第三章焊接方法

3）板极电渣焊
应用范围
板极可以是铸造的也 可以是锻造的。板极电渣 焊适于不宜拉成焊丝的合 金钢材料的焊接和堆焊。
目前多用于模具钢的堆焊、轧辊的堆焊等。
电渣焊过程
● 引弧造渣阶段 在电极和起弧槽之间引出电弧，熔化焊剂形成液态渣池，当 渣池达到一定深度后，电弧熄灭，转入电渣过程。
● 正常焊接阶段 当电渣过程稳定后，焊接电流通过渣池产生的热（1600℃～ 2000℃）电极和被焊工件熔化形成熔池，液态金属逐渐凝固 成形焊缝。
家K.H.Steigerwald首次提出用电子束焊接的设想； – 1954年法国J.A.Stohr博士成功焊接了核反应堆燃料
包壳，标志电子束焊接金属获得成功；
– 1957年11月，在法国巴黎召开的国际原子能燃料元 件技术大会上公布了该技术，电子束焊接被确认为 一种新的焊接方法；
– 1958年开始，美国、英国、日本及前苏联开始进行 电子束焊接方面的研究；
d．焊缝纯度高。真空电子束焊的真空度一般为5×10-4Pa， 适合焊接钛及钛合金等活性材料。
e. 焊接工艺参数调节范围广，适应性强。电子束焊接的工 艺参数可独立地在很宽的范围内调节，控制灵活，适应性强， 再现性好，而且电子束焊焊接参数易于实现机械化、自动化 控制，提高了产品质量的稳定性。
而焊缝成型美观、平滑、均匀；
• 缺点： • 熔敷率较低：钨极的承载能力有限、功率密
度受到限制； • 焊接时钨极有少量的熔化蒸发，易造成夹钨，
影响焊缝质量； • 成本高
• 特点
• 热源：电弧； • 焊接材料：焊丝，气体； • 焊丝作为一个电极，正极； • 保护：气体（氩气、富氩混
合气体（CO2 、O2 ））； • 优点：熔敷效率高、焊接生
– 上世纪60年代后，我国开始从事电子束焊接研究；
1.1 电子束焊接的基本特征
1.1.1 电子束焊接的 过程
电子束焊接是一种 高能量密度的熔化焊 方法。它是利用空间 定向高速运动的电子 束，撞击工件后将部 分动能转化为热能， 从而使被焊工件熔化， 形成焊缝。
1－阴极； 2－偏压电极； 3－阳极； 4－聚焦线圈； 5－偏转线圈； 6－工件； 7－电子束； Ub－加速电压；
• 优点 • 因为是埋弧，飞溅与热损失几乎没有； • 合金元素及铁粉可加入到焊剂中以控制
焊缝金属的化学成分； • 可实现自动化，提高熔敷率； • 可通过两丝、五丝进一步提高熔敷率； • 可焊接厚壁板；
• 缺点 • 不能全位置焊接； • 相对较大的热输入会降低焊接质量； • 变形较大；
• 特点 • 热源：电弧； • 焊接材料：药芯焊丝（自
• 优点：简单、便捷、操作灵活 （不同位置、不同接头型式）、 设备便宜；
• 缺点：生产率低、劳动强度大； • 应用：几乎所有的金属材料；
钨极氩弧焊（TIG焊） Tungsten-inert gas welding
• 特点
• 热源：电弧； • 焊接材料：焊丝、气体
（惰性）； • 钨极（加入钍、铈可提高
b．焊缝深宽比(H/B)大。通常电弧焊的深宽比很难超过2，电子 束焊的深度比在50以上。电子束焊比电弧焊可节约大量填充 金属和电能，可实现高深宽比的焊接，深宽比达60：1，可一 次焊透0.1~300mm厚度的不锈钢板。
c. 焊接速度快，焊缝热物理性能好。焊接速度快，能量集 中、熔化和凝固过程快．热影响区小，焊接变形小。对精加 工的工件可用作最后的连接工序，焊后工件仍能保持足够的 精度。能避免晶粒长大，使焊接接头性能改善，高温作用时 间短，合金元素烧损少，焊缝抗蚀性好。
• 压力焊（Pressure Welding） ：利用加压 （或同时加热），使两工件结合面上的原子 相互接近到晶格距离，从而在固态条件下实 现连接的方法。
Arc weldin
g电 弧 焊
熔化极
手工电弧焊（SMAW） 两丝、五丝 埋弧焊（SAW） 熔化极惰性气体保护焊（MIG）
熔化极气体保 熔化极活性气体保护焊（MAG） 护焊（GMAW） 气保护药芯焊丝（FCAW） 气电立焊electro-gas welding
● 引出阶段 将渣池和在停止焊接时产生的缩孔及裂纹的部分金属引出工件。
➢焊接过程如图4-32: 两个工件1的 接头相距25～35mm。固态熔剂 熔化后形成的渣池3具有较大的电 阻，当电流通过时产生大量电阻热， 使渣池温度保持在1,700～ 2,000℃。焊丝2和工件1被渣池加 热熔化而形成金属熔池4。工件待 焊端面两侧各装有冷却铜滑块5， 这样可使液态熔渣及金属熔池不会 外流。冷却水从滑块内部流过，迫 使熔池冷却并凝固成为焊缝6。从 而使立焊缝由下向上顺次形成。
• 特点 • 热源：液体熔渣（1600-
2000ºC）所产生的电阻热； • 焊接材料：丝极、板极、管极；
焊剂； • 保护：液体熔渣； • 引弧槽及焊丝各作为一极；电
弧只在最初作为熔化焊剂形成， 当液体熔渣形成后即熄灭；
电渣焊 Electroslag Welding
1：电子束焊接起源与发展
– 电子束的发现迄今已有100多年的历史； – 电子束焊接技术起源于德国，1948年前西德物理学
2：电渣焊的特点
1) 优点
● 不开坡口，仅留一定间隙一次可焊成大厚度的工件。如单丝 电渣焊（焊丝沿工件厚度方向摆动）一次可焊厚度达200mm。
● 焊剂消耗量只有埋弧焊的1/5～1/20，电能消耗量只有埋弧焊 的1/2～1/3。
● 不易产生气孔、夹渣、裂纹等工艺缺陷。 原因：焊接时熔池有渣池保护，加热均匀，冷却速度慢，
熔
非熔化极 钨极惰性气体保护电弧焊（TIG） 等离子弧焊(PAW)
化 焊
电渣焊(ESW)
电子束焊
激光束焊
High energy beam welding
气焊
Gas welding
GMAW: gas metal arc welding熔化极气体保护焊 SMAW :shielded (manual )arc welding手工电弧焊 SAW:submerged-arc welding埋弧焊 MIG:metal inertia gas welding熔化极惰性气体保护焊
– 高真空电子束焊接(10-6-10-3 torr) – 低真空电子束焊接(10-3-10-1 torr) – 非真空电子束焊接(大气中)
(3) 按焊件在真空室中位置
– 全真空电子束焊接 – 局部真空电子束焊接
(4) 按功率不同
–大功率电子束焊接(60KW以上) –中功率电子束焊接(30-60KW) –小功率电子束焊接(30KW以下)
应用范围
工件间隙宽度：30～35mm 焊 缝 位 置：垂直 工 件 板 厚：≥30 mm 材 料：碳钢、低合金钢、
高合金钢等。 电极送入速度：至400M/小时
焊丝通过不熔化的导电嘴送入熔池，导电嘴随金属熔池的升高而向上移动。
2）熔嘴电渣焊
熔化极送入导管和送进的焊丝一起构成电极被熔化。 应用范围：
焊缝位置：垂直、曲线、曲面焊缝 工件板厚： ≥15mm 材 料：碳钢、低合金钢、高合金钢等 电 极：丝极—Φ2.5～4 mm 带极—60×0.5 mm 板极—80×60至10×120 mm 熔化极送入导管：10～15 mm
MAG:Melting active gas shielded welding熔化极活性气体保护焊
FCAW:shielded flux cored arc welding气保护药芯焊 TIG:Tungsten inert gas protection electric arc welding extremely 钨极惰性气体保护电弧焊
(5) 按电子枪特征
– 直热式和间热式 – 定枪式和动枪式 – 二级枪和三极枪
(6) 按加热特点
– 普通电子束焊接 – 脉冲电子束焊接
2 电子束焊接特点
优点 a．加热功率密度大。焊接用电子束电流为几十到几百毫安，最
大可达l000mA以上；加速电压为几十到几百千伏；故电子束 功率从几十千瓦到100kw以上，而电子束焦点直径小于1mm。 故电子束焦点处的功率密度可达103~105Kw/cm2，比普通电弧 功率密度高100—1000倍。
产效率高； • 缺点：得不到很短和较为稳
定的电弧； • 应用：可用于各种金属材料；
熔化极气体保护电弧焊(MIG焊) Gas-metal arc welding
特点 热源：电弧； 焊接材料：焊丝、焊剂； 焊保护：渣保护 丝作为一个电极； 应用：可用于各种金属 材料；
埋弧焊 Submerged arc welding
焊接工艺特点
• 永久性 • 广泛性 • 灵活性及高效性
问题：焊接接头性能与母材不匹配
主要原因： 1. 选择的焊接方法不合适； 2. 选用的焊接材料不匹配； 3. 母材的焊接性不好。
焊接方法的分类
• 熔化焊（Fusion Welding）：利用局部加热， 将焊件的结合处加热到熔化状态，互相融合， 冷却凝固后彼此结合在一起的方法。
渣池保护金属熔池不 被空气污染，水冷成型滑 块保证熔池金属凝固成型。
2. 电渣焊分类
在生产应用中，根据采用电极的形状和是否固定，电渣焊方法可 分为三大类。
○丝极电渣焊（单丝、双丝、多丝） ○ 熔嘴电渣焊（熔嘴可做成各种形状，以适于曲面焊接） ○板极电渣焊（适于大厚板）
1）丝极电渣焊（单丝、双丝、多丝）
基本概念
• 焊接电源(Power)、焊条(Consumables)、工 件(Workpiece)
• 电弧(Arc)、熔滴(Metal droplet)、渣滴 (Flux droplet)、熔池(Weld pool)、熔渣 (Slag)
• 焊接接头(Welded joint)、母材(Base metal)、 焊缝金属(Weld metal)、热影响区(Heat affected zone)、熔敷金属(deposited metal)