焊接基本概念與方法

第三章材料的連接成形

本章學習的根本目的是掌握焊接成形的基本原理、焊接的主要成形方法及金屬材料的焊接性。要求掌握常用焊接方法的工藝要求和適用范圍；掌握各種金屬材料的焊接性能；了解焊條的型號、牌號、焊接缺陷及其檢驗方法。重點：各種焊接方法及工藝焊接基本概念與方法焊接基本概念熔化焊工藝方法壓力焊工藝方法釬焊工藝方法焊接基本概念一、金屬的連接方法

二、焊接的定義

通過物理或化學的手段，使兩個相分離的物體（同種材料或異種材料）產(chǎn)生原子（分子）間的結(jié)合而連接成一體的連接方法。

三、焊接的分類

以兩材料發(fā)生結(jié)合時的物理狀態(tài)為焊接過程最主要的特征，分為三大類：

1、熔化焊（液相）

2、壓力焊（固相）

3、釬焊（固相兼液相）

按熱源的類型分類，如電弧熱、電阻熱、化學反應(yīng)熱、機械能、間接熱能、高能束等。四、焊接的特點

結(jié)構(gòu)重量輕、省工省料、密封性好等特點。在制造業(yè)中，材料焊接技術(shù)是一種十分重要的加工工藝，已廣泛應(yīng)用于機械制造、造船、海洋開發(fā)、汽車制造、石油化工、航空航天、原子能、電力、電子技術(shù)及建筑等部門。

熔化焊工藝方法

利用局部加熱,將工件的焊接處加熱到熔化狀態(tài),形成熔池，然后冷卻結(jié)晶，形成焊縫的焊接方法。

由于所用熱源的不同，熔化焊分為：（1）氣焊（2）電弧焊（3）激光焊（4）激光切割（5）電子束焊（6）電渣焊（7）等離子弧焊電弧焊一、什么叫焊接電弧它是在具有一定電壓的兩電極間或電極與焊件間，氣體介質(zhì)產(chǎn)生強烈而持久的放電現(xiàn)象。二、電弧的實質(zhì)

它是一種氣體放電。氣體在一般情況下是不導(dǎo)電的。要使氣體導(dǎo)電，須將兩個電極之間的氣體電離，并在兩電極間加上一定的電壓，使這些帶電離子在電場作用下作定向運動，兩個電極間的氣體中能連續(xù)不斷地通過很大的電流，從而形成電弧。電弧導(dǎo)電時，產(chǎn)生大量的熱量，同時發(fā)出強烈的弧光。

1、電弧的構(gòu)造2、焊條在電弧下的熔化及焊縫的成形過程電弧的構(gòu)造鋼焊條的電弧弧柱區(qū)的溫度高達5000K以上。陰極區(qū)和陽極區(qū)的溫度較低，約為2400K和2600K。其幾何長度很小，僅為10ˉ4～10ˉ5cm。我們所看到的電弧實際上是電弧的弧柱區(qū)。陰極區(qū)和陽極區(qū)所產(chǎn)生的熱量占電弧熱的近80％?；≈鶇^(qū)產(chǎn)生的熱量僅約占20％。三、電弧焊的類型

對電弧與焊縫的保護方法的不同，可分以下三種：

１、手工電弧焊：利用焊條與工件間產(chǎn)生的電弧熱，將工件和焊條熔化而進行焊接的工藝方法。

（1）手工電弧焊焊接過程

（2）手工電弧焊的主要特點

1)操作靈活，可焊接各種空間位置的焊縫。

2)焊接質(zhì)量受焊工技術(shù)水平、施工條件等影響，變動幅度大。

3)焊接輔助時間長，生產(chǎn)效率低。

２、埋弧自動焊

焊接電弧將焊劑、焊絲及工件焊接處熔化后形成熔池，熔池冷卻后形成焊縫。液態(tài)熔渣形成焊渣，焊后履蓋在焊縫表面起保護焊縫的作用。

（1）埋弧自動焊的焊接過程

埋弧自動焊示意圖

1-焊接小車2-控制盤3-焊絲盤4-焊劑漏斗5-焊接機頭6-焊劑7-渣殼8-焊縫9-焊接電纜10-焊接電源11-控制箱埋弧自動焊焊接過程縱截面圖

1-焊絲2-電弧3-焊件4-熔池5-焊縫6-渣殼7-液態(tài)熔渣8-焊劑埋弧焊的工藝（1）焊前準備I型坡口——板厚<14mmY型坡口——14~22mm雙Y型坡口——22~50mm（或U型坡口）最常采用的為Y型坡口和X型坡口

單面焊時，為防止燒穿、保證焊縫的反面成形，應(yīng)采用反面襯墊，襯墊的形式有焊劑墊、鋼墊板，或手工焊封底（下圖）由于埋弧焊在引弧和熄弧處電弧不穩(wěn)定，為保證焊縫質(zhì)量，焊前應(yīng)在焊縫兩端接上引弧板和熄弧板以防止起弧和熄弧時產(chǎn)生的氣孔、夾雜、縮孔、縮松等缺陷進入工件焊縫之中。焊后去除引弧板和熄弧板引弧板和熄弧板1-引弧板2-熄弧板（2）平板對接焊雙面焊（圖a）最常用（3）環(huán)焊縫焊絲起弧點與環(huán)中心線偏離一距離e，防止熔池金屬流淌。（4）多絲埋弧焊

兩個以上焊絲同時進行焊接，提高效率。

埋弧自動焊的主要優(yōu)點（與手工焊相比）

1）生產(chǎn)率高：可用的電流比手工電弧焊大。2）焊接質(zhì)量好：電弧被液態(tài)熔渣所包圍，可以防止空氣的浸害，因而焊縫質(zhì)量好。3）電弧的熱量損失小，能量集中。4）節(jié)省金屬與電能：焊絲連續(xù)送進，節(jié)省金屬材料，節(jié)省輔助時間；埋弧焊熔化深度大，節(jié)省了電能。5）改善了勞動條件：沒有弧光，送入與運出實現(xiàn)機械化，減少了工人的勞動強度，改善了勞動條件。

埋弧焊的應(yīng)用

適合中等厚度的板材的直、長縫或大圓圈環(huán)形焊縫的焊接。如壓力容器的環(huán)縫焊和直縫焊，鍋爐冷卻壁的長直焊縫焊接等。壓力容器環(huán)焊縫的焊接壓力容器的封頭與筒體組焊埋弧焊接壓力容器縱焊縫埋弧焊壓力容器施工現(xiàn)場圖３、氣體保護焊用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護電弧和焊接區(qū)的電弧焊。外加氣體有以下二種：

氬氣與二氧化碳氣體保護焊

氬弧焊：氬氣是惰性氣體，不與金屬起化學反應(yīng)；不溶解于液體金屬。氬弧焊可以獲得高質(zhì)量的焊縫，是焊接不銹鋼的主要方法，也廣泛用于焊接鋁合金、鈦合金、鋯合金等材料；用于航空航天、核工業(yè)等部門。

鎢極氬弧焊熔化極氬弧焊脈沖氬弧焊氬弧焊的焊接過程及主要優(yōu)缺點1）鎢極氬弧焊

高熔點的釷鎢棒或鈰鎢棒作電極，由于鎢的熔點高達3410℃，焊接時鎢棒基本不熔化，只是作為電極起導(dǎo)電作用，填充金屬需另外添加。在焊接過程中，氬氣通過噴嘴進入電弧區(qū)將電極、焊件、焊絲端部與空氣隔絕開。

其焊接方式有手工焊和自動焊兩種，主要區(qū)別在于電弧移動和送絲方式，前者為手工完成，后者由機械自動完成。鎢極氬弧焊示意圖（自動焊）

1-熔池2-焊絲3-送絲滾輪4-焊絲盤5-鎢極6-導(dǎo)電嘴7-焊炬8-噴嘴9-保護氣體10-電弧鎢極氬弧焊的優(yōu)點（1）采用純氬氣保護，焊縫金屬純凈，特別適合于非鐵合金、不銹鋼、鈦及鈦合金等材料的焊接。（2）焊接過程穩(wěn)定，所有焊接參數(shù)都能精確控制，明弧操作，易實現(xiàn)機械化、自動化。（3）焊縫成形好，特別適合3mm以下的薄板焊接、全位置焊接和不用襯墊的單面焊雙面成形。工藝參數(shù)：鎢極直徑、焊接電流、電源種類和極性、噴嘴直徑和氬氣流量、焊絲直徑等。應(yīng)用：易氧化的非鐵合金、不銹鋼、高溫合金、鈦及鈦合金以及難熔的活性金屬（鉬、鈮、鋯）等材料的薄壁結(jié)構(gòu)的焊接和鋼結(jié)構(gòu)的打底焊。2）熔化極氬弧焊

采用焊絲作電極并兼作填充金屬，焊絲在送絲滾輪的輸送下，進入到導(dǎo)電嘴，與焊件之間產(chǎn)生電弧，并不斷熔化，形成很細小的熔滴，以噴射形式進入熔池，與熔化的母材一起形成焊縫。焊接方式有半自動焊和自動焊兩種

熔化極氬弧焊示意圖（自動焊）

1-焊接電弧2-保護氣體3-焊炬4-導(dǎo)電嘴5-焊絲6-送絲滾輪7-焊絲盤8-噴嘴9-熔池

熔化極氬弧焊均采用直流反接，以提高電弧的穩(wěn)定性，沒有電極燒損問題，焊接電流的范圍大大增加，因此可以焊接中厚板。例如焊接鋁鎂合金時，當焊接電流為450A左右時，不開坡口可一次焊透20mm，同樣厚度用鎢極氬弧焊時則要焊6～7層。熔化極氬弧焊的焊接工藝參數(shù)：

焊絲直徑、焊接電流和電弧電壓、送絲速度、保護氣體的流量等。熔化極氬弧焊主要用于焊接高合金鋼、化學性質(zhì)活潑的金屬及合金。如鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦、鋯及其合金等。脈沖氬弧焊

將電流波形調(diào)制成脈沖形式，用高脈沖來焊接，低脈沖用來維弧和凝故，可控制焊縫的尺寸與焊件品質(zhì)。二氧化碳氣體保護焊

以CO2作為保護介質(zhì)的氣體保護焊方法。（1）二氧化碳氣體保護焊的特殊性*氧化性氣體，會使焊縫金屬氧化，故須采取脫氧措施。如用Si、Mn較高的焊絲或合金鋼焊絲H08MnSiA、H10MnSiMo等。*由于CO2氣體的特殊的物理性質(zhì)，在熔滴中反應(yīng)生成的CO氣體，會在電弧高溫作用下急劇膨脹，使熔滴爆破引起金屬飛濺。故要求使用直流焊機，且大多直流反接。

（2）汽車傳動軸的焊接

CO2氣體保護半自動焊示意圖

1-焊接電源及控制箱2-CO2鋼瓶3-加熱器4-送絲機構(gòu)5-焊槍6-焊件（3）二氧化碳氣體保護焊的特點①生產(chǎn)率高

比手工電弧焊高1～5倍。工作時連續(xù)焊接,不需要換焊條,不需要敲渣。②成本低

CO2氣體是很多工業(yè)部門的副產(chǎn)品，成本較低。

焊接時CO2流量通常為5～15L/min，保護氣體流量偏大或偏小均會使保護效果變差。二氧化碳氣體保護焊是一種重要的焊接方法，主要用于焊接低碳鋼和低合金鋼。在汽車行業(yè)和其他工業(yè)部門中廣泛應(yīng)用。4、電子束焊

當陰極被燈絲加熱到2600K時，能發(fā)出大量電子，這些電子在陰極與陽極（焊件）間的高電壓作用下，經(jīng)電子透鏡聚焦成電子流束，以極大的速度（可達160000km／S）射向焊件表面，電子的動能變?yōu)闊崮?。能量密度比普通電弧可?000倍，它使焊件金屬迅速熔化甚至氣化。根據(jù)焊件的熔化程度，逐漸移動焊件，即能得到要求的焊接接頭。

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真空電子束焊接的特點（1）在真空中進行焊接，金屬不會氧化氮化。且無金屬電極沾污，能保證焊縫金屬的高純度。表面平滑潔凈，沒有孤坑或其他表面缺陷。焊縫內(nèi)部熔合得好，無氣孔夾渣。（2）熱源能量密度大、熔深大、焊速快、焊縫深而窄，焊縫深寬比可達20：1，能單道焊厚件。焊接熱影響區(qū)很小，基本上不產(chǎn)生焊接變形?？煞乐闺y熔金屬焊接時易產(chǎn)生的裂紋和泄漏。

（3）焊接時一般不加填充金屬。因而接頭要加工得平整清潔、裝配緊密，不留間隙。任何厚度的工件都不開坡口。（4）電子束參數(shù)可在較寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)、控制靈活、精度高、適應(yīng)性強。（5）真空電子束焊接的缺點是設(shè)備復(fù)雜、造價高。使用維護技術(shù)要求高、焊件尺寸受真空室限制，對焊件清整裝配質(zhì)量要求嚴格，因而其應(yīng)用受到一定限制。5、電渣焊

兩個工件位于垂直位置，工件待焊端面兩側(cè)，裝有冷卻銅滑塊，使液態(tài)熔渣及金屬不會外流，冷水從其內(nèi)部通過，迫使熔池冷卻凝固成為焊縫。

固態(tài)焊劑熔化后形成的渣池具有較大的電阻，當電流通過時產(chǎn)生大量電阻熱，使渣池溫度保持在1700一2000℃。焊絲與工件被渣池加熱熔化而形成熔池。

焊接過程中，焊絲不