第十四章 常用焊接方法

2/3/202314.1手工電弧焊和埋弧焊14.2氣體保護焊14.3電渣焊14.4等離子弧焊與切割14.5壓力焊14.6釬焊

第14章常用焊接方法

作業(yè)：P20814.1、14.22/3/202314.1手工電弧焊和埋弧焊手工電弧焊的原理圖特點：手工電弧焊具有設備簡單，應用靈活方便，可焊各種金屬等優(yōu)點。生產率不如機械化的電弧焊高，焊縫質量也不太穩(wěn)定。14.1手工電弧焊應用范圍和作用：電弧焊是目前中應用最普遍的方法，尤其適用于操作不便的場合和短小焊縫的焊接，如在修理工作中更為方便。2/3/202314.1.2埋弧焊埋弧焊的原理及特點埋弧自動焊是用焊劑進行渣保護，焊絲為一電極在焊劑層下引燃電弧燃燒。熱效率高；焊絲為連續(xù)的盤狀焊絲，可連續(xù)饋電；焊接無飛濺，可實現大電流高速焊接，生產率高；金屬利用率高，焊接質量好，勞動條件好。埋弧焊適于平直長焊縫和環(huán)焊縫的焊接。2/3/2023埋弧自動焊工序埋弧焊的工藝焊前準備板厚小于14mm時，可不開坡口；板厚為14～22mm時，應開Y型坡口；板厚為22～50mm時，可開雙Y型或U型坡口。

Y型和雙Y型坡口的角度為50°～60°。焊縫間隙應均勻，焊直縫時，應安裝引弧板和熄弧板，以防止起弧和熄弧時產生的氣孔、夾雜、縮孔、縮松等缺陷進入工件焊縫之中2/3/2023平板對接焊

一般采用雙面焊，可不留間隙直接進行雙面焊接，也可采用打底焊或焊劑墊或墊板。為提高生產率，也可采用水冷銅成型底板進行單面焊雙面成型。

環(huán)焊縫焊接環(huán)焊縫時，焊絲起弧點應與環(huán)的中心線偏離一距離e，以防止熔池金屬的流淌。一般偏離距離為

20~40mm，直徑小于250mm的環(huán)縫一般不采用埋弧自動焊。

多絲埋弧焊同時有兩個以上焊絲起焊接，焊接速度高，焊縫成型好。前一電弧保證熔深，后續(xù)電弧調節(jié)熔寬，使熔池形狀及焊縫成型較為合理。2/3/2023埋弧焊的應用

埋弧焊主要用于壓力容器的環(huán)縫焊和直縫焊，鍋爐冷卻壁的長直焊縫焊接，船舶和潛艇殼體的焊接，起重機械（行車）和冶金機械（高爐爐身）的焊接。2/3/202314.2氣體保護焊14.2.1氬弧焊

利用氬氣保護電弧熱源及焊縫區(qū)進行焊接。鎢極氬弧焊以鎢釷合金和鎢鈰合金為陰極，利用鎢合金熔點高，發(fā)射電子能力強，陰極產熱少，鎢極壽命長的特點，形成不熔化極氬弧焊。1－焊絲或電流；2－導電嘴；3－；4－噴嘴；5－進氣管；6－填充焊絲；7－氬氣流；8－電?。?－工件2/3/2023熔化極氬弧焊以焊絲為一電極（正極），工件為另一電極（負極），焊絲熔滴通常呈很細顆粒的“噴射過渡”進入熔池，所用電流比較大，生產率高。板厚8mm以上的鋁容器。為使電弧穩(wěn)定，熔化極氬弧焊通常采用直流反接。2/3/2023氬弧焊的特點及應用機械保護效果很好，焊縫金屬純凈，焊接質量優(yōu)良，焊縫成型美觀。電弧穩(wěn)定，可實現單面焊雙面成型?？扇恢米詣雍附?。氬氣貴，成本高。氬弧焊主要用于易氧化的有色金屬和合金鋼的焊接。如鋁、鈦和不銹鋼等。氬弧焊工藝過程2/3/2023CO2焊時的飛濺

CO2+Fe=FeO+CO↑

FeO進入熔池和熔滴，與熔池和熔滴中的碳反應：

FeO+C=Fe+CO

生成的CO在熔池和熔滴內體積急劇膨脹而爆破，導致飛濺。14.2.2二氧化碳焊

以CO2為保護氣體，用焊絲為電極引燃電弧，實現半自動焊或自動焊。

CO2氣體

CO2氣體密度大，高溫體積膨脹大，保護效果好。但CO2在高溫下易分解為CO和O，導致合金元素的氧化，熔池金屬的飛濺和CO氣孔。焊接用CO2純度要大于99.8%。2/3/2023防止飛濺的措施CO2焊成本低，生產率高，焊縫質量較好，主要用于低碳鋼和低合金結構鋼薄板的焊接。采用藥芯焊絲。采用含硅、錳、鈦、鋁的焊絲，防止鐵的氧化。為使電弧穩(wěn)定，飛濺少，CO2焊采用直流反接。CO2焊常用H08Mn2SiA焊絲來進行脫氧，合金化。2/3/202314.3電渣焊利用電流通過熔渣時產生的電阻熱加熱和熔化焊絲和母材來進行焊接的一種熔化焊方法。分為絲極、板極、熔嘴和熔管電渣焊。電渣焊的結晶特點電渣焊工藝過程

在焊接低碳鋼時焊縫和近縫區(qū)產生粗大的魏氏組織。為了改善焊接接頭的力學性能，焊后要進行（正火）熱處理。

電渣焊的線能量大，加熱和冷卻速度低，高溫停留時間長，所以電渣焊焊縫的一次結晶晶粒為粗大的樹枝狀組織，熱影響區(qū)也嚴重過熱。2/3/2023電渣焊工藝特點廣泛用于鍋爐制造，重型機械和石油化工等行業(yè)。電渣焊除焊接碳鋼、低合金、中合金鋼和高合金鋼以及鑄鐵外，也可用來焊接鋁及鋁合金、鎂合金、鈦及鈦合金和銅。焊后冷卻速度慢，焊接應力小。但熱影響區(qū)寬，晶粒粗大，要進行焊后熱處理。電渣焊時，一般不需預熱。用電渣焊焊接易淬火鋼時，產生淬火裂紋的傾向小。電渣焊焊縫產生氣孔，夾渣的傾向性較低。電渣焊時金屬熔池的凝固速率低，熔池中的氣體和雜質較易浮出。電渣焊可一次焊接很厚的工件，故焊接生產率高、成本低。2/3/202314.4等離子弧焊與切割利用機械壓縮效應、熱壓縮效應和電磁收縮效應將電弧壓縮為細小的等離子體。等離子弧可用于焊接和切割。2/3/2023等離子弧焊過程等離子弧焊接工藝穿孔型等離子弧焊接

在大電流(100～300A)和大的離子氣流量的工藝參數條件下,利用穿孔焊接可在不用襯墊的情況下實現單面焊雙面成形。2/3/2023熔入型等離子弧焊接

當等離子弧的離子氣流量較小時，穿孔效應消失，稱為熔入型等離子弧焊。熔入型等離子弧焊適用薄板，多層焊縫的蓋面及角焊縫的焊接，填加或不加填充焊絲，優(yōu)點是焊速較快。微束等離子弧焊接

15～30A以下的熔入型等離子弧焊接通常稱為微束等離子弧焊接。除此之外還有脈沖等離子弧焊接，熔化極等離子弧焊接和變極性等離子弧焊接。2/3/2023等離子弧切割等離子弧切割通常采用氮和壓縮空氣作離子氣，將切口金屬熔化并吹除。切割速度提高，切口質量也很好。等離子弧切割低碳鋼的厚度為0.6～80mm。2/3/2023等離子弧焊的特點及應用等離子弧能量密度大，弧柱溫度高，穿透能力強。10～12mm厚鋼材可不開坡口，一次焊透雙面成型，焊接速度快，生產率高，應力變形小。電流小到0.1A時，電弧仍能穩(wěn)定燃燒，能保持良好的挺直度與方向性，所以可焊接很薄的箔材。等離子弧焊接在國防工業(yè)及尖端技術所用的銅合金、合金鋼、鎢、鉬、鈷、鈦等金屬的焊接。如鈦合金導彈殼體、波紋管及膜盒、微型繼電器、電容器的外殼封焊以及飛機上一些薄壁容器均可用等離子弧焊接。但等離子弧焊接設備比較復雜，氣體耗量大，只宜于室內焊接。2/3/2023電子束焊電子束焊接過程電子束焊是利用高速運動的電子撞擊工件時，將動能轉化為熱能將焊縫熔化進行的熔化焊方法。電子束焊一般不加填充金屬，如要求焊縫有突出表面的堆高可在接縫預加墊片。對接縫間隙為0.1倍的板厚，一般不能超過0.2mm。2/3/2023電子束焊的特點及應用保護效果好，焊縫質量高，適用范圍廣。能量密度大，穿透能力強，可焊接厚大截面工件和難熔金屬。加熱小，焊接變形小。電子束焊成本高，主要用于微電子器件焊裝、導彈外殼的焊接、核電站鍋爐汽包和精度要求高的齒輪等的焊接。2/3/202314.5壓力焊

壓力焊是指通過加熱等手段使金屬達到塑性狀態(tài)，加壓使其產生塑性變形、再結晶和擴散等作用，使兩個分離表面的原子接近到晶格距離（0.3～0.5nm)，形成金屬鍵，從而獲得不可拆卸接頭的一類焊接方法。

熱源形式為：電阻熱、高頻熱、摩擦熱等。

力的形式為：靜壓力、沖擊力（鍛壓力）和爆炸力等。

壓力焊為：冷壓焊、擴散焊和熱壓焊

壓力焊動畫模擬2/3/202314.5.1電阻焊1．電阻焊的原理及過程電阻焊是利用電阻熱為熱源，并在壓力下通過塑性變形和再結晶而實現焊接的。

（1）熱源

電阻熱：Q=I×IRt,其中電流和時間是外因，而電阻是內因。焊接區(qū)的總電阻為：R=Rc+2Rew+2Rw。其中Rc為焊件接觸電阻，Rew為電極與焊件間的接觸電阻，Rw為焊件電阻。2/3/2023影響接觸電阻的因素：

工件表面狀態(tài)表面愈粗糙、氧化愈嚴重、接觸電阻愈大。

電極壓力壓力愈高、接觸電阻愈小。

焊前預熱焊前預熱將會使接觸電阻大大下降。（2）力靜壓力用來調整電阻大小，改善加熱。產生塑性變形或在壓力下結晶。沖擊力（鍛壓力）用來細化晶粒，焊合缺陷等。2/3/2023電阻點焊熔核形成過程（3）電阻焊過程預壓、通電加熱、在壓力下冷卻結晶或塑性變形和再結晶。2/3/20232．電阻點焊電阻點焊是用圓柱電極壓緊工件，通電、保壓獲得焊點的電阻焊方法。點焊主要用于汽車、飛機等薄板結構的大批量生產。2/3/2023點焊時的熔核偏移在焊接不同厚度或不同材料時，因薄板或導熱性好的材料，吸熱少，而散熱快，導致熔核偏向厚板或導熱差的材料的現象稱為熔核偏移。防止熔核偏移的措施采用特殊電極和工藝墊片的措施。點焊工藝參數點焊的工藝參數為電流、壓力和時間。大電流，短時間稱為強規(guī)范。小電流，長時間稱為弱規(guī)范。2/3/20233．電阻縫焊

縫焊是連續(xù)的點焊過程，它是用連續(xù)轉動的盤狀電極代替了柱狀電極，焊后獲得相互重疊的連續(xù)焊縫?？p焊分流嚴重，通常采用強規(guī)范焊接，焊接電流比點焊大1.5～2倍?？p焊主要用于低壓容器，如汽車、摩托車的油箱、氣體靜化器等的焊接。2/3/20234．對焊（1）電阻對焊

先將工件夾緊并加壓，然后通電使接觸面溫度達到塑性溫度(950～1000℃)。在壓力下塑變和再結晶形成固態(tài)焊接接頭。電阻對焊要求對接處焊前嚴格清理，所焊截面積較小，一般用于鋼筋的對接焊。2/3/2023（2）閃光對焊先通電，后接觸，因個別點接觸，個別點通過的電流密度很高，可使其瞬間熔化或汽化，形成液態(tài)過梁。電磁收縮力和電磁引力及斥力而使過梁爆破飛出，形成閃光。閃光一方面排除了氧化物和雜質，另一方面使對口處的溫度迅速升高。閃光對焊主要用于鋼軌、錨鏈、管子等的焊接，也可用于異種金屬的焊接。因接頭中無過熱區(qū)和鑄態(tài)組織，所以性能高。2/3/202314.5.2摩擦焊1.摩擦焊的工藝過程原理

摩擦焊是利用焊件接觸面相對旋轉運動中相互摩擦所產生的熱，使端部達到塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種壓焊方法。接頭的焊接質量好、穩(wěn)定，其廢品率是閃光對焊的1%左右。適于焊接異種鋼和異種金屬，如碳素結構鋼-高速鋼、銅-不銹鋼、鋁-銅、鋁-鋼等。2.摩擦焊具有以下優(yōu)點：2/3/2023焊件尺寸精度高，可以實現直接裝配焊接。焊接生產率高，是閃光焊的4～5倍。三相負載均衡，節(jié)能，改善了三相供電電網的供電條件。與閃光對焊比較，節(jié)省電能80%～90%左右。由于摩擦焊金屬焊接變形小，接頭焊前不需特殊清理，接頭上的飛邊有時可以不必去除，焊接不需要填充材料和保護氣體，加工成本顯著降低。摩擦焊機容易實現機械化，自動化；操作技術簡單，容易掌握。摩擦焊的工作場地衛(wèi)生，沒有火花，弧光；沒有有害氣體，有利于環(huán)境保護，適于設置在自動生產線上。2/3/202314.6釬焊釬焊、封接與粘接工藝是一種物理和化學連接。它是在低于構件熔點的溫度下，采用填縫材料，在液態(tài)下充填縫隙，通過毛細作用及表面化學反應，待填縫材料結晶或固化后，將兩個分離的表面連接形成不可拆接頭。2/3/202314.6.1釬焊

釬焊:是利用熔點比焊件低的釬料作填充金屬，適當加熱后，釬料熔化而將處于固態(tài)的焊件連接起來的一種焊接方法。2/3/2023銅管軟、硬釬焊1．硬釬焊

釬料熔點在450℃以上，接頭強度較高，都在200MPa以上，屬于這類的釬料有銅基、銀基和鎳基等。2．軟釬焊釬料熔點為450℃以下，接頭強度較低，一般不超過70MPa，所以只用于釬焊受力不大、工作溫度較低的工件。常用的釬料是錫鉛合金，所以通稱錫焊。2/3/2023釬焊過程中，一般都需要使用釬劑。釬劑的作用是：清除被焊金屬表面的氧化膜及其它雜質，改善釬料流入間隙的性能（即潤濕性），保護釬料及焊件不被氧化，因此釬劑對釬焊質量影響很大。

軟釬焊時，常用的釬劑為松香或氯化鋅溶液。

硬釬焊時，釬劑種類較多，主要由硼砂、硼酸、氟化物、氯化物等組成，應根據釬料種類選擇應用。硬釬焊過程軟釬焊過程2/3/20