作用是夾緊鎢極，傳導焊接電流和輸送保護氣體。 鎢極氬弧焊對焊槍的基本要求是： a．更換鎢極方便，噴嘴與電極間絕緣良好。 b．能使保護氣產生合適的流態(tài)，使從噴嘴中噴出的保護氣能形成一個良好的保護氣罩，避兔空氣卷入。 鎢極氬

36、弧焊焊槍可分為水冷和氣冷兩種，當使用焊接電流小于150A時可用氣冷，當焊接電流大于150A就必須使用水冷焊槍。TIG-355型焊機是采用的水冷焊槍。 (3)水冷和供氣系統(tǒng) 鎢極氬弧焊機的水冷系統(tǒng)主要用來冷卻焊槍和鎢極。供氣系統(tǒng)用來控制保護氣的通斷。該實驗用的TIG-355型焊機是水源和氣源不接通，焊機無法起動，從而保證焊機正常工作。 2．鎢極氬弧焊工藝 (1)．焊前準備 因鎢極氬弧焊的抗氣孔能力最弱，必須在焊前要對焊接工件進行清理。去除工件上的油污，氧化膜等等，以保證焊縫質量。 (2)．焊接參數(shù)的選擇 鎢極氬弧焊的焊接參數(shù)，主要包括焊接電流，電弧電壓，焊接速度，電極直徑，保

37、護氣體流量和噴嘴口徑等等參數(shù)，可參照資料查詢，再通過試焊來確定。鎢極氬弧焊可以使用交流，直流和脈沖電流，以適應不同材料的焊接要求。 a．交流鎢極氬弧焊 在焊接鋁、鎂及其合金時，一般都選擇交流鎢極氬弧焊。這樣，可利用交流電流的負半波的陰極清理作用去除氧化膜，又可利用正半波冷卻鎢極來增加熔深。從而達到了去除氧化膜的目的，又在一定程度上提高了電極的載流能力，很好地解決了去除氧化膜和鎢極燒損這一對矛盾，改善了這類材料的焊接性。 b．直流鎢極氬弧焊 除焊接鋁、鎂及其合金外，其他的金屬材料一般都選擇直流鎢極氬弧焊。通常選用直流正接。因直流正接時既可以增加熔深，又可減小鎢極燒損。 c．脈沖鎢極

38、氬弧焊 脈沖鎢極氬弧焊是經過調制而周期變化的焊接電流進行焊接的一種電弧焊方法，其中焊接電流是由脈沖電流Ip和基值電流Ib兩部分組成。當脈沖電流作用時母材熔化形成熔池，當基值電流作用時只有維持電弧在燃燒，已形成的熔池開始凝固，焊縫是由許多相互重疊的焊點組成。脈沖鎢極氬弧焊分為低頻 (0.1Hz～10Hz)、中頻(10Hz～5OOHz)、高頻(10kHz～20kHz)，其中低頻脈沖氬弧焊應用最為普遍。該實驗的電源是低頻脈沖。 低頻脈沖鎢極氬弧焊的特點： ① 可調參數(shù)多，可以精確的控制熱輸入量，特別適合于薄板和超薄板的焊接以及全位置焊接和單面焊雙面成形脈沖焊的司調參數(shù)有脈沖電流 I p和基

39、值電流Ib、脈沖電流持續(xù)時間tp、脈沖頻率f等等。 ② 因為每個焊點加熱和冷卻迅速，適合焊導熱性或者厚度差別大的工件。 ③ 熔池金屬冷凝速度快，高溫停留時間短，可減小熱敏感性材料焊接時產生裂紋的傾向。 ④ 在脈沖焊時，由于電極在基值電流作用時得到冷卻，提高了，電極的載流能力。因此，在保持同樣熔深時可以減小電極的直徑。 脈沖鎢極氬弧焊的焊接參數(shù)比較多，在確定具體的焊接參數(shù)時，應先根據(jù)工件的材料，結構，板厚及焊縫的位置等再參考有關資料初步確定，然后通過試焊來觀察焊縫是否符合要求，是否存在未焊透或者咬邊等缺陷，根據(jù)實焊情況調整參數(shù)，直至獲得合格的焊縫。 三．實驗裝置及材料 1．TI

40、G-355 型氬弧焊機 一臺 2．冷卻水箱和水泵 一套 3. 惰性氣體流量計 一個 4．TIG 焊工作臺 一臺 5．保護氣 氬氣 一瓶 6．試件：鋁合金 不銹鋼 低碳鋼 數(shù)塊 7．填入焊縫的焊絲 數(shù)米 8．鎢極 數(shù)根 9．電弧防護面罩 每位學生

41、一個 10．實驗所用的工具及其他用品 四．實驗裝置介紹 該實驗使用美國林肯TIG-355型方波脈沖氬弧焊機，TlG-355型是恒流的鎢極惰性氣體保護焊焊接電源，可用于交流與直流TIG焊，電流范圍是2～400A 。 同時還是一臺很好的手工焊機。 TIG-355型方波脈沖氬弧焊機擁有獨特的自動平衡控制，脈沖具有新的方波技術。交流TIG焊時，自動平衡系統(tǒng)可提供合適的熔深。該焊機可預先設置或者程序化全部和部分焊接周期。 表4.TIG-355型方波脈沖氬弧焊機主要技術參數(shù) 輸入電壓 380V 頻率 50Hz 最大輸出電流 400A 起動調整時間 0.1～10秒 提前供氣時

42、間 0～10秒 滯后供氣時間 5～55秒 脈沖頻率 0.1～10Hz 脈寬比 0～100% 五．實驗內容 1．實驗準備工作 首先要熟悉實驗中所使用的焊機情況，了解它的特點和性能。并掌握使用方法。詳細清看“ TIG355焊機使用說明書” 2．實驗內容 TIG焊主要包括三種焊接工藝形式：直流TIG焊、交流TIG焊和脈沖TIGG 焊。 (1)直流TIG 焊工藝實驗 觀察直流正接 TIG 焊的焊接過程及熔深特性。 六．思考題 1.直流TIG焊適合焊接什么材料？為什么？ 答：除焊接鋁、鎂及其合金外，其他的金屬材料一般都選擇直流鎢極氬弧焊。通常選用直流正接。因

43、直流正接時既可以增加熔深，又可減小鎢極燒損。 2．根據(jù)實驗結果和所學到的理論知識分析鋁合金的焊接為什么要采用交流TIG焊? 答：在焊接鋁及其合金時，一般都選擇交流鎢極氬弧焊。這樣，可利用交流電流的負半波的陰極清理作用去除氧化膜，又可利用正半波冷卻鎢極來增加熔深。從而達到了去除氧化膜的目的，又在一定程度上提高了電極的載流能力，很好地解決了去除氧化膜和鎢極燒損這一對矛盾，改善了這類材料的焊接性。 3．脈沖TIG焊有什么突出的特點？并說明工藝參數(shù)對焊縫成形的影響？ 答：低頻脈沖TIG焊的特點是：電弧線能量低；便于精確控制焊縫成形；宜難焊金屬的焊接。低頻脈沖TIG焊的特點是：適用于超薄板的焊接

44、；適用于高速焊接；坡口內焊接得到可靠的熔合；焊縫組織性能好。 脈沖鎢極氬弧焊的焊接參數(shù)比較多，在確定具體的焊接參數(shù)時，應先根據(jù)工件的材料，結構，板厚及焊縫的位置等再參考有關資料初步確定，然后通過試焊來觀察焊縫是否符合要求，是否存在未焊透或者咬邊等缺陷，根據(jù)實焊情況調整參數(shù)，直至獲得合格的焊縫。 平板焊接變形的測量與分析 本實驗主要研究平板收縮變形、撓曲變形及角變形，通過實驗掌握測量平板收縮變形、撓曲變形及角變形的基本方法。熟悉平板堆焊收縮變形、撓曲變形及角變形的產生原因和分布規(guī)律。了解不同厚度、不同線能量對收縮變形、撓曲變形及角變形大小的影響。

45、 一.焊接設備、實驗條件及測量工具和儀器 1．焊接方法及設備 焊接方法：手工電弧焊。 焊接設備：交流弧焊機及其輔助設施。 2．實驗條件 (1)．試件尺寸：2mm150mm300mm 6mm150mm300mm (2). 試件材料：Q235A (3)．焊接規(guī)范見下表 表1 焊接規(guī)范 板厚 焊接電流 2mm 90A 110A 6mm 170A 190A (4)．測點分布如下圖1、2所示 圖1 2mm板測點分布 圖2 6mm板測點

46、分布 6mm板：橫向收縮、角變形以及撓曲變形均測。 2mm板：只測角變形及撓曲變形。 3．測量工具與儀器 測量儀器包括： 1．引伸儀； 2．游標卡尺； 3．鋼板尺。 二.測量方法 1．橫向收縮變形的測量 橫向收縮變形采用引伸儀來測量。引伸儀結構見圖3。 圖3 引伸儀結構示意圖 其中：1．百分表；2．鉸鏈；3．活動支腿；4．固定支腿；5．彈簧。 對應圖2中A、B、C、F、G、H六條橫線，把引伸儀的活動支腿3放在豎線 L 上的洋沖孔內，拉動引伸儀，是活動支腿4放在豎線P上對應的孔內，從百分表中讀出焊前孔間距的原始數(shù)值BO

47、，焊后測出間距數(shù)值Bl。分別填入附表內，其差值即為焊接所引起的橫向收縮變形值。由于上下表面收縮量不一樣，取上下表面差值的平均值即為該位置的橫向收縮變形值。 2．撓曲變形的測量 撓曲變形的測量采用帶支腿的鋼板尺和游標卡尺來測量。 圖4 撓曲變形測量示意圖 如圖4所示，1為帶支腿的鋼板尺，2為試件。使用游標卡尺分別測出焊前、焊后的高度h，分別記為hl、h2填入附表內，其差值即為焊接所引起的撓曲變形。對2mm板需測量圖1中J、K、L、M、N、P、Q、R八條豎線上的撓曲變形。對6mm板需測量圖2中J、L、M、N、P、R六條豎線上的撓曲變形。 3．角變形的

48、測量與計算 角變形的測量同樣采用帶支腿的鋼板尺和游標卡尺來測量，但需進行計算。 圖5 角變形的測量示意圖 如圖5所示，可以分別計算出αl、α2。在hl、LI和h3、LZ為定值時，只要測出h2、h4的值，就可以計算出αl、α2，也即可算出角度來。由于所用試件焊前不是絕對平整，焊前焊后均應測量，其差值即為焊接所引起的角變形。對 2mm板要測量圖1中A、B、C、D、E、F、G、H八條線上的角變形。對6mm板要測量圖2中A、B、C、F、G、H六條線上的角變形。 三．測量數(shù)據(jù)及處理結果 表2記錄了6mm板大線能量焊接變形數(shù)據(jù)： 表2 6mm板大線能量焊接變

49、形數(shù)據(jù)記錄表 測 點 位 置 試件板厚6mm I= 190A

50、 U= V=10.24mm/s 角變形 橫向收縮 α0 α1 α B0正 B1正 B正 1 179.97 180.44 0.47 4.04 3.75 0.29 2 180.03 180.44 0.41 4.12 3.61 0.51 3 179.83 180.50 0.67 4.40 3.80 0.60 4 179.74 180.38 0.64 4.62 4.03 0.59 5 179.77 180.47 0.70 4.09

51、 3.47 0.61 6 179.60 180.41 0.81 4.60 4.48 0.12 平均值 179.82 180.44 0.61 4.31 3.86 0.45 撓曲變形 橫向收縮 f0 f1 f B0背 B1背 B背 B 1 41.40 41.36 0.04 3.73 3.49 0.25 0.27 2 41.40 41.40 0.00 4.01 3.81 0.20 0.36 3 41.50 41.40 0.10 3.62 3.25 0.37 0.48 4 41.30

52、41.20 0.10 4.00 3.59 0.42 0.50 5 41.28 41.40 -0.12 4.12 3.82 0.30 0.46 6 41.30 41.30 0.00 4.20 3.96 0.24 0.18 平均值 41.36 41.34 0.02 3.95 3.65 0.29 0.37 表3記錄了6mm板小線能量焊接變形數(shù)據(jù)： 表3 6mm板小線能量焊接變形數(shù)據(jù)記錄表 測 點 位 置 試件 板厚6mm I= 170A

53、 U= V=12.15mm/s 角變形 橫向收縮 撓曲變形 α0 α1 α B0 B1 B f0 f1 f 1 0.00 1.15 1.15 3.64 3.48 0.16 50.46 49.82 0.64 2 -0.26 1.23 1.49 3.44 3.15 0.29 50.38 49.98 0.40 3 -0.12 0.34 0.46 3.28 3.05 0.24 50.04 49.88 0.16 4 -0.03 1.57 1.60 3.63

54、3.55 0.08 50.06 50.00 0.06 5 -0.20 2.01 2.21 3.23 3.23 0.00 50.04 49.98 0.06 6 -0.05 2.06 2.11 3.78 3.74 0.04 50.20 49.86 0.34 平均值 -0.11 1.39 1.50 3.50 3.37 0.13 50.20 49.92 0.28 表4記錄了2mm板大線能量焊接變形數(shù)據(jù)： 表4 2mm板大線能量焊接變形數(shù)據(jù)記錄表 測 點 位 置 試件板厚2mm

55、 I=110A U= V=15.02mm/s 角變形 撓曲變形 α0 α1 α f0 f1 f 1 179.71 176.25 3.47 42.12 48.80 6.68 2 179.77 176.22 3.55 42.14 48.36 6.22 3 179.66 175.64 4.02 42.16 48.40 6.24 4 179.57 175.49 4.08 42.10 48.70 6.60 5 179.66 175.26 4.40 42.

56、16 48.60 6.44 6 179.46 175.11 4.34 42.20 48.40 6.20 7 179.26 175.40 3.85 42.18 48.20 6.02 8 179.43 175.20 4.23 42.12 48.44 6.32 平均值 179.56 175.57 3.99 42.15 48.49 6.34 表5記錄了2mm板小線能量焊接變形數(shù)據(jù)： 表5 2mm板小線能量焊接變形數(shù)據(jù)記錄表 測 試件板厚2mm I=90A U= V=17.96m

57、m/s 點 位 角變形 撓曲變形 置 α0 α1 α f0 f1 f 1 -1.18 2.53 3.71 48.76 42.94 5.82 2 -0.86 2.74 3.60 48.82 43.00 5.82 3 -0.32 5.29 5.61 48.84 43.00 5.84 4 -0.57 5.80 6.37 48.84 42.74 6.10 5 -0.49 6.29 6.78 49.10 42.10 7.00 6 -0.49 6.58 7.07 48.88 42.66 6.22 7

58、 -0.45 6.20 6.65 48.74 42.66 6.08 8 -0.46 7.52 7.98 48.74 42.50 6.24 平均值 -0.60 5.37 5.97 48.84 42.70 6.14 α0 — 焊前角變形 α1 — 焊后角變形 α— 焊接引起的角變形 f0 — 焊前撓曲變形 f1 — 焊后撓曲變形 f —焊接引起的撓曲變形 B0正 — 焊前板正面引伸儀數(shù)值 B1正 —焊后板正面引伸儀數(shù)值 B正 — 焊接板正面所引起的橫向收縮 B0背 — 焊前板背面引伸儀數(shù)值 B1背 — 焊后板背面引伸儀數(shù)值 B

59、背 — 焊接板背面所引起的橫向收縮 B — 焊接所引起橫向收縮正面與背面的平均值 圖5 6mm板不同線能量下橫向收縮變形沿板縱向的分布曲線 圖6 6mm板不同線能量下?lián)锨冃窝匕鍣M向的分布曲線 圖7 6mm板不同線能量下角變形沿板縱向的分布曲線 圖8 2mm板不同線能量下角變形沿板縱向的分布曲線 圖9 2mm板不同線能量下?lián)锨冃窝匕蹇v向的發(fā)布曲線