焊接工艺方法及操作规程

•焊接成形过程特性和理论基础•(1)焊接方法的分类及其特点•熔化焊接由于加热方式及熔炼方式的区别，可以有以下几种主要类形：•1)气焊气体混合物燃烧形成高温火焰，用火焰来熔化焊件接头及焊条。

最常用的气体是氧与乙炔的混合物，调整氧与乙炔的比值，可以获得氧化性、中性及还原性火焰。

这种方法所用的设备较为简单，而加热区宽，但焊接后焊件的变形大，并且操作费用较高，因而逐渐为电弧焊代替。

•2)电弧焊这是应用最广泛的焊接方法。

电弧焊的主要特征为：形成稳定的电弧，填充材料的供应以及对熔化金属的保护和屏蔽。

通常，电弧可通过两种方法产生。

第一种：电弧发生在一个可消耗的金属电焊条和金属材料之间，焊条在焊接过程中逐渐熔化，由此提供必须的填充材料而将结合部填满。

第二种：电弧发生在工件材料和一个非消耗性的钨极之间，钨极的熔点应比电弧温度要高，所必须的填充材料则必须另行提供。

•3)电渣焊它是利用电流通过熔渣所产生的电阻热来熔化金属。

这种热源范围较电弧大，每一根焊丝可以单独成一个回路，增加焊丝数目，可以一次焊接很厚的焊件。

•4)真空电子束焊接这是一种特种焊接方法，用来焊接尖端技术方面的高熔点及活泼金属的小零件。

它的特点是将焊件放在高真空容器内，容器内装有电子枪，利用高速电子束打击焊件将焊件熔化而进行焊接。

这种方法可以获得高品质的焊件。

•5)激光焊这也是一种特种焊接方法。

它是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的方法。

•压力焊由于加热方式的不同，可以有以下几种主要类形：•焊接•1)电阻焊这是利用电阻加热的方法，最常用的有点焊、缝焊及电阻对焊三种。

前两者是将焊件加热到局部熔化状态并同时加压；电阻对焊是将焊件局部加热到高塑性状态或表面熔化状态，然后施加压力。

电阻焊的特点是机械化及自动化程度高，故生产率高，但需强大的电流。

•2)摩擦焊利用摩擦热使接触面加热到高塑性状态，然后施加压力的焊接，由于摩擦时能够去除焊接面上的氧化物，并且热量集中在焊接表面，因而特别适用于导热性好及易氧化的有色金属的焊接。

•3)冷压焊这种方法的特点是不加热，只靠强大的压力来焊接，适用于熔点较低的母材，例如铅导线、铝导线、铜导线的焊接。

•4)超声波焊接也是一种冷压焊，借助于超声波的机械振荡作用，可以降低所需用的压力，目前只适用于点焊有色金属及其合金的薄板。

•5)扩散焊扩散焊是焊件紧密贴合，在真空或保护气氛中，在一定温度和压力下保持一段时间，使接触面之间的原子相互扩散而完成焊接的焊接方法。

扩散焊主要用于焊接熔化焊、钎焊难以满足技术要求的小形、精密、复杂的焊件。

•压力焊接时，压力使接触面的凸出部分发生塑性变形，减小凸出部分的高度，增加真实的接触面积。

温度使塑性变形部分发生再结晶，并加速原子的扩散；此外，表面张力也可以促使接触面上空腔体积的缩小。

这种加热的压力焊接过程与粉末冶金中的热压烧结过程相似。

•冷压焊时，虽然没有加热，但由于塑性变形的不均匀性，所放出的热局限于真实接触的部分，因而也有加热的效应。

•钎焊是与上述方法完全不同的焊接过程，是不同金属间的合金化过程。

•5．1．2熔化焊接利用热源局部加热的方法，将两工件接合处加热到熔化状态，形成共同的熔池，凝固冷却后，使分离的工件牢固结合起来的焊接称为熔化焊。

熔化焊适合于各种金属材料任何厚度焊件的焊接，且焊接强度高，因而获得广泛应用。

熔化焊包括电弧焊、电渣焊，气焊等。

(1)手工电弧焊1)焊接过程利用电弧作为焊接热源的熔焊方法称为电弧焊。

用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法，称为手工电弧焊。

2)焊条焊条的组成电焊条由金属焊芯和药皮两部分组成。

3)焊条的分类和形(牌)号4)焊条的选用原则焊条的种类很多，选择是否恰当，直接影响焊接结构的品质、生产率和生产成本。

通常应根据焊接结构的化学成分、力学性能、抗裂性、耐腐蚀性以及高温性能等要求，选用相应的焊条种类。

再考虑焊接结构形状、受力情况、工作条件和焊接设备等选用具体的形号与牌号。

一般选择原则是：①根据母材的化学成分和力学性能②根据焊件的工作条件与结构特点③根据焊接设备、施工条件和焊接技术性能5)手工电弧焊的特点手工电弧焊的设备简单，操作灵活，能进行全位置焊接，能焊接不同的接头、不规则焊缝。

但生产效率低，焊接品质不够稳定，对焊工操作技术要求较高，劳动条件差。

手工电弧焊多用于单件小批生产和修复，一般适用于2mm以上各种常用金属的焊接。

(2)埋弧自动焊埋弧自动焊是电弧在颗粒状焊剂层下燃烧的自动电弧焊接方法。

1)焊接过程埋弧自动焊的焊接过程如图5-22所示。

2)焊丝与焊剂埋弧自动焊的焊丝同手工电弧焊焊芯的作用一样，其成分标准也相同。

常用焊丝牌号有H08A、H08MnA和H10Mn2等。

3)埋弧自动焊的特点及应用埋弧自动焊与手工电弧焊相比有以下特点：①生产率高②焊接品质高而且稳定③节省金属材料④劳动条件好(3)气体保护电弧焊气体保护电弧焊是利用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。

在气体保护电弧焊中，用作保护介质的气体有氩气和二氧化碳。

C02虽具有一定氧化性，但其价廉易得，且对不易氧化的低碳钢仍然具有很好的保护作用，所以，它的应用也较普遍。

1）氩弧焊氩弧焊是使用氩气为保护气体的电弧焊。

氩弧焊时，氩气从喷嘴喷出后，便形成密闭而连续的气体保护层，使电弧和熔池与大气隔绝，避免了有害气体的侵入，起到了保护作用。

氩弧焊按所用电极不同，分为熔化极氩弧焊和不熔化极(或钨极)氩弧焊。

目前，氩弧焊主要用于焊接易氧化的非铁金属(如铝、镁、铜、钛及合金)和稀有金属，以及高强度合金钢、不锈钢、耐热钢等。

2)二氧化碳气体保护焊利用二氧化碳气体作为保护气体的电弧焊称为二氧化碳气体保护焊。

它以连续送进的焊丝作为电极，靠焊丝和焊件之间产生的电弧熔化金属与焊丝，以自动或半自动方式进行焊接，如图5-25所示，焊接时焊丝由送丝机构通过软管经导电嘴送进，C02气体以一定流量从环行喷嘴中喷出。

电弧引燃后，焊丝末端、电极及熔池被C02气体所包围，使之与空气隔绝，起到保护作用。

C02气体保护焊广泛应用于造船、汽车制造、工程机械等工业部门，主要用于焊接低碳钢和低合金结构钢构件，也可用于耐磨零件的堆焊，铸钢件的焊补等。

但是，C02焊不适于焊接易氧化的非铁金属及其合金。

(4)电渣焊电渣焊是利用电流通过液态熔渣时所产生的电阻热作为热源的一种熔化焊接的方法。

根据焊接时使用电极的形状，可分为丝极电渣焊、板极电渣焊和熔咀电渣焊等。

1)电渣焊的焊接过程电渣焊总是在垂直立焊位置进行焊接，丝极电渣焊的焊接过程如图5-26所示。

2)电渣焊的特点及应用①生产效率高，成本低②焊接品质好③焊接应力小④热影响区大(5)电子柬焊、激光束焊1)电子束焊电子束焊是利用加速和聚焦的电子束，轰击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。

电子束轰击焊件时99％以上的电子动能会转变为热能，因此，焊件被电子束轰击的部位可加热至很高温度。

电子束焊根据焊件所处环境的真空不同，可分为高真空电子束焊、低真空电子束焊和非真空电子束焊。

图5-2 7为真空电子束焊接示意图。

2)激光束焊激光束焊接是以聚集的激光束作为能源的特种熔化焊接方法。

激光焊接如图5-28所示。

焊接用激光器有固态和气态两种，常用的激光材料为红宝石、玻璃和二氧化碳。

激光焊接的特点①由于激光焊热量集中，作用时间极短，因此，能量密度大，热影响区小，焊接变形小，焊件尺寸精度高。

可以在大气中焊接，不需要采取保护措施。

②激光束通过光学系统反射和聚集，可以达到其他焊接方法很难焊接的部位进行焊接，还可以通过透明材料壁对结构内部进行焊接，例如对真空管的电极连接和显像管内部接线的连接。

③激光焊可用于绝缘材料、异种金属、金属与非金属的焊接。

(6)气焊气焊是利用可燃气体乙炔(C2H2)和氧气混合燃烧时所产生的高温火焰作为热源的熔化焊接方法。

5．1．3压焊(1)电阻焊电阻焊又称接触焊，它是利用电流通过焊接接头的接触面时产生的电阻热将焊件局部加热到熔化或塑性状态，在压力下，形成焊接接头的压焊方法。

电阻焊按接头形式的不同，可分为点焊、缝焊、对焊三种。

1)点焊点焊是利用柱状铜合金电极，在两块搭接焊件接触面之间形成焊点，而将工件连接在一起的焊接方法。

2)缝焊缝焊的焊接过程与点焊相似，只是用转动的圆盘状电极取代点焊时所用的柱状电极，焊接时，圆盘状电极压紧焊件并转动，依靠摩擦力带动焊件向前移动，配合断续通电，形成许多连续并彼此重叠的焊点，焊点相互重叠约50％以上。

3)对焊对焊是把焊件装配成对接的接头，使其端面紧密接触，利用电阻热加热至塑性状态，然后迅速施加顶锻力完成焊接的方法。

根据焊接过程不同，又可分为电阻对焊和闪光对焊。

(2)摩擦焊摩擦焊是利用工件接触面摩擦产生的热量为热源，将工件端面加热到塑性状态，然后在压力下使金属连接在一起的焊接方法。

1)摩擦焊焊接过程。

2)摩擦焊的特点及应用①焊接接头品质好且稳定②焊接生产率高③可焊材料种类广泛④焊机设备简单，功率小，电能消耗少。

5．1．4钎焊钎焊是利用熔点比焊件金属低的钎料作填充金属，适当加热后，钎料熔化将处于固态的焊件粘接起来的一种焊接方法。

(1)钎焊过程钎焊过程是将表面清洗好的焊件以搭配形式装配在一起，把钎料放在装配间隙内或间隙附近，然后加热，使钎料熔化(焊件未熔化)并借助毛细管作用被吸人和充满固态焊件的间隙之内，被焊金属和钎料在间隙内进行相互扩散，凝固后，即形成钎焊接头。

(2)钎焊的分类根据钎料熔点的不同，钎焊可分为硬钎焊和软钎焊两大类(3)钎焊的特点及应用与一般焊接方法相比，钎焊只需填充金属熔化，因此焊件加热温度较低，焊件的应力和变形较小，对材料的组织和性能影响较小，易于保证焊件尺寸。

钎焊还可以连接不同的金属，或金属与非金属的焊件，设备简单。

钎焊的主要缺点是接头强度较低，钎焊接头工作温度不高，钎焊前对焊件的清洗和装配工作都要求较严。

此外，钎料价格高，因此钎焊的成本较高。

5．1．5常用金属材料的焊接(1)碳钢的焊接①低碳钢的焊接低碳钢中碳质量分数小于0．25％，塑性好，一般没有淬硬倾向，对焊接热过程不敏感，焊接性良好。

通常情况下，焊接不需要采取特殊技术措施，选用各种焊接方法都容易获得优质焊接接头。

但是，在低温下焊接刚性较大的低碳钢结构时，应考虑采取焊前预热，以防止裂纹的产生。

厚度大于50mm的低碳钢结构或压力容器等重要构件，焊后要进行去应力退火处理。

电渣焊的焊件，焊后要进行正火处理。

②中、高碳钢的焊接中碳钢中碳的质量分数20c：0．25％—0．6％，因此，碳当量偏高，随着碳的质量分数增加，焊接性能逐渐变差。

焊接中碳钢时的主要问题是：①焊缝易形成气孔；②缝焊及焊接热影响区易产生碎硬组织和裂纹。

(2)普通低合金钢的焊接普通低合金钢在焊接生产中应用较为广泛，它按屈服强度分为六个强度等级。