熔化焊常見的焊接方法及其應(yīng)用

1.焊接的原理焊接是通過加熱或加壓，或者兩者并用，并且用或不用填充材料，使相鄰工件結(jié)合到一起的一種方法。焊接的用途非常廣泛，鋼、鑄鋼和一定條件下的鑄鐵等材料都可以焊接，銅合金、鋁合金和鎂合金，鎳、鋅、鉛以及熱塑性塑料也可以焊接。有很多機(jī)械設(shè)備用焊接代替了鉚接，也有很多焊接的機(jī)械零件代替了鍛造和鑄造的零件。此外焊接還用來修補(bǔ)缺陷、裂縫和斷口，用堆焊來加強(qiáng)磨損的部位。最后，還用與焊接技術(shù)密切聯(lián)系的火焰切割來切斷或拆除某些結(jié)構(gòu)。在機(jī)械制造中，如果在結(jié)構(gòu)設(shè)計上能夠采用焊接結(jié)構(gòu)時，一般在相同的強(qiáng)度和剛度條件下，焊接的零件要比鑄造的零件輕，也比鉚接的零件輕，但焊接的質(zhì)量比較難以控制，焊后產(chǎn)生的變形和殘余應(yīng)力也需要制定專門的措施加以控制。焊接結(jié)構(gòu)適用于單件、少批量、要求結(jié)構(gòu)重量輕及交貨期短的情況。有些情況下，焊接的機(jī)械零件要比鑄件重量輕一半以上。尤其是在單件生產(chǎn)時，焊接代替鑄造可以大大節(jié)省零件開模費用和縮短交貨周期。但是在大批量生產(chǎn)時，則往往還是鑄件成本比較低。根據(jù)焊接過程中加熱程度和工藝特點的不同，焊接方法可以分為熔化焊、壓力焊和釬焊三大類。本章就熔化焊常見的幾種焊接工藝進(jìn)行展開介紹。2.熔化焊的分類熔化焊將工件焊接處局部加熱到熔化狀態(tài)，形成熔池（通常還加入填充金屬），冷卻結(jié)晶后形成焊縫，被焊工件結(jié)合為不可分離的整體。常見的熔化焊方法有氣焊、電弧焊、電渣焊、等離子弧焊、電子束焊、激光焊等。2.1.電弧焊電弧焊是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的焊接方法，它的原理是利用電弧放電（俗稱電弧燃燒）所產(chǎn)生的熱量將焊條與工件互相熔化并在冷凝后形成焊縫，從而獲得牢固接頭的焊接過程。電弧焊焊接低碳鋼或低合金鋼時，電弧中心部分的溫度可達(dá)6000～8000℃，兩電極的溫度可達(dá)到2400～2600℃。根據(jù)不同的焊接方式和材料，電弧焊可以分為多種類型。1）手工電弧焊手工弧焊又稱涂藥焊條電弧焊，是各種電弧焊方法中發(fā)展最早、目前仍然應(yīng)用最廣的一種焊接方法。它是以外部涂有涂料的焊條作電極和填充金屬，電弧是在焊條的端部和被焊工件表面之間燃燒。涂料在電弧熱作用下一方面可以產(chǎn)生氣體以保護(hù)電弧，另一方面可以產(chǎn)生熔渣覆蓋在熔池表面，防止熔化金屬與周圍氣體的相互作用。特點：a.手工電弧焊具有靈活、機(jī)動，適用性廣泛，可進(jìn)行全位置焊接；b.所用設(shè)備簡單、耐用性好、維護(hù)費用低等優(yōu)點;c.工人勞動強(qiáng)度大，焊接質(zhì)量取決于操作者技術(shù)水平，質(zhì)量不夠穩(wěn)定。適用范圍：在單件、小批、零星、修配中廣泛應(yīng)用，適于焊接3mm以上的碳鋼、低合金鋼、不銹鋼和銅、鋁等非鐵合金。2）埋弧焊埋弧焊也是利用電弧作為熱源的焊接方法。埋弧焊時電弧是在一層顆粒狀的可熔化焊劑覆蓋下燃燒，電弧光不外露。埋弧有自動埋弧焊和半自動埋弧焊兩種方式。前者的焊絲送進(jìn)和電弧移動都由專門的機(jī)頭自動完成，后者的焊絲送進(jìn)由機(jī)械完成，電弧移動則由人工進(jìn)行。特點：a.焊縫質(zhì)量高，熔渣隔絕空氣保護(hù)效果好;b.電弧區(qū)主要成分為CO2，焊縫金屬中含氮量、含氧量大大降低，焊接參數(shù)自動調(diào)節(jié)，電弧行走機(jī)械化，熔池存在時間長，冶金反應(yīng)充分，抗風(fēng)能力強(qiáng)，所以焊縫成分穩(wěn)定，力學(xué)性能好；c.勞動條件好熔渣隔離弧光有利于焊接操作；機(jī)械化行走，勞動強(qiáng)度較低;d.設(shè)備調(diào)節(jié)性能好，由于電場強(qiáng)度較高，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靈敏度較高，使焊接過程的穩(wěn)定性提高；e.生產(chǎn)效率高由于焊絲導(dǎo)電長度縮短，電流和電流密度顯著提高，使電弧的熔透能力和焊絲的熔敷速率大大提高；又由于焊劑和熔渣的隔熱作用，總的熱效率大大增加，使焊接速度大大提高。適用范圍：由于埋弧焊熔深大、生產(chǎn)率高、機(jī)械操作的程度高，因而適于焊接中厚板結(jié)構(gòu)的長焊縫。在造船、鍋爐與壓力容器、橋梁、超重機(jī)械、核電站結(jié)構(gòu)、海洋結(jié)構(gòu)、武器等制造部門有著廣泛的應(yīng)用，是當(dāng)今焊接生產(chǎn)中最普遍使用的焊接方法之一。埋弧焊除了用于金屬結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的連接外，還可在基體金屬表面堆焊耐磨或耐腐蝕的合金層。隨著焊接冶金技術(shù)與焊接材料生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，埋弧焊能焊的材料已從碳素結(jié)構(gòu)鋼發(fā)展到低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼等以及某些有色金屬，如鎳基合金、鈦合金、銅合金等。由于埋弧焊具有以上的特點，其應(yīng)用也有一定的局限性，主要為：a.焊接位置的限制，由于焊劑保持的原因，如不采用特殊措施，埋弧焊主要用于水平俯位置焊縫焊接，而不能用于橫、立、仰焊；b.焊接材料的局限，不能焊接鋁、鈦等氧化性強(qiáng)的金屬及其合金，主要用于焊接黑色金屬；c.只適合于長焊縫焊接，且不能焊接空間位置有限的焊縫；d.不能直接觀察電弧；e.不適用于薄板、小電流焊。2.2.氣焊利用可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w混合燃燒生成的火焰為熱源，熔化焊件和焊接材料使之達(dá)到原子間結(jié)合的一種焊接方法。助燃?xì)怏w主要為氧氣，可燃?xì)怏w主要采用乙炔、液化石油氣等。特點：a.設(shè)備簡單,操作靈活方便,不需要電源;b.氣焊火焰溫度比較低,熔池容易控制,易實現(xiàn)單面焊雙面成形,并可以焊接很薄的焊件;c.在焊接鑄鐵、鋁及鋁合金、銅及銅合金時焊縫質(zhì)量好;d.氣焊熱量分散,接頭變形大,不易自動化,生產(chǎn)率低,焊縫組織粗大,性能較差。適用范圍:常用于低碳鋼、低合金鋼、不銹鋼薄板的對接、端接,在熔點較低的銅、鋁及其合金的焊接中仍有應(yīng)用,焊接需要預(yù)熱和緩冷的工具鋼、鑄鐵也比較適合。2.3.氣體保護(hù)焊利用惰性氣體或活性氣體來保護(hù)焊接區(qū)域，防止焊接區(qū)的氧化和其他雜質(zhì)進(jìn)入焊接區(qū)域，從而保護(hù)焊接質(zhì)量的一種電弧焊接工藝。常見的氣體保護(hù)焊有CO2氣體保護(hù)焊和氬弧焊。1）CO2氣體保護(hù)焊采用CO2氣體作為保護(hù)氣體的焊接方法稱為CO2氣體保護(hù)焊。特點：a.電流密度大，生產(chǎn)效率較高；b.焊接熱影響區(qū)小，焊件不易變形；c.焊縫氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，接頭抗裂性好；d.焊接成本較低.適用范圍：適用于焊接低碳鋼、低合金鋼、低合金高強(qiáng)鋼，但是不適合于焊接有色金屬、不銹鋼。2）氬弧焊采用惰性氣體氬氣作為保護(hù)氣體的焊接方法稱為氬弧焊。氬弧焊按照電極的不同分為熔化極氬弧焊和非熔化極氬弧焊兩種。特點：a.焊件不易氧化；b.便于操作，容易實現(xiàn)全位置自動化；c.焊接熱影響區(qū)小，焊件不易變形；d.焊縫致密，成形美觀；e.焊接成本高。適用范圍：主要用于焊接易氧化的有色金屬和鋁合金，如鋁、鎂、鈦及其合金、耐熱鋼、不銹鋼等。為防止保護(hù)氣流破壞，氬弧焊只能在室內(nèi)進(jìn)行。2.4.電子束焊電子束焊是指利用加速和聚焦電子束轟擊置于真空中焊件所產(chǎn)生的熱能進(jìn)行焊接的方法。特點：a.焊縫金屬純度高；b.焊縫表面質(zhì)量好，內(nèi)部熔合性好；c.焊接熱影響區(qū)小，焊件不易變形；d.控制靈活，精度高，適應(yīng)性強(qiáng)。適用范圍：用于焊接從微型電子線路組件、真空膜盒、鉬箔蜂窩結(jié)構(gòu)、原子能燃料原件到大型的導(dǎo)彈外殼，以及異種金屬，復(fù)合結(jié)構(gòu)件的焊接等，由于設(shè)備復(fù)雜，造價高，使用維護(hù)技術(shù)要求高，焊件尺寸受限制等，其應(yīng)用范圍受一定限制。2.5.等離子焊等離子弧焊是指借助水冷噴嘴對電弧的拘束作用，獲得較高能量密度的等離子弧進(jìn)行焊接的方法。特點：a.焊件不易氧化；b.便于操作，容易實現(xiàn)全位置自動化；c.焊接熱影響區(qū)小，焊件不易變形；d.焊縫致密，成形美觀；e.電弧挺直度和方向性好，可焊接薄壁結(jié)構(gòu)；f.弧柱溫度高，焊接速度快，生產(chǎn)率高。適用范圍：廣泛應(yīng)用于銅合金、合金鋼、鎢、鉬、鈷、鈦等金屬如鈦合金的導(dǎo)彈殼體、波紋管及膜盒，微型電容器、電容器的外殼封接以及飛機(jī)和航天裝置上的一些薄壁容器的焊接。2.6.電渣焊電渣焊是指利用電流通過液體熔渣所產(chǎn)生的電阻熱進(jìn)行焊接的方法特點：a.厚大截面可一次焊成，生產(chǎn)效率高；b.金屬焊縫比較純凈；c.接頭組織粗大，焊后需要進(jìn)行正火處理；適用范圍：應(yīng)用于碳鋼、合金鋼，大型和重型結(jié)構(gòu)如水輪機(jī)、水壓機(jī)、軋鋼機(jī)等全焊或組合結(jié)構(gòu)的制造，常用于35～400mm壁厚結(jié)構(gòu)。2.7.激光焊激光焊是指利用激光器受激產(chǎn)生的激光束，通過聚焦系統(tǒng)聚焦到十分微小的焦點，當(dāng)焦點到焊件接頭處時，光能轉(zhuǎn)換為熱能，從而使金屬熔化形成接頭的焊接工藝。特點：a.焊接熱影響區(qū)極小，焊件不易變形；b.焊件不易被氧化，可在空氣中焊接；c.焊焊接設(shè)備與焊件間無接觸，可焊接難于接近的接頭；適用范圍：特別適用于焊接微型精密、排列非常密集，對受熱敏感的焊件、除焊接一段薄壁搭接外，還可焊接細(xì)的金屬線材以及導(dǎo)線和金屬薄板的搭接，如集成電路內(nèi)外引線，儀表游絲等的焊接。3.焊接生產(chǎn)的特點(1)節(jié)省金屬材料，結(jié)構(gòu)重量輕。(2)以小拼大、化大為小，制造重型、復(fù)雜的機(jī)器零部件，簡化鑄造、鍛造及切削加工工