焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)

常見的金屬焊接方法弧焊壓力焊釬焊常見的弧焊方式手工焊條電弧焊激光焊CO2氣體保護(hù)電弧焊氬弧焊埋弧焊等離子焊常見的壓力焊方式電阻焊電阻點(diǎn)焊凸焊縫焊摩擦焊擴(kuò)散焊1.1手工電弧焊手工電弧焊是利用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法，簡(jiǎn)稱手弧焊特點(diǎn)1、設(shè)備簡(jiǎn)單。2、操作靈活方便。3、能進(jìn)行全位置焊接適合焊接多種材料。4、不足之處是生產(chǎn)效率低勞動(dòng)強(qiáng)度大。1.1手工電弧焊焊條可以分為酸性焊條和堿性焊條藥皮中含有多量酸性氧化物（TiO2、SiO2等）的焊條稱為酸性焊條藥皮中含有多量堿性氧化物（CaO、Na2O等）的稱為堿性焊條酸性焊條能交直流兩用，焊接工藝性能較好，但焊縫的力學(xué)性能，特別是沖擊韌度較差，適用于一般低碳鋼和強(qiáng)度較低的低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接，是應(yīng)用最廣的焊條堿性焊條的焊縫具有良好的抗裂性和力學(xué)性能，但工藝性能較差，一般用直流電源施焊，主要用于重要結(jié)構(gòu)（如鍋爐、壓力容器和合金結(jié)構(gòu)鋼等）的焊接。1.1手工電弧焊V形和Y形坡口的加工和施焊方便(不必翻轉(zhuǎn)焊件)，但焊后容易產(chǎn)生角變形。雙Y形坡口是在V形坡口的基礎(chǔ)上發(fā)展的。當(dāng)焊件厚度增大時(shí)，采用雙Y形代替V形坡口，在同樣厚度下，可減少焊縫金屬量約1/2，并且可對(duì)稱施焊，焊后的殘余變形較小。缺點(diǎn)是焊接過程中要翻轉(zhuǎn)焊件，在筒形焊件的內(nèi)部施焊，使勞動(dòng)條件變差。U形坡口的填充金屬量在焊件厚度相同的條件下比V形坡口小得多，但這種坡口的加工較復(fù)雜。1.2氬弧焊氬弧焊，是使用氬氣作為保護(hù)氣體的一種焊接技術(shù)。[1]

又稱氬氣體保護(hù)焊。就是在電弧焊的周圍通上氬氣保護(hù)氣體，將空氣隔離在焊區(qū)之外，防止焊區(qū)的氧化。鎢極氬弧焊的分類電極材料鎢極氬弧焊（TIG）熔化極氬弧焊(MIG)操作方式手動(dòng)氬弧焊半自動(dòng)氬弧焊自動(dòng)氬弧焊電源種類直流氬弧焊交流氬弧焊1.2鎢極氬弧焊的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)

⑴氬氣能有效地隔絕周圍空氣，不溶于金屬，不和金屬反應(yīng)，自動(dòng)清除熔池表面氧化膜的作用。因此，可成功地焊接易氧化、化學(xué)活潑性強(qiáng)的強(qiáng)的有色金屬、不銹鋼和各種合金。⑵鎢極電弧穩(wěn)定，即使在很小的焊接電流(<10A)下仍可穩(wěn)定地燃燒，特別適合于薄板、超薄板材料的焊接。⑶熱源和填充焊絲可分別控制，因而熱輸入容易調(diào)節(jié)，可進(jìn)行各種位置的焊接，也是實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形的理想方法。⑷由于填充焊絲熔滴不通過電弧，故不會(huì)產(chǎn)生飛濺，焊縫成形美觀。1.2鎢極氬弧焊的優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)

⑴焊縫熔深淺，熔敷速度小，產(chǎn)生率較低。⑵鎢極承載電流的能力較差，過大的電流會(huì)引起鎢極熔化和蒸發(fā)，其微粒有可能進(jìn)入熔池，造成污染(夾鎢)。⑶惰性氣體(氬氣、氮?dú)?較貴，和其他電弧焊手法(如交流手工弧焊、埋弧焊、CO2氣體保護(hù)焊等)比較，生產(chǎn)成本較高。鎢極氬弧焊的設(shè)備焊接電源供氣系統(tǒng)水冷機(jī)焊槍控制系統(tǒng)鎢極氬弧焊的正反接采用直流反接時(shí)，焊件是陰極，質(zhì)量較大的氬正離子流向焊件，撞擊金屬熔池表面，可將鋁鎂等金屬表面致密難溶的氧化膜擊碎，這種現(xiàn)象稱為“陰極擊碎”作用。但直流反接時(shí)，鎢極

因接正極溫度較高，

容易過熱易燒損。采用直流正接，沒有

“陰極破碎”作用，

適用于焊接不銹鋼、耐

熱鋼、鈦、銅及其合金鎢極氬弧焊的電源種類及極性1.3CO2氣體保護(hù)焊二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是焊接方法中的一種，是以二氧化碳?xì)鉃楸Ｗo(hù)氣體，進(jìn)行焊接的方法。一般分為自動(dòng)和半自動(dòng)兩種。

1.3CO2氣體保護(hù)焊的優(yōu)點(diǎn)1．焊接成本低。其成本只有埋弧焊、焊條電弧焊的40~50%。2．生產(chǎn)效率高。其生產(chǎn)率是焊條電弧焊的1~4倍。3．操作簡(jiǎn)便。明弧，對(duì)工件厚度不限，可進(jìn)行全位置焊接而且可以向下焊接。4．焊縫抗裂性能高。焊縫低氫且含氮量也較少。5．焊后變形較小。角變形為千分之五，不平度只有千分之三。6．焊接飛濺小。當(dāng)采用超低碳合金焊絲或藥芯焊絲，或在CO2中加入Ar，都可以降低焊接飛濺。1.3CO2氣體保護(hù)焊的設(shè)備1.3CO2氣體保護(hù)焊的常見缺陷1.3CO2氣體保護(hù)焊的常見缺陷1.3CO2氣體保護(hù)焊的常見缺陷1.3CO2氣體保護(hù)焊的常見缺陷1.3CO2氣體保護(hù)焊的常見缺陷1.3CO2氣體保護(hù)焊的常見缺陷1.4.等離子焊等離子弧焊（PAW，PlasmaArcWelding）是利用等離子弧作為熱源的焊接方法。氣體由電弧加熱產(chǎn)生離解，在高速通過水冷噴嘴時(shí)受到壓縮，增大能量密度和離解度，形成等離子弧。它的穩(wěn)

定性、發(fā)熱量和溫度都高于一

般電弧，因而具有較大的熔透

力和焊接速度。形成等離子弧的氣體和它周圍

的保護(hù)氣體一般用氬。根據(jù)各

種工件的材料性質(zhì)，也有使用

氦、氮、氬或其中兩者混合的

混合氣體的。1.4.等離子焊的特點(diǎn)（1）微束等離子弧焊可以焊接箔材和薄板。（2）具有小孔效應(yīng)，能較好實(shí)現(xiàn)單面焊雙面自由成形。（3）等離子弧能量密度大，弧柱溫度高，穿透能力強(qiáng)，10～12mm厚度鋼材可不開坡口，能一次焊透雙面成形，焊接速度快，生產(chǎn)率高，應(yīng)力變形小。（4）設(shè)備比較復(fù)雜，氣體耗量大，只宜于室內(nèi)焊接。

等離子焊的分類按焊縫成形原理，等離子弧焊有下列三種基本方法：穿孔型等離子弧焊熔透型等離子弧焊微束等離子弧焊其他類型：脈沖等離子弧焊、交流等離子弧焊、變極性等離子弧焊等。穿孔型等離子弧焊

該焊法可實(shí)現(xiàn)一定厚度范圍內(nèi)的金屬單面焊雙面成形。焊接過程：

利用等離子弧能量密度大和等離子流吹力大的特點(diǎn)，將工件完全熔透，并在熔池上產(chǎn)生一個(gè)貫穿焊件的小孔。等離子弧通過小孔從背面噴出，被熔化的金屬在電弧吹力、液體金屬重力和表面張力相互作用下保持平衡。穿孔型等離子弧焊焊件太薄由于小孔不能被液體金屬完全封閉，故不能實(shí)現(xiàn)小孔焊接法。焊件太厚受到等離子弧能量密度的限制，形成小孔困難。會(huì)因熔化金屬多，液體金屬的質(zhì)量大于表面張力的承托能力而流失，不能保持熔池金屬平衡，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)形成小孔空腔而造成切割現(xiàn)象。等離子弧焊（小孔技術(shù)）一次焊透的厚度熔透型等離子弧焊采用較小的焊接電流（30~100A）和較低的離子氣流量，采用混合型等離子弧焊接的方法。在焊接過程中不形成小孔效應(yīng)，焊件背面無“尾焰”。液態(tài)金屬熔池在弧柱的下面，靠熔池金屬的熱傳導(dǎo)作用熔透母材，實(shí)現(xiàn)

焊透。熔透型等離子弧焊焊件厚度：主要用于薄板（0.5~2.5mm）的焊接。厚板多層焊的第二層及以后各層的焊接。應(yīng)用焊接速度快，焊縫美觀，焊縫質(zhì)量好，成本低，等離子焊接已廣泛運(yùn)用于設(shè)備制造業(yè)中對(duì)各種型式的接頭進(jìn)行焊接、醫(yī)療設(shè)備、真空裝置、薄板加工、波紋管、儀表、傳感器、汽車部件、化工密封件等微束等離子弧焊

維弧的作用在小電流（小于10A）時(shí)幫助和維持轉(zhuǎn)移弧工作。當(dāng)維弧電流大于2A時(shí)，轉(zhuǎn)移型等離子弧在小至0.1A焊接電流下仍可穩(wěn)定燃燒，因此小電流時(shí)微束等離子弧十分穩(wěn)定。應(yīng)用：微束等離子焊更是在實(shí)際運(yùn)用中顯露出巨大的優(yōu)勢(shì)，其焊縫質(zhì)量可與激光焊比美。1.4激光焊激光焊是以聚焦的激光束作為能源轟擊焊件所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行焊接的一種高效精密的焊接方法.激光焊的原理激光焊接可以采用連續(xù)或脈沖激光束加以實(shí)現(xiàn)，激光焊接的原理可分為熱傳導(dǎo)型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104-105W/cm2為熱傳導(dǎo)焊，此時(shí)熔深淺、焊接速度慢；功率密度大于105-107W/cm2時(shí)，金屬表面受熱作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深寬比大的特點(diǎn)。激光焊的原理

熱傳導(dǎo)型焊接：激光束輻射加熱待加工工件表面，表面溫度升高，通過熱傳導(dǎo)使得表層一下一定深度受熱，在一定的激光工藝參數(shù)（如激光功率，脈沖寬度等）得到特定的熔池，通過激光束的移動(dòng)，達(dá)到焊接工件的目的。

激光深熔焊接：當(dāng)激光功率密度達(dá)到特定值，待加工工件表面材料汽化形成小孔，吸收了激光能量的小孔內(nèi)部溫度很高，使得其周圍金屬熔化?？妆谕庖后w流動(dòng)和壁層表面張力與孔腔內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生的蒸汽壓力相持并保持著動(dòng)態(tài)平衡。小孔隨著激光束的移動(dòng)而移動(dòng)，液態(tài)金屬向反方向流動(dòng)填充小孔移開后留下的空隙，并冷卻形成焊縫。激光焊的特點(diǎn)（1）激光焊接屬于非接觸性焊接過程，機(jī)具的損耗與變形可降至最低。（2）焊縫窄，熔深比大，焊接接頭熱影響區(qū)小，焊后工件變形小。（3）不需要在真空條件下進(jìn)行，焊接不受磁場(chǎng)影響。（比之于電子束焊）（4）激光束可以聚焦到很小的區(qū)域，適合進(jìn)行小型件的焊接。（5）可焊材質(zhì)范圍大，能夠?qū)崿F(xiàn)難焊金屬的焊接，可用于異種金屬焊接。（6）柔性大，易于實(shí)現(xiàn)高速自動(dòng)化焊接，等等。激光焊的特點(diǎn)可穿過透明介質(zhì)對(duì)密閉容器內(nèi)的工件進(jìn)行焊接；

激光束不受電磁干擾，無磁偏吹現(xiàn)象存在，適宜于磁性材料焊接不需真空室，不產(chǎn)生X射線，觀察及對(duì)中方便。激光焊的不足之處是設(shè)備的一次性投資大，特別是高功率連續(xù)激光器，價(jià)格昂貴；激光器的電光轉(zhuǎn)換及整體運(yùn)行效率都很低，光束能量轉(zhuǎn)換率僅為10％～20％；對(duì)高反射率的金屬直接進(jìn)行焊接比較困難。激光焊的特點(diǎn)（1）激光器及焊接系統(tǒng)各配件價(jià)格昂貴，初期投資成本高。（2）激光焊接的聚焦光斑較小，因此對(duì)工件接頭的裝配精度要求較高。（3）固體材料對(duì)激光的吸收率低，能量轉(zhuǎn)化率較低，不足10%。（4）焊接過程中可能產(chǎn)生等離子體，影響焊接質(zhì)量。激光焊在汽車行業(yè)的應(yīng)用1.5埋弧焊埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法。這種方法是利用焊絲和焊件之間燃燒的電弧產(chǎn)生熱量，熔化焊絲、焊劑和母材而形成焊縫的。

焊絲：作為填充金屬

焊劑：對(duì)焊接區(qū)起保護(hù)和合金化作用。

由于焊接時(shí)電弧掩埋在焊劑層下燃燒，電弧光不外露，因此被稱為埋弧焊。1.5埋弧焊埋弧焊焊接過程a)焊接過程b)縱向斷面c)橫向斷面1－焊劑2－焊絲3－電弧4－熔池5－熔渣6－焊縫7－工件8－焊渣9－焊劑漏斗10－送絲滾輪11－導(dǎo)電嘴c1.5埋弧焊優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高埋弧焊所用的焊接電流可大到1000A以上，因而電弧的熔深能力和焊絲熔敷效率都比較大。焊接質(zhì)量好一方面由于埋弧焊的焊接參數(shù)通過電弧自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能夠保持穩(wěn)定，對(duì)焊工操作技術(shù)要求不高，因而焊縫成形好、成分穩(wěn)定；另一方面也與采用熔渣進(jìn)行保護(hù)，隔離空氣的效果好有關(guān)。勞動(dòng)條件好埋弧自動(dòng)焊時(shí)，沒有刺眼的弧光，也不需要焊工手工操作。這既能改善作業(yè)環(huán)境，也能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。節(jié)約金屬及電能對(duì)于20～25mm厚以下的焊件可以不開坡口焊接，這既可節(jié)省由于加工坡口而損失的金屬，也可使焊縫中焊絲的填充量大大減少。同時(shí)，由于焊劑的保護(hù)，金屬的燒損和飛濺也大大減少。由于埋弧焊的電弧熱量能得到充分的利用，單位長度焊縫上所消耗的電能也大大降低。1.5埋弧焊缺點(diǎn)焊接適用的位置受到限制由于采用顆粒狀的焊劑進(jìn)行焊接，因此一般只適用于平焊位置（俯位）的焊接，如平焊位置的對(duì)接接頭、平焊位置和橫焊位置的角接接頭以及平焊位置的堆焊等。對(duì)于其它位置，則需要采用特殊的裝置以保證焊劑對(duì)焊縫區(qū)的覆蓋。焊接厚度受到限制由