熔焊冶金过程知识
发布时间:2013-05-25 15:55
焊接电弧
电弧是一种强烈而持久的气体放电现象。引燃焊接电弧时，通常将两电极(一级为工件，另一极为填充线或焊条)接通电源，短暂接触并迅速分离，两极相互接触时发生短路，并产生很大的短路电流，使接触点处瞬时产生大量的热，电极表面迅速升温至熔化甚至气化状态，两极分化时，产生电子发射，阴极离子射向阳极，同时气体介质电离，形成电弧。这种方式称为接触引弧。电弧形成后，只要电源保持两极之间一定的电位差，即可维持电弧的燃烧。
电弧具有电压低，电流大，温度高，能量密度大，移动性好等特点，所以是较理想的焊接热源。一般20-30V的电压即可维持电弧的稳定燃烧，而电弧中的电流可以从几十安培到几千安培以满足不同工件的焊接要求，电弧的温度可达5000K以上，可以熔化各种金属。
焊接电弧由阴极区、阳极区、弧柱区三个部分组成。阴极区发射电子，因而要消耗一定的能量，所产生的热量占电弧热的36%左右；在阳极区，由于高速电子撞击阳极表面并进入阳极区释放能量，阳极区产生的热量较多，占电弧热的43%左右。弧柱区的热量仅占电弧热的21%。用钢焊条焊接钢材阴极区平均温度为2400K，阳极区平均温度为2600K。而弧柱区的温度可达到6000-8000K。
焊接电弧所使用的电源称为弧焊电源，是电弧机的重要组成部分。弧焊电源通常可分为四大类：交流弧焊电源，直流弧焊电源，脉冲弧焊电源和逆变弧焊电源。选择不同的弧焊电源可以获得不同的焊接电流。
采用直流焊机进行电弧焊时，有两种极性接法：当工件接阳极，焊条接阴极时，称为直流正接，此时工件受热较大，适合焊接厚大工件；当工件接阴极，焊条接阳极时，称为直流反接，此时工件受热较小，适合焊接薄小工件。
采用交流焊机焊接时，因两极极性不断交替变化，故不存在正接或反接问题。
焊接化学冶金过程的特点
在电弧焊接过程中，焊接化学冶金过程在实质上与普通化学冶金(炼钢)过程相同，都是液态金属，熔渣和气体三者相互作用，金属再冶炼的过程。但由于焊接条件的特殊性，焊接化学冶金过程又有着与一般冶炼过程不同的特点。
首先，焊接冶金温度高，相界大，反应速度快，当电弧中有空气侵入时，液态金属会发生强烈的氧化，氮化反应，还有大量金属蒸发，而空气中水分以及工件和焊接材料中油、锈、水在电弧高温下分解出的氢原子可溶入液态金属中，导致接头塑性和韧度降低(氢脆)，以致产生裂纹。
其次，焊接熔池小，冷却快，使各种冶金反应难以达到平衡状态，焊缝中化学成分不均匀，且熔池中气体、氧化物等来不及浮出，容易形成气孔、夹渣等缺陷，甚至产生裂纹。为了使焊接冶金朝着有利的方向进行，保证焊缝的质量，在电弧焊接过程中通常会采取以下措施。
①在焊接过程中，对熔化金属进行机械保护，使之与空气隔开。保护方式有气体保护、熔渣保护和气-渣联合保护三种。
②对焊接熔池进行冶金处理。主要通过在焊接材料(焊条药皮，焊丝，焊接防飞溅剂)中加入一定量的脱氧剂(主要是锰铁和硅铁)和一定量的合金元素，在焊接过程中排除熔池中的FeO，同时补偿合金的烧损。
本文参考《焊接材料手册》一书。 相关链接
