金属焊接工艺的基础知识

§5.7 金属焊接工艺的基础知识

§5.7.1 金属焊接的方法

将两块分离的金属其欲结合部位局部加热到熔化或半熔化状态，采取施加压力或不加压、或填充其他金属、利用原子间的扩散与结合等方法，使它们联结成为整体，这个过程称为焊接。常见的焊接方法有：

（1）电弧焊：这是最常用的金属焊接方法。它是用填充金属（焊条）作为一个电极，而被焊接金属作为另一个电极，在两个电极之间通过放电造成电弧，利用电弧产生的热量使连接处的金属局部熔化，并填充同时熔化的焊条金属，凝固后形成永久性接头（焊缝），从而完成焊接过程。

（2）电弧焊可分为手工电弧焊、半自动（电弧）焊、自动（电弧）焊。自动（电弧）焊通常是指埋弧自动焊-在焊接部位覆有起保护作用的焊剂层，由填充金属制成的光焊丝插入焊剂层，与焊接金属产生电弧，电弧埋藏在焊剂层下，电弧产生的热量熔

化焊丝、焊剂和母材金属形成焊缝，其焊接过程是自动化进行的。

最普遍使用的是手工电弧焊。

手工电弧焊的基本工艺如下：

a. 在焊接前清理焊接表面，以免影响电弧引燃和焊缝的质量。

b. 准备好接头形式（坡口型式）。

坡口的作用是使焊条、焊丝或焊炬（气焊时喷射乙炔-氧气火焰的喷嘴）能直接伸入坡口底部以保证焊透，并有利于脱渣和便于焊条在坡口内作必要的摆动，以获得良好的熔合。

坡口的形状和尺寸主要取决于被焊材料及其规格（主要是厚度）以及采取的焊接方法、焊缝形式等。

在实际应用中常见的坡口型式有：

弯边接头-适用于厚度＜3mm的薄

件；

平坡口-适用于3~8mm的较薄件；

V型坡口-适用于厚度6~20mm的工

件（单面焊接）；

X型坡口-适用于厚度12~40mm的工

件，并有对称型与不对称型X坡口之分（双面焊接）；

U型坡口-适用于厚度20~50mm的工件（单面焊接）；

双U型坡口-适用于厚度30~80mm的工件（双面焊接）。

坡口角度通常取60~70°，采用钝边（也叫做根高）的目的是防止焊件烧穿，而间隙则是为了便于焊透。

电弧焊的焊接规范中最主要的参数有：

焊条种类（取决于母材的材料）、焊条直径（取决于焊件厚度、焊缝位置、焊接层数、焊接速度、焊接电流等）、焊接电流、焊接层数、焊接速度等。

除了上述的普通电弧焊外，为了进一步提高焊接质量，还采用：

气体保护电弧焊：例如利用氩气作为焊接区域保护气体的氩弧焊、利用二氧化碳作为焊接区域保护气体的二氧化碳保护焊等，其基本原理是在以电弧为热源进行焊接时，同时从喷枪的喷嘴中连续喷出保护气体把空气与焊接区域中的熔化金属隔离开来，以保护电弧和焊接熔池中的液态金属不受大气中的氧、氮、氢等污染，以达到提高焊接质量的目的。

钨极氩弧焊：以高熔点的金属钨棒作为焊接时产生电弧的一个电极，并处在氩气保护下的电弧焊，常用于不锈钢、高温合金等要求严格的焊接。

等离子电弧焊：这是由钨极氩弧焊发展起来的一种焊接方法，在喷嘴孔道的机械压缩作用下，

加上冷气流的热收缩作用以及电磁收缩作用，使得通入喷

嘴的保护气体和离子气体（例如纯氩、氩-氢混合气、纯氮

等）从喷嘴喷出形成等离子气流速度较快的等电子弧，焊

接时电弧能量密度高，焊接质量优良。

（2）电渣焊：利用电流通过熔化状态的熔渣时产生的电阻

热来熔化插入熔渣的焊丝（填充金属）与母材形成熔池进

行焊接，其原理与电渣重熔冶炼相似，适用于焊接厚度较

大（例如50~800mm）的工件。

（3）电阻焊（接触焊）：利用强大的电流通过焊接结合处，

因为电阻热能导致高热，根据焦耳-楞次定律Q=0.24I2•R•t，

可把接头处加热到熔化或半熔化状态，同时施以一定的压

力，使其结合成为整体，无需外加填充金属和焊剂。按照

接头的形式，有点焊（焊接部位为有一定直径的点）、缝焊（俗称滚焊，焊接部位为线状）和截面相差不大时的对接焊（俗称碰焊）。点焊和缝焊多用于薄板件（薄壳工件），碰焊多用于棒类工件（例如刃具、建筑钢筋等）。

（4）气焊：利用可燃气体燃烧，例如氧气-乙炔（C2H2，又称电石气），其火焰产生的热能使焊接部位和填充金属（焊丝）熔化而联结成整体。

（5）钎焊：利用熔化的填充金属（钎料）把加热的固体金属联结在一起。热源可以是如同气焊中的气体火焰，也可以是烙铁（电烙铁、火烙铁）。钎焊过程中的焊接金属本身不发生熔化（仅仅加热到一定温度），其结合是依靠被焊金属与钎料之间的原子互相扩散达到坚固的结合。视钎料的软硬不同，可分为软钎焊（例如利用低熔点锡合金作钎料的锡焊）和硬钎焊（例如用铜作钎料的铜焊，常见于机械加工用刀具中硬质合金刀头与中碳结构钢刀柄的焊接）。

（6）摩擦焊：依靠焊接金属在焊接处相对高速摩擦产生高热至半熔化状态，再施以一定压力实现结合。

焊接的方法很多，除了上述常见的几种外，还有电子束焊接、激光束焊接、爆炸压力焊接等，以及常用于塑料的超声波焊接等等。

§5.7 金属焊接工艺的基础知识

§5.7.2 常见的焊接缺陷

（1）未焊透：母体金属接头处中间（X坡口）或根部（V、U坡口）的钝边未完全熔合在一起而留下的局部未熔合。未焊透降低了焊接接头的机械强度，在未焊透的缺口和端部会形成应力集中点，在焊接件承受载荷时容易导致开裂。

（2）未熔合：固体金属与填充

金属之间（焊道与母材之间），

或者填充金属之间（多道焊时的

焊道之间或焊层之间）局部未完

全熔化结合，或者在点焊（电阻

焊）时母材与母材之间未完全熔

合在一起，有时也常伴有夹渣存

在。

（3）气孔：在熔化焊接过程中，

焊缝金属内的气体或外界侵入的气体在熔池金属冷却凝固前未来得及逸出而残留在焊缝金属内部或表面形成的空穴或孔隙，视其形态可分为单个气孔、链状气孔、密集气孔（包括蜂窝状气孔）等，特别是在电弧焊中，由于冶金过程进行时间很短，熔池金属很快凝固，冶金过程中产生的气