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电弧焊基本原理

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电弧焊基本原理

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电弧焊基本原理

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电弧焊是焊接金属的几种熔合工艺之一。通过施加强烈的热量,金属在两部分之间的接合处被熔化,并导致与中间熔化的填充金属直接混合,或者更常见地混合。冷却凝固后,形成冶金结合。由于连接是金属的混合物,最终焊接件可能具有与零件金属相同的强度特性。这与未熔合的连接工艺(即焊接、钎焊等)形成鲜明对比,在这种工艺中,母材的机械和物理性能不能在接头处复制。
在电弧焊中,熔化金属所需的高温是由电弧产生的。电弧是在实际工作和沿接头手动或机械引导的电极(棒或线)之间形成的。电极可以是一根杆,其目的是在尖端和工件之间简单地携带电流。或者,它可能是一种特殊制备的棒或线,不仅传导电流,而且熔化并向接头提供填充金属。钢制品制造中的大多数焊接使用第二种类型的电极。
基本焊接电路
基本的电弧焊电路如图1所示。交流或直流电源,装有任何可能需要的控制装置,通过工作电缆连接到工件,通过“热”电缆连接到某种类型的电极夹持器,使电接触到焊接电极。
当通电的电路和电极尖端接触工件并被抽出,但仍保持紧密接触时,电弧在间隙中产生。
电弧在尖端产生约6500华氏度的温度。这种热量融化了基底金属和电极,产生了一个熔池,有时称为“弧坑”。弧坑在电极后面随着电极沿接头移动而凝固。结果是熔合键。
电弧屏蔽
然而,连接金属所需的不仅仅是沿着接头移动电极。金属在高温下往往与空气中的元素——氧和氮发生化学反应。当熔池中的金属与空气接触时,会形成氧化物和氮化物,破坏焊缝的强度和韧性。因此,许多电弧焊接工艺提供了一些方法,用气体、蒸汽或熔渣保护电弧和熔池。这叫做电弧屏蔽。这种屏蔽可以防止或最小化熔融金属与空气的接触。屏蔽也可以改善焊缝。一个例子是颗粒焊剂,它实际上在焊缝中添加脱氧剂。
图2说明了用棒电极保护焊接电弧和熔池。填充金属棒上的挤压覆盖层在接触点提供保护气体,而熔渣保护新鲜焊缝免受空气影响。
电弧本身是一种非常复杂的现象。深入了解电弧的物理特性对焊工来说没有什么价值,但对其一般特性的一些知识是有用的。
弧的性质
电弧是两个电极之间流过电离气体柱的电流。一个带负电的阴极和一个带正电的阳极产生强烈的焊接电弧热。正负离子在等离子体柱中以加速的速度相互反弹。
在焊接中,电弧不仅提供熔化电极和母材所需的热量,而且在某些条件下,还必须提供将熔化的金属从电极尖端运送到工件的手段。存在几种金属转移机制。两个(许多)例子包括:
表面张力转移?—一滴熔融金属接触熔融金属池,并被表面张力拉入其中
喷射电弧-通过电夹将熔滴从电极尖端的熔融金属中喷射出来,并将其推进熔池(非常适合高空焊接)
如果电极是自耗的,尖端在电弧的加热下熔化,熔化的液滴通过电弧柱分离并输送到工件上。任何熔化电极而成为焊缝一部分的电弧焊系统都被称为金属电弧。在碳或钨(TIG)焊接中,没有熔化的液滴被强制穿过间隙进入工件。填充金属从单独的杆或线熔化到接头中。
电弧产生的更多热量通过自耗电极转移到熔池中。这会产生更高的热效率和更窄的热影响区。
由于必须有一条电离的路径来通过间隙传导电能,因此只要打开焊接电流,在其上方放置一个电冷电极,就不会开始电弧。必须点燃电弧。这是由于提供一个足够高的初始电压引起放电,或是将电极接触到工件上,然后将其抽出作为控制
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