各焊接方法比较

3、各焊接方法比较

埋弧焊

埋弧焊原理：在焊剂层下，电弧在熔化的电极与工件之间之间燃烧，电弧热使焊丝、焊剂、母材熔化以致部分蒸发，在电弧区形成蒸气空腔，电弧在空腔内稳定燃烧，底部是金属熔池，顶部是熔渣，随着电弧向前移动，电弧力将液态金属推向后方并逐渐冷却凝固成焊缝，熔渣凝固成渣壳覆盖在焊缝表面。

图1 ：埋弧焊原理图

埋弧焊形成过程：连续送进的焊丝在可熔化的颗粒状焊剂覆盖下引燃电弧，靠近电弧区的焊剂在电弧热的作用下被熔化，这样，颗粒状焊剂、熔化的焊剂把电弧和熔池金属严密的包围住，使之与外界空气隔绝。焊丝不断地送进到电弧区，并沿着焊接方向移动。电弧也随之移动，继续熔化焊件与焊剂，形成大量液态金属与液态焊剂。待冷却后，便形成了焊缝与焊渣。

埋弧焊优缺点：优点:1）熔敷速度高，生产效率高；2）焊接质量好，容易实现机械化、自动化；3）无辐射和噪音，是一种安全、绿色的焊接方法。缺点:1）受焊接位置限制，常用于平焊和平角焊位置的焊接，不适合焊小、薄件；2）不便观察，需要焊缝自动跟踪装置，对装配精度要求高；3）设备一次性投资大。

埋弧焊焊剂的作用：1）稳弧作用：碱金属氧化物，改善电弧导电性；2）保护作用：焊剂蒸发气及熔渣，保护了电弧和熔池，免受焊缝金属的氧化、氮化以及合金元素的蒸发；3）化学冶金作用：去除有害杂质(脱氧)和渗合金，满足化学成分和性能的要求。对焊剂的要求：1）保证电弧稳定燃烧；2）适合熔点、适当的粘度、良好的脱渣性；3）S、P含量低，对油污、铁锈以及其他杂质的敏感性小；4）吸湿性小，合适的粒度和强度，可重复使用焊接前先把焊剂铺撒在焊缝上，大约40～60毫米厚, 焊接时，焊丝与焊件之间的电弧，完全淹埋在40～60毫米厚的焊剂层下燃烧。靠近电弧区的焊剂在电弧热的作用下被熔化，这样，颗粒状焊剂、熔化的焊剂把电弧和熔池金属严密的包围住，使之与外界空气隔绝。

埋弧焊在焊接过程中还需要注意一些问题：1）焊缝必须是直的；2）焊缝必须干净，事先用砂轮打磨；3）焊丝的位置非常重要；4）焊剂应该覆盖整个电弧；5）焊剂应该干燥埋弧焊最主要的焊接规范是焊接电流、焊接电压和焊接速度，其次是焊丝直径、焊丝伸出长度、焊剂和焊丝类型、焊剂粒度和焊剂层厚度等。

埋弧焊的焊接设备：1）焊接电源：接在导电嘴和工作之间用来产生电弧；2）焊丝：由

焊丝直经送丝机构和导出嘴送入焊接区；3）颗粒状焊剂：由焊剂漏斗经软管均匀地堆敷到焊接接口区；4）焊丝及送丝机构、焊剂漏斗和焊接控制盘等：通常装在一台小车上，以实现焊接电弧的移动。

埋弧焊电源可以用交流(弧焊变压器)、直流(弧焊发电机或弧焊整流器)或交直流并用。一般直流电源用于小电流范围、快速引弧、短焊缝、高速焊接；交流电源多用于大电流埋弧焊和采用直流时磁偏吹严重的场合。

埋弧焊分类：1）按电源种类：直流和交流；2）按电极数目：单丝和多丝；3）按电极形状：丝极和带极；4）按送丝方法：等速送丝和变速送丝；5）按行走方式：小车式、龙门式、悬臂式；6）按自动化程度：半自动、机械化、自动；7）按用途：通用型和专用型。

CO2气体保护焊

CO2气体保护焊原理：利用CO2气体在熔化极电弧焊中对电弧及熔池进行保护的焊接方法称作“CO2气体保护电弧焊”，简称“CO2焊”。

图2：CO2气体保护焊原理图

CO2焊有如下两点特征：1）采用与母材相近材质的焊丝作为电极。焊丝为电弧的一极，焊丝熔化后形成熔滴过渡到熔池中，与母材熔化金属共同形成焊缝；2）为防止外界空气混入到电弧、熔池所组成的焊接区，采用了CO2气体进行保护

CO2焊优缺点：优点：1）焊接效率高，焊接生产效率是MMA的1-5倍；2）焊接成本低，仅为MMA或SAW的40%-50%；3）适用范围广，对任何位置、角度、长度及复杂曲面的焊缝都可进行焊接，不受结构条件制约；4）不易产生冷裂纹，是一种低氢型或超低氢型焊接方法；5）焊后不需清渣，明弧焊接便于监视，有利于机械化操作；缺点：1）不能用于非铁金属的焊接；2）过渡不如MIG焊稳定，飞溅量大、烟尘大；3）设备复杂，包括弧焊电源、控制箱、供气系统等，较手工电弧焊的设备复杂。

CO2焊焊接电弧特点：与Ar保护不同，由于CO2气体对电弧的强冷作用致使电弧和斑点收缩，在斑点处产生大量的金属蒸汽，对熔滴产生排斥作用，加之电磁力作用和带电质点的撞击力就决定了焊丝端熔滴的受力特点。

为满足工艺要求，焊接设备应具有如下功能：1）能给定焊接工艺参数，并能在要求的范围内连续调节。即焊接设备所输出的电流、电压的范围应能覆盖焊接工艺所要求的参数范围；2）能保证主要焊接工艺参数稳定。也就是当系统受到外界干扰时，能在不影响焊接质量的条件下，迅速恢复到给定的工艺参数；3）能保证焊接过程按照规定程序动作。例如：预送气、引弧、焊接、收弧和滞后停气等焊接时序；4）能提供所需的稳定的CO2气体流量；5）如果需要时，应能提供冷却水和遥控装置；6）对于短路过渡焊接法还要求具有良好的动

特性。

CO2焊焊接设备组成：1)焊枪/焊炬；2)送丝系统；3)冷却系统；4)保护气体回路； 5)焊丝；6)焊接电源；7)其它。焊接电源一般为直流平外特性或缓降外特性，只有在粗丝CO2焊时选用陡降外特性。

CO2焊主要焊接参数有：1）电弧电压；2）送丝速度；3）焊丝干伸长；4）焊接速度。电弧电压的影响：当电流不变时，电弧电压增大时焊道成型宽而平坦，电弧电压降低时，焊道变成窄而深。焊接电流、送丝速度的影响：当其它参数稳定时，焊接电流和送丝速度成线性关系。当其它参数恒定不变时，送丝速度加快将导致焊缝熔深和金属熔敷率的增加。焊丝干伸长度的影响：其它参数不变时，焊丝干伸长增加，干伸区压降增加，焊接电流减小，熔深也较小。焊接位置的影响：不同焊接位置焊接时，应考虑不同熔滴过渡形式的特点，以及熔池形成和凝固的特点。

CO2焊常见的焊接缺陷有：

1、焊缝层间缺陷

其产生原因有：1）坡口角度过小；2）钝变过大；3）错边过大；4）前一焊道凸起过大。

2、气孔

其产生原因有：1）由于焊枪问题；2）由于焊枪操作问题；3）空气；4）电弧偏吹；5）电弧过长；6）非金属夹杂物；7）焊丝和保护气体配合；8）工件表面的油、锈等；9）激光切割后的氮化物；10）气体排出时间不够。

3、几何形状缺陷

焊接操作失误或焊接参数调节不当可能造成焊缝表面缺陷。

CO2焊焊接工艺规范措施有：

●正确选择焊接电流，配合合适的电压，尽可能避免排斥过渡形式。

●焊枪倾角不超过20，焊枪垂直时飞溅最小。

●限制焊枪干伸长

●送丝速度均匀

●电源直流反接时飞溅小

氩弧焊

氩弧焊原理：利用氩气作保护气体的电弧焊方法，即在电弧焊的周围通上氩弧保护性气体,将空气隔离在焊区之外，防止焊区的氧化。

氩弧焊按照电极的不同分为熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊两种。

1、非熔化极氩弧焊

非熔化极氩弧焊是电弧在非熔化极(通常是钨极)和工件之间燃烧，在焊接电弧周围流过一种不和金属起化学反应的惰性气体(常常用氩气)，形成一个保护气罩，使钨极端头，电弧和熔池及已处于高温的金属不与空气接触，能防止氧化和吸收有害气体。从而形成致密的焊接接头，其力学性能非常好。在焊接过程中根据实际需要，可以填丝也可不填丝。

非熔化极氩弧焊焊接特点：

●电极采用难熔的钨或钨合金，保护气体为氩气或氦气

●实现高品质的焊接，得到性能优良的焊缝

●适焊材料广，可焊接化学性质活泼的金属及合金

●适焊位置灵活，在空间任何位置都可以进行焊接

●热输入调节方便

非熔化极氩弧焊工艺特点：

●允许电流低，生产效率低

●Ar气保护，相对成本高

●主要用于精密焊接、多层焊的打底焊

●最适合焊接薄板

●手工焊接对焊工技能要求高

焊接设备组成:1)焊接电源; 2)焊枪; 3)保护气体回路; 4)冷却系统; 5)其它附件

钨极氩弧焊的应用

电源极性：

●直流正接时，钨极发射大量电子，钨极烧损小、焊缝熔深大，常用来焊接碳钢、不锈钢、

钛合金、高温合金、稀有金属

●直流反接时，工件发射大量电子，形成的熔深小、钨极烧损大，但具有清理工件表面氧

化膜的作用

●交流时，充分利用上述两者优点，特别适合焊接有色金属

2、熔化极氩弧焊

焊丝通过丝轮送进，导电嘴导电，在母材与焊丝之间产生电弧，使焊丝和母材熔化，并用惰性气体氩气保护电弧和熔融金属来进行焊接的。

它和钨极氩弧焊的区别：一个是焊丝作电极，并被不断熔化填入熔池，冷凝后形成焊缝；另一个是保护气体，随着熔化极氩弧焊的技术应用，保护气体已由单一的氩气发展出多种混合气体的广泛应用，如Ar80％＋CO220％的富氩保护气。通常前者称为MIG，后者称为MAG。

熔化极氩弧焊的特点：

●几乎可以焊接所有金属，尤其可以铝合金、铜合金、钛合金和不锈钢

●与TIG焊相比，电流密度大，焊丝熔化速度快，熔敷率高，熔深大和焊接变形小。

●与CO2焊相比，熔滴过渡平稳，几乎不产生飞溅，熔透大

●惰性气体本质上不与熔化金属产生冶金反应，焊丝不要加入特殊的脱氧剂，使用与母材

同等成分的焊丝即可。

不足之处：

●与CO2焊相比，焊接成本高，焊接生产率低

●焊接准备工作要求严格，需要对焊接材料和焊接区进行清理

●厚板焊接中的封底焊焊缝成形不如TIG焊质量好

垂直气电焊

垂直气电立焊是由普通熔化极气体保护焊和电渣焊发展而形成的一种气-渣联合保护焊方法。它利用类似于电渣焊所采用的水冷滑块挡住熔融的金属，使之强迫成形，以实现立向

位置的焊接。与窄间隙焊的主要区别在于焊缝一次成形，而不是多道多层焊；与电渣焊的主要区别在于熔化金属的热量是电弧热而不是熔渣的电阻热。垂直自动焊焊接工艺是目前船厂船台(坞)大合拢阶段不可缺少的高效焊工艺方法之一。

垂直气电立焊的特点：

●生产效率高，是手工焊的10倍以上

●工艺过程稳定，焊缝质量优良

●设备较复杂

●焊前准备工作要求高

激光焊

激光焊：Laser Welding，采用高能量密度的激光束作为热源进行焊接，使用Ar或He进行保护，可分为热导焊和深熔焊两种模式。

激光焊接优点点：1）能量密度高、焊接变形小、热影响区小；2）焊接过程中，不需要填充材料；3）激光深熔焊接具有“自净化”效应，焊缝纯净；4）能量可精确控制，对材料、结构具有较高的适应性；5）光束很容易传输到任何位置，自动化很容易实现；6）不需要真空环境、不存在X-射线污染；7）深熔焊接的焊缝深宽比可达12:1；8）焊接时，要求装配精度高；大功率焊接时，等离子体密度高，对激光能量的损耗大。

激光焊接缺点：1）成本高，对工件装配要求严格；2）易产生元素烧损、气孔、咬边缺陷；3）高反射率金属（铝、铜）焊接困难；4）能量利用率低

激光焊接的主要影响因素：1）能量和能量密度；2）焊接速度；3）焦距；4）能量输出波形；5）焊接角度；6）脉冲；7）保护气体；8）工件的准备与装卡；9）焊接飞溅；10）等离子体的抑制。

激光焊的发展和应用：据报道，矫正形变所需要的工时使得钢装配的总工时成本增加30%。而在船体结构采用激光焊接，可以在很大程度上减少焊接变形。激光-电弧复合热源焊接技术是目前的研究热点之一。

4、总结

相比之下，各种焊接方式都有其各自的优点，比如手工焊方便，但效率低；二氧化碳气体保护焊效率高，并且节约能源，但它对焊接准备及设备维护的要求较高；氩弧焊焊接精度高，但对工人技能要求高等。因此，现代船厂常将多种焊接方式综合使用，效果会更好一些。

如沪东厂的LNG因镍铜管道较多，对焊接要求高一些，就使用氩弧焊较多；在船底等处，则多采用二氧化碳保护焊等；手工焊因使用方便，在装配时的各个环节几乎都有应用。

5、参考文献

1、赵洪江.船舶焊接（书）.人民交通出版社.2011

2、梁桂芳.日本造船焊接近况和某些新发展.造船技术.1995

3、陈家本.船舶焊接技术与展望.电焊机.2004

4、陈家本; 郑惠锦; 朱若凡; 顾长石.中国船舶焊接技术进展.电焊机.2007