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典型的焊接過程包括:
→弧焊(氬弧焊、手工弧焊、弧焊、鎢極氣體保護(hù)弧焊、等離子弧焊、氣體保護(hù)焊)
→電阻焊
→高能束焊接(電子束焊接、激光焊接)
→焊接
→能量電阻:電渣焊、高頻焊、
→化學(xué)能是焊接能:氣焊、氣焊、爆炸焊、
→機械能是焊接能量:摩擦焊、冷壓焊、超聲波焊、真空擴散焊
1.弧焊
弧焊是目前應(yīng)用最廣泛的焊接方法,包括手工弧焊、弧焊、鎢極氣體保護(hù)弧焊、等離子弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊等,弧焊的大部分是以電極與工件之間燃燒的電弧為熱源。
(1)手工電弧焊
手工電弧焊是各種電弧焊方法中發(fā)展最快、目前應(yīng)用最廣泛的一種焊接方法,它以外部涂有涂料的焊縫為電極作為填充金屬,電弧在焊縫末端和焊接工件表面之間燃燒。
涂料可以生成氣體,防止電弧受熱。熔融爐渣可以覆蓋熔融金屬表面,以防止熔融金屬與周圍氣體的相互作用。熔渣的更重要作用是與熔融金屬發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)或添加合金元素,以改善焊接金屬的性能。手工電弧焊設(shè)備簡單、輕便、操作靈活全部。
可用于貼片和組裝的短縫焊接,特別是難以到達(dá)的部位的焊接。適用于手工電弧焊的焊縫可適用于大多數(shù)工業(yè)碳鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅、鋁、鎳和合金。
(2)弧焊
弧焊將連續(xù)送絲時的焊絲作為電極填充金屬。焊接時,在焊接區(qū)域的上方覆蓋粒狀焊劑,電弧在焊劑層下方燃燒,將焊絲末端和局部母材熔化形成焊縫。
電弧熱爐上部焊劑熔化爐渣,與液態(tài)金屬發(fā)生冶金反應(yīng)。爐渣懸浮在金屬焊接罐表面,可以保護(hù)焊接金屬,防止空氣污染,與熔融金屬發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng),改善焊接金屬的成分和性能,同時緩慢沉淀焊接金屬??梢允褂么蟮暮附与娏?。
與手工電弧焊相比,最大的優(yōu)點是焊接質(zhì)量好,焊接速度快。因此,特別適合焊接大型工件的直縫的環(huán)縫,而且多采用機械化焊接?;『赣刑间摗⒌秃辖鸾Y(jié)構(gòu)鋼、廣泛用于不銹鋼焊接。由于爐渣可以降低接頭的冷卻速度,一些高強度結(jié)構(gòu)鋼、高碳鋼等也可以采用弧焊。
(3)鎢極氣體保護(hù)弧焊
利用鎢極和工件之間的電弧熔化金屬形成焊接的不溶極氣體保護(hù)弧焊。在焊接過程中,鎢極不熔化,只起電極的作用。同時,火炬噴嘴提供氬氣或氦氣進(jìn)行保護(hù)。
也可以根據(jù)需要添加金屬。國際上俗稱TIG焊接。鎢極氣體保護(hù)弧焊可以很好地控制熱輸入,是連接薄板金屬和底層焊接的優(yōu)秀方法。這種方法幾乎可以用于連接所有金屬,特別是形成難以熔融的氧化物。適用于鋁、鎂、鈦、鋯等活性金屬的焊接,該焊接方法焊接質(zhì)量高,但焊接速度慢于其他弧焊。
(4)等離子弧焊
等離子弧焊也是一種不熔化極弧焊,它是利用電極和工件之間的壓縮電弧(稱為傳輸電?。﹣韺崿F(xiàn)焊接的裝置。使用的電極一般是鎢極。生成等離子弧的等離子氣體是氬氣、氮氣、氮氣。可以使用氦氣或兩者的混合氣體。
同時通過噴嘴被惰性氣體保護(hù),焊接時可以不添加填充金屬或填充金屬,等離子弧焊接時電弧筆直,能量密度高,電弧穿透能力強,等離子弧焊接時產(chǎn)生的空隙效應(yīng)即使沒有坡口,也會在一定厚度范圍內(nèi)產(chǎn)生??梢耘c內(nèi)大部分金屬對接,保證熔化和焊接的均勻一致。
因此等離子弧焊接生產(chǎn)效率高,焊接質(zhì)量好,但包括噴嘴在內(nèi)的等離子弧焊接設(shè)備比較復(fù)雜,焊接工藝參數(shù)控制要求較高,可進(jìn)行鎢極氣體保護(hù)弧焊接的金屬大部分可以采用等離子弧焊接,相比之下,1mm以下的極薄金屬的焊接可以通過等離子弧焊輕松進(jìn)行。
(5)熔化極氣體保護(hù)弧焊
這種焊接方法將連續(xù)進(jìn)入的焊絲和工件之間燃燒的電弧作為熱源,使用從焊縫噴嘴噴出的氣體保護(hù)電弧進(jìn)行焊接。通常,用于熔化極氣體保護(hù)弧焊的保護(hù)氣體是氬氣、氦氣、CO2氣體或這些氣體的混合氣體。
如果使用氬氣或氦氣作為保護(hù)氣體,則熔融極惰性氣體保護(hù)弧焊(國際上稱為MIG焊接);如果將惰性氣體和氧化氣體(O2、CO2)的混合氣體用作保護(hù)氣體,或者將CO2氣體或CO2+O2混合氣體用作保護(hù)氣體,則稱為熔融極活性氣體保護(hù)弧焊(國際上稱為MAG焊)。
熔化極氣體保護(hù)弧焊的主要優(yōu)點是可以方便地進(jìn)行各種位置的焊接,具有焊接速度快、焊接率高等優(yōu)點。熔化極活性氣體保護(hù)弧焊可應(yīng)用于包括碳鋼、合金鋼在內(nèi)的大部分主要金屬。熔化極惰性氣體保護(hù)焊可用于不銹鋼、鋁、適用于鎂、銅、鈦、鋯、鎳合金。也可以通過這種焊接方法進(jìn)行電弧點焊。
(6)管道焊絲弧焊
管道焊絲弧焊也將連續(xù)進(jìn)入的焊絲和工件之間燃燒的電弧作為熱源進(jìn)行焊接,被認(rèn)為是一種熔融極氣體保護(hù)焊。使用的焊絲是管狀焊絲,管道內(nèi)含有各種成分的焊劑。
焊接時主要添加CO保護(hù)氣體,焊劑起到熱解或熔融保護(hù)焊紙、穩(wěn)定滲透合金及電弧等作用,管狀焊絲弧焊除了上述熔化極氣體保護(hù)弧焊的優(yōu)點外,在管內(nèi)焊劑的作用下,冶金也有優(yōu)點?;『缚蛇m用于大多數(shù)黑色金屬的各種接頭焊接。管狀焊絲弧焊在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家得到了廣泛的應(yīng)用。
2.電阻焊
這是一種以電阻熱為能量源的焊接方法,包括以爐渣電阻熱為能量源的爐渣焊接和以固體電阻熱為能量源的電阻焊接。電渣焊接有更獨特的特點,稍后介紹。本文主要介紹幾種以固體電阻熱為能量源的電阻焊,主要有點焊、縫焊、凸焊及對向焊等。
在進(jìn)行該電阻焊接時,被焊接部件的表面線對于得到穩(wěn)定的焊接品質(zhì)是重要的。因此,在焊接前必須清洗電極和工件以及工件和工件的接觸面。點焊、縫焊、凸焊焊接電流(單相)大(數(shù)千?數(shù)萬安培),通電時間短(數(shù)周?數(shù)秒),設(shè)備昂貴復(fù)雜,生產(chǎn)效率高,適合批量生產(chǎn),主要用于焊接厚度小于3mm的薄板模塊,用于各種鋼材、鋁、用于鎂等有色金屬及其合金、不銹鋼等。
3.高能束焊接
該焊接方法包括電子束焊接和激光焊接。
(1)電子束焊接
電子束焊接是利用集中的高速電子束撞擊工件表面時產(chǎn)生的熱能進(jìn)行焊接的方法。電子束焊接時,電子槍產(chǎn)生并加速電子束。一般的電子束焊接有高真空電子束焊接、低真空電子束焊接、非真空電子束焊接。
前兩種方法均在真空腔內(nèi)進(jìn)行,焊接準(zhǔn)備時間(主要是抽真空時間)長,工件尺寸受限于真空腔體尺寸,電子束焊接與電弧焊接相比,主要特點是焊道熔深大,熔寬小,焊縫金屬純度高。
可用于薄型材料的精密焊接或厚度(最大300mm)構(gòu)件的焊接。所有能用其他焊接方法焊接的金屬和合金都可以用電子束焊接。主要用于高質(zhì)量要求產(chǎn)品的焊接,也可解決異種金屬、易氧化金屬、難溶解金屬的焊接,但不適合大量產(chǎn)品。
(2)激光焊接
激光焊接是將使用高功率相干單色光子流聚焦的激光束焊接在熱源上的焊接。該焊接方法通常有連續(xù)功率激光焊接和脈沖功率激光焊接。激光焊接的優(yōu)點是無需在真空中進(jìn)行,其缺點是穿透力不如電子束焊接強,激光焊接時可以進(jìn)行精確的能量控制,從而實現(xiàn)精密微器件的焊接,它可以實現(xiàn)多種金屬、特別是可以解決一些難焊金屬和異種金屬的焊接。
4.焊接
焊接的能量源可以是化學(xué)反應(yīng)熱,也可以是間接熱,將熔點低于焊接材料熔點的金屬作為釬料加熱,使釬料熔融,通過毛細(xì)管作用使釬料進(jìn)入接頭接觸面的間隙,使焊接金屬表面濕潤,在液相和固相之間擴散,形成釬料接頭。因此,釬焊是固體和液體的焊接方法。
釬焊加熱溫度低,母材不熔化、不加壓,但焊接前應(yīng)采取一定措施去除焊接工件表面的油污、灰塵、氧化膜等。這是提高工件潤濕性、保證接頭質(zhì)量的重要保證。
釬料的液相線濕度高于450℃,低于母材金屬的熔點時稱為硬釬焊,低于450℃時稱為釬焊。根據(jù)熱源和加熱方法的不同,釬焊可分為火焰釬焊、感應(yīng)釬焊、爐中釬焊、浸漬釬焊、電阻釬焊等。
由于釬焊時加熱溫度低,對工件材料性能的影響小,焊接材料的應(yīng)力變形也小,但釬焊頭一般強度低,耐熱能力差,釬焊可焊接碳鋼、不銹鋼、高溫合金、鋁、銅等金屬材料即使焊接異種金屬也可以連接金屬和非金屬。適用于載荷不大或常溫下工作的接頭焊接,特別適用于精密、小型、復(fù)雜的多焊接部件。
5.其他焊接方法
這些焊接方法是不同層次的專業(yè)化焊接方法,適用范圍比較窄,主要有以電阻熱為能量的電渣焊、高頻焊、以化學(xué)能為焊接能的氣焊、氣壓焊、爆炸焊、以機械能為焊接能的摩擦焊、冷壓焊、超聲波焊、有真空擴散焊接。
(1)電渣焊接
如上所述,電渣焊接是以電渣電阻熱為能量源的焊接方法,焊接過程在由垂直焊接位置的兩個工件末端和兩側(cè)的水冷滑塊構(gòu)成的組裝間隙內(nèi)進(jìn)行,利用焊接時由電渣產(chǎn)生的電阻熱使工件末端熔融。根據(jù)焊接中使用的電極形狀,電渣焊接分為線極電渣焊接、板極電渣焊接、噴嘴電渣焊接。
(2)高頻焊接
高頻焊接是以固體電阻熱為能量源,利用焊接時高頻電流在工件內(nèi)產(chǎn)生的電阻熱,對工件焊接區(qū)域的表層進(jìn)行熔融或加熱而接近塑性狀態(tài),然后不施加或施加鍛造力,實現(xiàn)金屬結(jié)合的固體電弧焊接方法。高頻焊接根據(jù)高頻電流的不同,可分為接觸高頻焊接和感應(yīng)高頻焊接。
(3)氣焊
氣體焊接是以氣體火焰為熱源的焊接方法,最常見的是以乙炔氣體為燃料的氧乙炔火焰,設(shè)備簡單,操作方便,但氣體焊接的加熱速度和生產(chǎn)率低,熱影響區(qū)域大,容易引起大變形氣焊有許多可用于有色金屬和合金焊接的黑色金屬。通常適用于修理或單板焊接。
(4)氣體壓接
氣體壓接與氣體壓接相同,氣體壓接也以氣體火焰為熱源。焊接時,將兩個對接工件的末端加熱到一定的溫度,然后施加足夠的壓力,得到牢固的接頭。固體焊接。在氣壓焊接中不添加填充金屬,常用于鋼軌焊接和鋼筋焊接。
(5)爆炸焊接
爆炸焊接也是另一種以化學(xué)反應(yīng)熱為能量源的固相焊接方法,但它利用炸藥爆炸產(chǎn)生的能量實現(xiàn)金屬的結(jié)合,爆炸波允許兩種金屬在不到1秒的時間內(nèi)加速碰撞,形成金屬的結(jié)合。
(6)摩擦焊接
摩擦焊是以機械能為能量源的固相焊接。利用兩個表面之間的機械摩擦產(chǎn)生的熱量實現(xiàn)金屬的連接。摩擦焊的熱集中在結(jié)合面上,熱影響區(qū)窄。需要在兩個表面之間施加壓力,通常在加熱結(jié)束時增加壓力,通過上部鍛造使熱態(tài)金屬結(jié)合,通常結(jié)合面不熔融。摩擦焊接生產(chǎn)率高,原理上能夠進(jìn)行熱鍛的金屬幾乎都可以進(jìn)行摩擦焊接。摩擦焊接也可用于異種金屬的焊接。對最大直徑100mm的圓形工件應(yīng)用截面。
(7)超聲波焊接
超聲波焊接也是一種以機械能為能量源的固體焊接方法。在進(jìn)行超聲波焊接的情況下,焊接部件在低靜壓下,由于陰極的高頻振動而在接合面產(chǎn)生強的裂紋摩擦,能夠加熱到焊接溫度并結(jié)合。超聲波焊接可用于大部分金屬材料之間的焊接??蓪崿F(xiàn)金屬、異種金屬及金屬與非金屬的焊接。適用于電線、箔條或2~3mm以下薄板金屬接頭的重復(fù)生產(chǎn)。
(8)擴散焊接
真空擴散焊接一般是以間接熱能為能量源的固相焊接方法,一般在真空或保護(hù)氣氛下進(jìn)行,焊接時使兩個焊接件表面在高溫和較大壓力下接觸一定時間,保溫達(dá)到原子間的距離,經(jīng)過原子的樸素的互擴散耦合。
焊接前不僅要清洗工件表面的氧化物等雜質(zhì),只要表面粗糙度在一定值以下,就可以保證焊接質(zhì)量,真空擴散焊接對被焊接材料的性能幾乎沒有危害,可以焊接同種金屬、異種金屬、陶瓷等非金屬材料。真空擴散焊可以焊接結(jié)構(gòu)復(fù)雜、厚度大不相同的加工材料。