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熱烈慶祝金磐精密機械網(wǎng)站上線(xiàn)

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電弧焊是目前應用最廣泛的焊接方法。它包括有:手弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護電弧焊、等離子弧焊、熔化極氣體保護焊等。絕大部分電弧焊是以電極與工件之間燃燒的電弧作熱源。

  1.電弧焊

  電弧焊是目前應用最廣泛的焊接方法。它包括有:手弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護電弧焊、等離子弧焊、熔化極氣體保護焊等。絕大部分電弧焊是以電極與工件之間燃燒的電弧作熱源。在形成接頭時(shí),可以采用也可以不采用填充金屬。所用的電極是在焊接過(guò)程中熔化的焊絲時(shí),叫作熔化極電弧焊,諸如手弧焊、埋弧焊、氣體保護電弧焊、管狀焊絲電弧焊等;所用的電極是在焊接過(guò)程中不熔化的碳棒或鎢棒時(shí),叫作不熔化極電弧焊,諸如鎢極氬弧焊、等離子弧焊等。

  (1)手弧焊

  手弧焊是各種電弧焊方法中發(fā)展最早、目前仍然應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?chē)鷼怏w的相互作用。熔渣的更重要作用是與熔化金屬產(chǎn)生物理化學(xué)反應或添加合金元素,改善焊縫金屬性能。手弧焊設備簡(jiǎn)單、輕便,操作靈活??梢詰糜诰S修及裝配中的短縫的焊接,特別是可以用于難以達到的部位的焊接。手弧焊配用相應的焊條可適用于大多數工業(yè)用碳鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅、鋁、鎳及其合金。

  (2)埋弧焊

  埋弧焊是以連續送時(shí)的焊絲作為電極和填充金屬。焊接時(shí),在焊接區的上面覆蓋一層顆粒狀焊劑,電弧在焊劑層下燃燒,將焊絲端部和局部母材熔化,形成焊縫。在電弧熱的作用下,上部分焊劑熔化熔渣并與液態(tài)金屬發(fā)生冶金反應。熔渣浮在金屬熔池的表面,一方面可以保護焊縫金屬,防止空氣的污染,并與熔化金屬產(chǎn)生物理化學(xué)反應,改善焊縫金屬的萬(wàn)分及性能;另一方面還可以使焊縫金屬緩慢泠卻。埋弧焊可以采用較大的焊接電流。與手弧焊相比,其最大的優(yōu)點(diǎn)是焊縫質(zhì)量好,焊接速度高。因此,它特別適于焊接大型工件的直縫的環(huán)縫。而且多數采用機械化焊接。埋弧焊已廣泛用于碳鋼、低合金結構鋼和不銹鋼的焊接。由于熔渣可降低接頭冷卻速度,故某些高強度結構鋼、高碳鋼等也可采用埋弧焊焊接。

  (3)鎢極氣體保護電弧焊

  這是一種不熔化極氣體保護電弧焊,是利用鎢極和工件之間的電弧使金屬熔化而形成焊縫的。焊接過(guò)程中鎢極不熔化,只起電極的作用。同時(shí)由焊炬的噴嘴送進(jìn)氬氣或氦氣作保護。還可根據需要另外添加金屬。在國際上通稱(chēng)為T(mén)IG焊。鎢極氣體保護電弧焊由于能很好地控制熱輸入,所以它是連接薄板金屬和打底焊的一種極好方法。這種方法幾乎可以用于所有金屬的連接,尤其適用于焊接鋁、鎂這些能形成難熔氧化物的金屬以及象鈦和鋯這些活潑金屬。這種焊接方法的焊縫質(zhì)量高,但與其它電弧焊相比,其焊接速度較慢。

  (4)等離子弧焊

  等離子弧焊也是一種不熔化極電弧焊。它是利用電極和工件之間地壓縮電弧(叫轉發(fā)轉移電弧)實(shí)現焊接的。所用的電極通常是鎢極。產(chǎn)生等離子弧的等離子氣可用氬氣、氮氣、氦氣或其中二者之混合氣。同時(shí)還通過(guò)噴嘴用惰性氣體保護。焊接時(shí)可以外加填充金屬,也可以不加填充金屬。等離子弧焊焊接時(shí),由于其電弧挺直、能量密度大、因而電弧穿透能力強。等離子弧焊焊接時(shí)產(chǎn)生的小孔效應,對于一定厚度范圍內的大多數金屬可以進(jìn)行不開(kāi)坡口對接,并能保證熔透和焊縫均勻一致。因此,等離子弧焊的生產(chǎn)率高、焊縫質(zhì)量好。但等離子弧焊設備(包括噴嘴)比較復雜,對焊接工藝參數的控制要求較高。鎢極氣體保護電弧焊可焊接的絕大多數金屬,均可采用等離子弧焊接。與之相比,對于1mm以下的極薄的金屬的焊接,用等離子弧焊可較易進(jìn)行。

  (5)熔化極氣體保護電弧焊

  這種焊接方法是利用連續送進(jìn)的焊絲與工件之間燃燒的電弧作熱源,由焊炬噴嘴噴出的氣體保護電弧來(lái)進(jìn)行焊接的。熔化極氣體保護電弧焊通常用的保護氣體有:氬氣、氦氣、CO2氣或這些氣體的混合氣。以氬氣或氦氣為保護氣時(shí)稱(chēng)為熔化極惰性氣體保護電弧焊(在國際上簡(jiǎn)稱(chēng)為MIG焊);以惰性氣體與氧化性氣體(O2,CO2)混合氣為保護氣體時(shí),或以CO2氣體或CO2+O2混合氣為保護氣時(shí),或以CO2氣體或CO2+O2混合氣為保護氣時(shí),統稱(chēng)為熔化極活性氣體保護電弧焊(在國際上簡(jiǎn)稱(chēng)為MAG焊)。熔化極氣體保護電弧焊的主要優(yōu)點(diǎn)是可以方便地進(jìn)行各種位置的焊接,同時(shí)也具有焊接速度較快、熔敷率高等優(yōu)點(diǎn)。熔化極活性氣體保護電弧焊可適用于大部分主要金屬,包括碳鋼、合金鋼。熔化極惰性氣體保護焊適用于不銹鋼、鋁、鎂、銅、鈦、鋯及鎳合金。利用這種焊接方法還可以進(jìn)行電弧點(diǎn)焊。

  (6)管狀焊絲電弧焊

  管狀焊絲電弧焊也是利用連續送進(jìn)的焊絲與工件之間燃燒的電弧為熱源來(lái)進(jìn)行焊接的,可以認為是熔化極氣體保護焊的一種類(lèi)型。所使用的焊絲是管狀焊絲,管內裝有各種組分的焊劑。焊接時(shí),外加保護氣體,主要是CO。焊劑受熱分解或熔化,起著(zhù)造渣保護溶池、滲合金及穩弧等作用。管狀焊絲電弧焊除具有上述熔化極氣體保護電弧焊的優(yōu)點(diǎn)外,由于管內焊劑的作用,使之在冶金上更具優(yōu)點(diǎn)。管狀焊絲電弧焊可以應用于大多數黑色金屬各種接頭的焊接。管狀焊絲電弧焊在一些工業(yè)先進(jìn)國家已得到廣泛應用。

  2.電阻焊

  這是以電阻熱為能源的一類(lèi)焊接方法,包括以熔渣電阻熱為能源的電渣焊和以固體電阻熱為能源的電阻焊。由于電渣焊更具有獨特的特點(diǎn),故放在后面介紹。這里主要介紹幾種固體電阻熱為能源的電阻焊,主要有點(diǎn)焊、縫焊、凸焊及對焊等。電阻焊一般是使工件處在一定電極壓力作用下并利用電流通過(guò)工件時(shí)所產(chǎn)生的電阻熱將兩工件之間的接觸表面熔化而實(shí)現連接的焊接方法。通常使用較大的電流。為了防止在接觸面上發(fā)生電弧并且為了鍛壓焊縫金屬,焊接過(guò)程中始終要施加壓力。進(jìn)行這一類(lèi)電阻焊時(shí),被焊工件的表面善對于獲得穩定的焊接質(zhì)量是頭等重要的。因此,焊前必須將電極與工件以及工件與工件間的接觸表面進(jìn)行清理。點(diǎn)焊、縫焊和凸焊的牾在于焊接電流(單相)大(幾千至幾萬(wàn)安培),通電時(shí)間短(幾周波至幾秒),設備昂貴、復雜,生產(chǎn)率高,因此適于大批量生產(chǎn)。主要用于焊接厚度小于3mm的薄板組件。各類(lèi)鋼材、鋁、鎂等有色金屬及其合金、不銹鋼等均可焊接。

  3.高能束焊

 

  這一類(lèi)焊接方法包括:電子束焊和激光焊。

  (1)電子束焊

  電子束焊是以集中的高速電子束轟擊工件表面時(shí)所產(chǎn)生的熱能進(jìn)行焊接的方法。電子束焊接時(shí),由電子槍產(chǎn)生電子束并加速。常用的電子束焊有:高真空電子束焊、低真空電子束焊和非真空電子束焊。前兩種方法都是在真空室內進(jìn)行。焊接準備時(shí)間(主要是抽真空時(shí)間)較長(cháng),工件尺寸受真空室大小限制。電子束焊與電弧焊相比,主要的特點(diǎn)是焊縫熔深大、熔寬小、焊縫金屬純度高。它既可以用在很薄材料的精密焊接,又可以用在很厚的(最厚達300mm)構件焊接。所有用其它焊接方法能進(jìn)行熔化焊的金屬及合金都可以用電子束焊接。主要用于要求高質(zhì)量的產(chǎn)品的焊接。還能解決異種金屬、易氧化金屬及難熔金屬的焊接。但不適于大批量產(chǎn)品。

  (2)激光焊

  激光焊是利用大功率相干單色光子流聚焦而成的激光束為熱源進(jìn)行的焊接。這種焊接方法通常有連續功率激光焊和脈沖功率激光焊。激光焊優(yōu)點(diǎn)是不需要在真空中進(jìn)行,缺點(diǎn)則是穿透力不如電子束焊強。激光焊時(shí)能進(jìn)行精確的能量控制,因而可以實(shí)現精密微型器件的焊接。它能應用于很多金屬,特別是能解決一些難焊金屬及異種金屬的焊接。

  4.釬焊

  釬焊的能源可以是化學(xué)反應熱,也可以是間接熱能。它是利用熔點(diǎn)比被焊材料的熔點(diǎn)低的金屬作釬料,經(jīng)過(guò)加熱使釬料熔化,靠毛細管作用將釬料及入到接頭接觸面的間隙內,潤濕被焊金屬表面,使液相與固相之間互擴散而形成釬焊接頭。因此,釬焊是一種固相兼液相的焊接方法。釬焊加熱溫度較低,母材不熔化,而且也不需施加壓力。但焊前必須采取一定的措施清除被焊工件表面的油污、灰塵、氧化膜等。這是使工件潤濕性好、確保接頭質(zhì)量的重要保證。釬料的液相線(xiàn)濕度高于450℃而低于母材金屬的熔點(diǎn)時(shí),稱(chēng)為硬釬焊;低于450℃時(shí),稱(chēng)為軟釬焊。根據熱源或加熱方法不同釬焊可分為:火焰釬焊、感應釬焊、爐中釬焊、浸沾釬焊、電阻釬焊等。釬焊時(shí)由于加熱溫度比較低,故對工件材料的性能影響較小,焊件的應力變形也較小。但釬焊接頭的強度一般比較低,耐熱能力較差。釬焊可以用于焊接碳鋼、不銹鋼、高溫合金、鋁、銅等金屬材料,還可以連接異種金屬、金屬與非金屬。適于焊接受載不大或常溫下工作的接頭,對于精密的、微型的以及復雜的多釬縫的焊件尤其適用。

  5.其它焊接方法

  這些焊接方法屬于不同程度的專(zhuān)門(mén)化的焊接方法,其適用范圍較窄。主要包括以電阻熱為能源的電渣焊、高頻焊;以化學(xué)能為焊接能源的氣焊、氣壓焊、爆炸焊;以機械能為焊接能源的摩擦焊、冷壓焊、超聲波焊、擴散焊。

  (1)電渣焊

  如前面所述,電渣焊是以熔渣的電阻熱為能源的焊接方法。焊接過(guò)程是在立焊位置、在由兩工件端面與兩側水冷銅滑塊形成的裝配間隙內進(jìn)行。焊接時(shí)利用電流通過(guò)熔渣產(chǎn)生的電阻熱將工件端部熔化。根據焊接時(shí)所用的電極形狀,電渣焊分為絲極電渣焊、板極電渣焊和熔嘴電渣焊。電渣焊的優(yōu)點(diǎn)是:可焊的工件厚度大(從30mm到大于1000mm),生產(chǎn)率高。主要用于在斷面對接接頭及丁字接頭的焊接。電渣焊可用于各種鋼結構的焊接,也可用于鑄件的組焊。電渣焊接頭由于加熱及冷卻均較慢,熱影響區寬、顯微組織粗大、韌性、因此焊接以后一般須進(jìn)行正火處理。

  (2)高頻焊

  同頻焊是以固體電阻熱為能源。焊接時(shí)利用高頻電流在工件內產(chǎn)生的電阻熱使工件焊接區表層加熱到熔化或接近的塑性狀態(tài),隨即施加(或不施加)頂鍛力而實(shí)現金屬的結合。因此它是一種固相電阻焊方法。高頻焊根據高頻電流在工件中產(chǎn)生熱的方式可分為接觸高頻焊和感應高頻焊。接觸高頻焊時(shí),高頻電流通過(guò)與工件機械接觸而傳入工件。感應高頻焊時(shí),高頻電流通過(guò)工件外部感應圈的耦合作用而在工件內產(chǎn)生感應電流。高頻焊是專(zhuān)業(yè)化較強的焊接方法,要根據產(chǎn)品配備專(zhuān)用設備。生產(chǎn)率高,焊接速度可達30m/min。主要用于制造管子時(shí)縱縫或螺旋縫的焊接。

  (3)氣焊

  氣焊是用氣體火焰為熱源的一種焊接方法。應用最多的是以乙炔氣作燃料的氧-乙炔火焰。由于設備簡(jiǎn)單使操作方便,但氣焊加熱速度及生產(chǎn)率較低,熱影響區較大,且容易引起較大的變形。氣焊可用于很多黑色金屬、有色金屬及合金的焊接。一般適用于維修及單件薄板焊接。

  (4)氣壓焊

  氣壓焊和氣焊一樣,氣壓焊也是以氣體火焰為熱源。焊接時(shí)將兩對接的工件的端部加熱到一定溫度,后再施加足夠的壓力以獲得牢固的接頭。是一種固相焊接。氣壓焊時(shí)不加填充金屬,常用于鐵軌焊接和鋼筋焊接。

  (5)爆炸焊

  爆炸焊也是以化學(xué)反應熱為能源的另一種固相焊接方法。但它是利用炸藥爆炸所產(chǎn)生的能量來(lái)實(shí)現金屬連接的。在爆炸波作用下,兩件金屬在不到一秒的時(shí)間內即可被加速撞擊形成金屬的結合。在各種焊接方法中,爆炸焊可以焊接的異種金屬的組合的范圍最廣??梢杂帽ê笇⒁苯鹕喜幌嗳莸膬煞N金屬焊成為各種過(guò)渡接頭。爆炸焊多用于表面積相當大的平板包覆,是制造復合板的高效方法。

  (6)摩擦焊

  摩擦焊是以機械能為能源的固相焊接。它是利用兩表面間機械摩擦所產(chǎn)生的熱來(lái)實(shí)現金屬的連接的。摩擦焊的熱量集中在接合面處,因此熱影響區窄。兩表面間須施加壓力,多數情況是在加熱終止時(shí)增大壓力,使熱態(tài)金屬受頂鍛而結合,一般結合面并不熔化。摩擦焊生產(chǎn)率較高,原理上幾乎所有能進(jìn)行熱鍛的金屬都能摩擦焊接。摩擦焊還可以用于異種金屬的焊接。要適用于橫斷面為圓形的最大直徑為100mm的工件。

  (7)超聲波焊

  超聲波焊也是一種以機械能為能源的固相焊接方法。進(jìn)行超聲波焊時(shí),焊接工件在較低的靜壓力下,由聲極發(fā)出的高頻振動(dòng)能使接合面產(chǎn)生強裂摩擦并加熱到焊接溫度而形成結合。超聲波焊可以用于大多數金屬材料之間的焊接,能實(shí)現金屬、異種金屬及金屬與非金屬間的焊接??蛇m用于金屬絲、箔或2~3mm以下的薄板金屬接頭的重復生產(chǎn)。

  (8)擴散焊擴散焊一般是以間接熱能為能源的固相焊接方法。

  通常是在真空或保護氣氛下進(jìn)行。焊接時(shí)使兩被焊工件的表面在高溫和較大壓力下接觸并保溫一定時(shí)間,以達到原子間距離,經(jīng)過(guò)原子樸素相互擴散而結合。焊前不僅需要清洗工件表面的氧化物等雜質(zhì),而且表面粗糙度要低于一定值才能保證焊接質(zhì)量。擴散焊對被焊材料的性能幾乎不產(chǎn)生有害作用。它可以焊接很多同種和異種金屬以及一些非金屬材料,如陶瓷等。擴散焊可以焊接復雜的結構及厚度相差很大的工件。

 

  激光焊接的工藝參數。

  1、功率密度。功率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數之一。采用較高的功率密度,在微秒時(shí)間范圍內,表層即可加熱至沸點(diǎn),產(chǎn)生大量汽化。因此,高功率密度對于材料去除加工,如打孔、切割、雕刻有利。對于較低功率密度,表層溫度達到沸點(diǎn)需要經(jīng)歷數毫秒,在表層汽化前,底層達到熔點(diǎn),易形成良好的熔融焊接。因此,在傳導型激光焊接中,功率密度在范圍在104~106W/CM2。

  2、激光脈沖波形。激光脈沖波形在激光焊接中是一個(gè)重要問(wèn)題,尤其對于薄片焊接更為重要。當高強度激光束射至材料表面,金屬表面將會(huì )有60~98%的激光能量反射而損失掉,且反射率隨表面溫度變化。在一個(gè)激光脈沖作用期間內,金屬反射率的變化很大。

  3、激光脈沖寬度。脈寬是脈沖激光焊接的重要參數之一,它既是區別于材料去除和材料熔化的重要參數,也是決定加工設備造價(jià)及體積的關(guān)鍵參數。

  4、離焦量對焊接質(zhì)量的影響。激光焊接通常需要一定的離做文章一,因為激光焦點(diǎn)處光斑中心的功率密度過(guò)高,容易蒸發(fā)成孔。離開(kāi)激光焦點(diǎn)的各平面上,功率密度分布相對均勻。

  離焦方式有兩種:正離焦與負離焦。焦平面位于工件上方為正離焦,反之為負離焦。按幾何光學(xué)理論,當正負離焦平面與焊接平面距離相等時(shí),所對應平面上功率密度近似相同,但實(shí)際上所獲得的熔池形狀不同。負離焦時(shí),可獲得更大的熔深,這與熔池的形成過(guò)程有關(guān)。實(shí)驗表明,激光加熱50~200us材料開(kāi)始熔化,形成液相金屬并出現問(wèn)分汽化,形成市壓蒸汽,并以極高的速度噴射,發(fā)出耀眼的白光。與此同時(shí),高濃度汽體使液相金屬運動(dòng)至熔池邊緣,在熔池中心形成凹陷。當負離焦時(shí),材料內部功率密度比表面還高,易形成更強的熔化、汽化,使光能向材料更深處傳遞。所以在實(shí)際應用中,當要求熔深較大時(shí),采用負離焦;焊接薄材料時(shí),宜用正離焦。

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