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焊接工艺简要手册

同种金属或异种金属之间进行接合的工艺技术就叫焊接。

焊接操作结束后,在某一区域所形成的金属和非金属的聚合体就叫焊缝。

按焊接工艺特点分类:

可分为:熔焊、压力焊、钎焊。

熔焊:在高温等的作用下,致使连接处的金属在熔化状态下完成的焊接方法。

压力焊:在一定压力下完成的焊接方法。

钎焊:用熔点低于母材熔点的金属为钎料,将焊件和钎料加热到母材熔点和钎料熔点之间的温度,致使钎料呈液态而润湿母材,填充接头间隙并与母材相互扩散而实现焊接的方法。

具体分类:

手工焊条电弧焊:

发生在工件与焊条这两极之间强烈而持久的气体放电现象就叫做电弧。

说白了,他只是一种气体放电现象而已。

但是电弧它包括三部分:弧柱区、阴极区和阳极区。

简单地说:利用电弧燃烧提供热源的焊接方法就是电弧焊。利用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法就叫手工焊条电弧焊,简称手弧焊。

手工焊条电弧焊焊接:

(1)电弧在焊条与被焊件之间燃烧,电弧热使工件和焊条同时熔化成熔池;

(2)电弧使焊条的药皮熔化或燃烧,产生熔渣和气体, 对熔化金属和熔池起保护作用;

(3)当电弧向前移动时,后面的熔池冷却凝固而新的熔池又不断产生,从而形成连续的焊缝。

优点:设备简单,操作灵活,适应性强。

缺点:生产效率低,劳动强度大,焊接接头质量不易保证。

应用:可焊接大多数金属,适用于各种焊接位置,而且既可焊薄板也可焊厚板。

埋弧自动焊:

自动焊-焊接动作由机械装置自动完成。

埋弧焊-电弧在颗粒状焊剂层下进行燃烧的焊接。

(1)焊剂由漏斗流出,均匀地堆敷在工件被焊处上形成焊剂层(30~50mm);

(2)连续送进的焊丝在焊剂层下与焊件间产生电弧,使焊丝、工件和焊剂熔化,形成金属熔池,并使它们与空气隔绝;

(3)随着焊机自动向前移动,电弧不断熔化前方的焊件金属、焊丝及焊剂,而熔池后方的边缘开始冷却凝固形成焊缝,液态熔渣随后也冷凝形成坚硬的渣壳。

焊接位置表面铺一层焊剂的作用:

(1)保护作用:焊剂熔化形成熔渣和气体,有效隔绝空气,保护熔滴、熔池,且防止合金元素的烧损;

(2)冶金作用:在焊接过程中,起脱氧和补充合金元素的作用;

(3)改善焊接工艺:使电弧持续稳定燃烧,焊缝成型美观。

优点:

生产效率高(比手弧焊提高5~倍);

焊接质量好(气孔、夹渣少);

成本低(省工、省时、省料);

劳动条件好(无飞溅,劳动强低)。

缺点:

不适于复杂焊缝及狭小空间的焊接;

设备复杂,所需焊接电流大(电流小时造成电弧不稳);

适应性差 (适用平焊、长直焊缝和较大直径的环缝)。

用于生产、中厚板结构的长直焊缝和较大直径的环缝,如锅炉、压力容器、船舶等。

为了既能得到合理的焊缝成形和良好的焊接质量,又能提高焊接速度,就出现了多丝埋弧焊。

广泛用于需要较高焊接效率的应用,比如风电、海工、造船、压力容器、重型机械、管道等行业。

主要用于管道的焊接,根据应用情况可以分为管道长直纵缝外焊,管道长直纵缝内焊,螺旋焊管外焊,螺旋焊管内焊等不同类型。

大幅提高生产效率,增加焊接速度,降低焊剂消耗,降低热输入量和变形,节能,更高效率打底,更平滑盖面。

气体保护焊:

利用气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊称为气体保护电弧焊,简称气体保护焊。

换言之,气保焊就是用气体作为介质和保护作用的。

根据电极是否熔化和保护气体类型进行分类:

非熔化极(钨极)惰性气体保护焊(GTAW/TIG);

熔化极(活性)气体保护焊 (GMAW/MAG);

熔化极惰性气体保护焊(MIG)。

熔化极与非熔化极气保焊的区别:

氩弧焊:

优点:

可全方位焊接;

便于观察、易于自动控制;

保护效果好,电弧稳定,焊接质量好;

几乎能焊接所有金属。

缺点:

氩气成本高;

氩弧焊电流密度大,发出的光比较强烈,电弧产生的紫外线辐射较大,对身体伤害更大;

氩弧焊的热影响区较大,工件修补后易出现开裂、针孔、磨损、划伤、咬边等缺陷;

主要用于焊接易氧化的有色金属和合金钢(主要用Al、Mg、Ti及其合金和不锈钢的焊接)。

CO2气体保护焊:

CO2气体保护焊的原理与熔化极氩弧焊(MIG)一样,只是保护气体为CO2气体罢了。

优点:

成本低(为埋弧焊和手弧焊的40%~50%);

效率高(电流密度大,熔深大,焊接速度快);

焊接质量好(气流冷却,热影响区小,变形小);

能全位置焊接。

缺点:

焊缝成形差,飞溅大;

烧损合金元素,易产生气孔;

焊接时抗风能力差,适合室内作业。

适用于低碳钢、低合金钢薄板(0.8~4mm )的焊接。

必须采用含脱氧剂的焊丝,直流反接;

且焊接时不能有风,最好进行室内焊接。

电渣焊:

利用电流通过熔渣所产生的电阻热熔化焊丝和母材而形成焊缝的焊接方法叫电渣焊。

至于电渣焊是如何进行焊接过程的,请看如下分析:

(1)在开始时,使焊丝与起焊槽短路起弧;

(2)不断加入少量固体焊剂,利用电弧的热量使之熔化,形成液态熔渣;

(3)待熔渣达到一定深度时,增加焊丝的送进速度,并降低电压,使焊丝插入渣池,电弧熄灭,从而转入电渣焊焊接过程。

优点:生产率高,无需考虑焊件厚度;

焊缝缺陷少,焊接质量好;无需开坡口,成本低。

缺点:输入的热量大,焊缝附近容易过热;

焊缝金属呈粗大结晶的铸态组织,冲击韧性低;焊件在焊后一般需要进行正火和回火热处理。

适用于垂直立焊,焊接40~450mm的厚板,一般用于直缝或环缝焊接、厚板拼接、炼钢厂高炉的垂直焊接、大型铸件、锻件的焊接等。

电阻焊:

简单地说:利用电阻热为焊接热源,在压力作用下进行的焊接,就叫电阻焊。

优点:焊接电压低,电流大,生产率高;成本低,不需要填充金属和其他焊材;焊接变形小,焊后无需进行校正和热处理工序;劳动条件好,操作简单,易于实现自动化生产。

缺点:焊接设备复杂,投资大;对焊件厚度和接头形式有一定限制;目前尚缺乏简单而又可靠的无损检验方法。

电阻焊可分为:点焊、缝焊、对焊。

1、点焊:

焊件装配成搭接接头,利用柱状电极加压通电,产生电阻热熔化焊件金属,形成熔核(焊点)的电阻焊方法 。

点焊过程及分流现象:

分流现象:当焊接第二点时,已成焊点会导通电流,造成功率损耗。使焊接处的电流减小,影响焊接质量。

防止分流:两焊点间应有一定距离。

相邻两焊头的距离不能太小,最小点距见下表。

主要用于薄板冲压结构和钢筋构件;适用于有密封要求或接头强度要求较高的薄板搭接结构件的焊接,如油箱、水箱等。

2、缝焊:

焊件装配成搭接或斜对接头置于两滚轮电极之间,滚轮加压焊件并转动,带动焊件向前移动,连续或断续送电,利用电阻热熔化焊件金属,形成一连串焊点的电阻焊方法。

分类:

特点:

缝焊主要用于焊缝规则、厚度3mm以下有密封性要求的薄壁结构;如飞机和汽车的油箱、各种容器、钢制散热器等。

3、对焊:

利用电阻热将两工件沿整个端面同时焊接起来的一类电阻焊接方法就叫做对接电阻焊,简称对焊。

而对焊又可分为电阻对焊和闪光对焊。

1)电阻对焊

将两工件端面始终压紧,利用电阻热加热至塑性状态,然后迅速施加顶锻压力(或不加顶锻压力只保持焊接时压力)完成焊接的方法就叫电阻对焊。

特点:

操作简单,接头外形匀称;

焊前需对焊接表面清理要求高;

端面加工要求高,否则焊接质量难以保证。

适宜于焊接断面紧凑、强度要求不高,直径(或边长)小于20mm低碳钢棒料和管材,或小于8mm的非铁金属棒料和管材的焊接 (端面形状、尺寸相近杆状零件的焊接)。

2)闪光对焊

焊件装配成对接接头,接通电源,并使其断面逐渐移近至局部接触,在电阻加热下使断面金属熔化并飞出,形成闪光,直至端部在一定深度范围内达到预定温度时,迅速施加顶锻力完成焊接的方法。

特点:

接头中夹渣少,焊接质量好,接头强度高;

焊前对焊件端面的清理要求不严;

闪光对焊金属损耗大,焊后接头毛刺需要加工清理, 劳动条件差。

适用范围广,原则上能铸造的金属材料都可以用闪光对焊焊接。例如低碳钢、高碳钢、合金钢、不锈钢;铝、铜、钛等有色金属及合金;还可以焊接异种合金接头。

钎焊:

利用熔点比焊件低的金属作为钎料,将焊件(母材)和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材的熔化温度,钎料熔化并润湿母材,填充接头间隙,并与母材相互扩散形成焊接接头的方法就叫钎焊。

钎焊过程:

钎料熔化→液态钎料流入接头间隙→钎料与母材相互间扩散→填满间隙→凝固后形成接头。

钎焊的特征:

1)钎料熔点低于母材,钎焊时母材不熔化;

2)钎料和母材的成分差别很大;

3)熔化后的钎料靠润湿和毛细作用吸入并保持在母材间隙内;

4)依靠液态钎料和固体母材之间的相互扩散作用而形成冶金结合。

优点:母材的组织和性能无变化(母材不熔化,只有钎料熔化);设备简单,生产投资费用少;加热温度较低,变形小,接头光滑平整;生产率很高,可同时焊多焊件、多接头;可焊异种金属,也可焊异种材料,对工件厚度差无限制。

缺点:钎焊接头强度低,耐热性差。

分类:

主要用于制造精密仪表、电气零部件、异种金属构件以及复杂薄板结构的焊接,如夹层构件、蜂窝结构等。

摩擦焊:

利用焊件表面相互摩擦所产生的热,使端面达到热塑性状态,然后迅速顶锻,完成焊接的一种压焊方法就叫摩擦焊。

焊接过程:

1)焊件发生相对运动;

2)两焊件间发生端面接触,进而产生摩擦热;

3)待断面达热塑性状态时,迅速顶段施压完成焊接。

优点:焊接生产率高,比闪光对焊高5~6倍;焊接质量稳定,焊件尺寸精度高;加工费用低,省电,焊件无需特殊清理;易实现机械化和自动化,操作简单;无火花,弧光及有害气体。

缺点:投资大;焊接非圆截面较难且焊接面积受限。

可用于同种或异种金属和异种钢产品的焊接,如电力工业中的铜-铝过渡接头,金属切削用的高速钢-结构钢刀具、蛇形管、阀门、拖拉机轴瓦等。

激光焊:

利用激光辐射加热待加工表面,表面热量通过热传导向内部扩散,使工件熔化,形成特定的熔池,待熔池凝固后形成焊缝。

优点:焊接速度快,效率高;焊接精度高,变形小,易于自动控制;无需使用电极,故无电极污染。

缺点:投资大,功率小,可焊接的厚度受限;焊接位置点与激光束聚集区难以对准;焊道快速凝固,可能产生气孔。

主要应用于航空航天、船舶、汽车、电子工业等精密制造领域零部件的焊接。

等离子弧焊:

简单地说:孤柱受到压缩,使能量高度集中,弧柱中气体充分电离的电弧,就叫做等离子弧,又称压缩电弧。

气体由电弧加热发生初步电离,在高速通过水冷喷嘴时受到压缩,增大能量密度和电离度,形成等离子弧。由于等离子弧的高热量、高熔透力致使焊接处工件熔化,形成熔池,从而实现对工件的焊接。

优点:能量密度大、电弧方向性强、熔透能力强;

焊缝的深宽比大,热影响区小;电弧燃烧稳定(即使电流较小时仍很稳定);焊接成本低,且在焊接厚度较小时不开坡口、无需填丝;具有稳定的小孔效应,能较好实现单面焊双面自由成形。

缺点:设备昂贵;电弧作用区域的观察性差;可焊厚度有限(一般在25mm 以下)。

广泛用于工业生产,特别是航空航天等军工和尖端工业技术所用的铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等金属的焊接,如钛合金的导弹壳体,飞机上的一些薄壁容器等。

电子束焊:

利用加速和聚焦的电子束轰置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法就叫电子束焊接。

也就是说,焊接所需热量是由电子束轰击焊件所产生的。

焊接过程:

1)电子枪阴极由于直接或间接加热而发射电子;

2)该电子在高压静电场的加速下,然后再通过电磁场的聚焦就可以形成高能量密度的电子束;

3)高能密度电子束去轰击工件,巨大的动能转化为热能,熔化焊件,形成熔池,进而完成焊接。

优点:焊速快,效率高;不开坡口,无需焊丝、焊剂等;能耗低,热影响区窄,焊接变形小,质量优;

电子束穿透能力强,焊缝深宽比大,可达到50:1。

缺点:设备比较复杂,费用昂贵;焊件尺寸和形状常常受到真空室的限制;电子束易受杂散电磁场的干扰,影响焊接质量。

适用于焊接难熔金属、活泼金属和高纯度金属等精细焊接。广泛应用于核能、航空、航天、汽车、压力容器及工具制造等工业领域的焊接。

超声波焊:

利用超声波的高频振荡能对工件接头进行局部加热和表面清理,然后施加压力实现焊接的方法就叫超声波焊。

焊接过程:

1)低频交流电转为高频交流电;

2)电能转为机械振动能;

3)增大振幅;

4)施压,焊头与工件接触进行焊接。

优点:操作简便、焊接速度快、生产效率高;对工件表面清洁度要求不高;不需要添加任何粘结剂、填料或溶剂。

缺点:只适用于丝、箔、片、条、带等薄件的焊接;大多情况下,接头形式只能采用搭接接头。

适用于高导电、高导热性材料及多种复合材料的焊接,广泛应用于微电子器件和精加工领域的焊接。

高频焊:

利用高频电流在工件内产生的电阻热,将工件焊接区表层加热到熔化或接近的塑性状态,随即施加(或不施加)顶锻力而实现金属结合的方法就叫高频焊。

集肤效应:当导体通以交流电流时,大部分电流仅沿导体表层流动的现象。

邻近效应:当高频电流在两导体中彼此反向流动或在一个往复导体中流动时,电流会集中于导体邻近侧流动的现象。

简单地说,集肤效应就是“电流走表层”;邻近效应就是“电流抄捷径”。

优点:焊接速度快,效率高(电流高度集中于焊接区);可焊材料范围广,也可进行异种金属焊接;焊前清理简单(熔化焊,又有压力作用,无需清理接头表面)。

缺点:接头装配精度要求高;高压、高频电流对人体及其他设备有害。

适用于碳钢、合金钢、不锈钢、铜、铝、钛等的焊接以及异种金属的焊接。广泛应用于制造管子时纵缝或螺旋缝的焊接。

扩散焊:

将焊件紧密贴合,在一定温度和压力下保持一段时间,利用接触面之间原子的相互扩散作用,形成联接的焊接方法就叫扩散焊。

焊接过程:

实物焊接展示:

优点:一次可焊多个接头;接头质量好,焊后无需机械加工;焊件变形小(低压力,工件整体加热,随炉冷却)。

缺点:投资大,成本高;焊接时间长,表面准备耗时耗力,生产率低;对于焊缝质量尚无可靠的无损检测方法。

适用于多种异种材料及特种材料和特殊结构的焊接,广泛应用于航空航天、电子、核电等工业领域的焊接。

爆炸焊:

利用炸药爆炸产生的冲击力造成工件迅速碰撞而实现焊接的方法就叫爆炸焊。

爆炸焊也是压力焊的一种。

小形工件焊接,平行法和角度法均可;大面积焊接时,多用平行法。避免两板前段间隙过大,致使复板过分加速而使撞击能量过大,造成板材边部打伤、打裂而减少复合板有效面积及耗费板材。

优点:投资小,成本低;特别适合异种金属及大面积焊接;工艺简单,无需复杂清理,应用方便。

缺点:只能用于平面或柱面结构的焊接;露天作业,机械化程度低,影响环境。

适合于焊接异种金属,如铝、铜、钛、镍、钽、不锈钢与碳钢的焊接,铝与铜的焊接等。广泛用于导电母线过渡接头、换热器管与管板的焊接和制造大面积复合板。

本文来源于互联网,暖通南社整理编辑。

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