常見的焊接(jiē)工藝比較
常用(yòng)的焊接工藝(yì)有:電弧焊(氬(yà)弧焊、手弧焊、埋(mái)弧焊(hàn)、鎢極(jí)氣體保護電弧焊(hàn)、等離子弧焊、氣體保護焊(hàn));電阻焊、高能束焊(電子束焊、激光焊);釺焊;以電阻熱為能源:電渣焊、高(gāo)頻焊;以(yǐ)化學能為焊接(jiē)能源:氣焊、氣壓焊、爆炸焊;以機械能(néng)為焊(hàn)接能源:摩擦(cā)焊、冷壓焊、超(chāo)聲波焊、擴散(sàn)焊
一、電弧焊電(diàn)弧焊是目前應用廣泛的焊接(jiē)方法:
它包括有:手弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護電弧焊、等離(lí)子弧焊(hàn)、熔(róng)化(huà)極氣體保護(hù)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(chéng)接頭(tóu)時,可以(yǐ)采用也可以不采用填(tián)充金屬。所用的電極是在焊接過程中熔(róng)化的焊絲時,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(děng);所用的電極是在焊接過程中不熔(róng)化的碳棒或鎢棒時,叫作不熔化極電(diàn)弧焊,諸如鎢極氬弧(hú)焊、等離子弧焊等。
1、手弧焊
手弧焊是各種電弧焊方法中發展(zhǎn)zui早、目前仍然應用zui廣的一(yī)種(zhǒng)焊接方法。它(tā)是以外部(bù)塗有(yǒu)塗料的焊條作電極和填充金(jīn)屬,電(diàn)弧是在焊(hàn)條的端部和被焊工件表(biǎo)麵之間燃燒。塗(tú)料在電弧熱作用下一方麵可以產生氣體以保護電弧,另一方麵(miàn)可以產生熔渣(zhā)覆蓋在熔(róng)池表麵,防止熔化金屬與周圍氣體(tǐ)的相(xiàng)互作用。熔渣的更重要作(zuò)用是(shì)與熔化金屬產生物理化學反應或(huò)添加合金元素,改善焊縫金屬性能。手弧焊設備簡單、輕便,操作靈活。可以應用於維修及裝配中的短(duǎn)縫的焊接,特別是可以用於難以(yǐ)達到(dào)的部位的焊接。手弧焊配用相應的焊條可適用於大多數工業用碳鋼、不鏽鋼、鑄鐵、銅、鋁、鎳及其合金。
2、埋弧焊
埋弧(hú)焊是以連續送時的焊絲(sī)作為電極和填充(chōng)金屬。焊接時,在焊接區的上麵覆蓋一層顆粒狀焊劑,電弧(hú)在(zài)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(xià),上部分焊劑熔化熔渣(zhā)並與液態金屬發生冶金反應。熔渣(zhā)浮在金屬熔池(chí)的表(biǎo)麵,一方麵可(kě)以保護焊(hàn)縫金屬,防止空氣的汙染,並與熔化金屬產生物理化學反應(yīng),改善焊縫金屬的萬分及性能;另一方麵還可以使焊(hàn)縫金屬緩慢泠卻。埋(mái)弧焊(hàn)可(kě)以采用較大的焊接電流。與手弧焊相比,其zui大的(de)優點是焊縫質量好,焊接速度高。因此,它特別適於焊接大型工件的直縫的環縫。而且多數采用機械化焊(hàn)接。埋弧焊已廣(guǎng)泛用於碳鋼、低合金結構鋼和不鏽鋼的焊(hàn)接。由於熔渣可降低接頭冷卻速(sù)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(zhè)是一種不熔化極氣體保護電弧(hú)焊,是利用(yòng)鎢極和工(gōng)件之間的電弧使金屬熔(róng)化而形成焊縫的。焊接過程中鎢極不熔化,隻起電極的作用。同(tóng)時由焊炬的噴嘴送進氬(yà)氣或氦氣作保護。還可根據需要另外添加金屬。在國際上通稱為TIG焊。鎢極氣(qì)體保護電弧焊由於能很好地控製熱輸入,所以它是連接薄板金屬和打底焊的一種好方法。這種方(fāng)法幾乎可以用於所(suǒ)有金屬的連接,尤其(qí)適用於焊接(jiē)鋁、鎂這些能形成難熔氧化物的金(jīn)屬以及象鈦和鋯這些活潑金屬。這(zhè)種焊接(jiē)方法的(de)焊縫(féng)質量高,但與其它電(diàn)弧焊相(xiàng)比,其焊接速度較慢。
4、等離子弧焊(hàn)
等離子弧焊也是一種不熔化(huà)極電弧焊。它是利用電極和(hé)工件之間地壓縮電弧(hú)(叫轉發轉移電弧(hú))實現焊(hàn)接的。所用的電極通常是鎢極。產生等離(lí)子弧的等離子(zǐ)氣可用氬氣、氮(dàn)氣、氦氣或其(qí)中二者之混合氣。同時還通過(guò)噴嘴用惰(duò)性氣(qì)體保護。焊接時可(kě)以外加填充金屬,也可以不加填充金屬。等離子弧焊焊接時,由於其電弧(hú)挺直、能(néng)量密度大、因而電弧穿透能力(lì)強。等離子弧焊(hàn)焊接時產生的小孔效應,對於一定厚度範圍內的大多(duō)數金屬可(kě)以(yǐ)進行不開坡口對接,並能保證熔透和焊縫均勻一致。因此,等離子弧焊的(de)生(shēng)產率高、焊縫質量好(hǎo)。但等離(lí)子弧焊(hàn)設備(包括噴嘴)比較複雜,對焊接工藝參數的控製要求較高。鎢極(jí)氣體保護電弧焊可焊接的絕大多數金屬,均可采(cǎi)用等離子弧焊接。與之相比,對於1mm以下的極薄的金(jīn)屬的焊接,用等(děng)離子(zǐ)弧焊可較易進行。
5、熔化極氣體保(bǎo)護電弧焊
這(zhè)種焊接(jiē)方(fāng)法是利用連續送進的焊絲與工件之間燃燒的電弧作熱源(yuán),由焊炬噴嘴噴(pēn)出的氣(qì)體保護電弧來進行焊接的。熔化極氣體保護電弧(hú)焊通(tōng)常用的保護氣體有:氬氣、氦氣、CO2氣或這些氣體的(de)混合氣。以氬氣(qì)或氦氣為保護氣時稱為熔化極惰性氣體保護電弧焊(在國際上簡稱(chēng)為MIG焊(hàn));以惰性氣體與氧化(huà)性(xìng)氣體(tǐ)(O2,CO2)混合(hé)氣為保(bǎo)護氣體時,或以(yǐ)CO2氣體或CO2+O2混(hún)合氣為保護氣時,或以CO2氣體或CO2+O2混合氣為保護氣時(shí),統稱為熔化極活性氣(qì)體(tǐ)保護電弧(hú)焊(在國際上簡(jiǎn)稱為MAG焊)。熔(róng)化極氣體保護電弧(hú)焊的主(zhǔ)要優點是可以(yǐ)方便地進行各種位置的焊接,同(tóng)時也具有焊接速(sù)度較快、熔(róng)敷率高等優點。熔化極活性(xìng)氣體保護電弧焊可適用於大部分主要金屬,包括碳鋼、合金鋼。熔化極惰性氣體保護焊適用於不鏽鋼、鋁、鎂、銅、鈦、鋯及鎳合金。利(lì)用這種焊接方法還可以進行電(diàn)弧點焊。
6、管(guǎn)狀焊絲電弧焊
管狀焊絲電弧焊也是(shì)利用連續送(sòng)進的焊絲(sī)與工件之間(jiān)燃燒的電弧為熱源來(lái)進行焊接的,可(kě)以認(rèn)為是熔化極氣體保護焊的一種類型。所使用(yòng)的焊絲(sī)是(shì)管狀焊(hàn)絲,管內裝有各種組分(fèn)的焊劑。焊接時,外加保護氣體,主要(yào)是CO。焊劑受熱分解(jiě)或熔化,起著造渣保護(hù)溶池、滲合(hé)金及穩弧等(děng)作用。管狀焊絲電弧焊除具有上述熔化極(jí)氣體保護電弧焊的優點(diǎn)外,由於管內焊劑的作用,使之在冶金上更具優點。管狀(zhuàng)焊絲電弧焊可(kě)以應用(yòng)於大多數(shù)黑色(sè)金屬各(gè)種接頭的焊接。管狀焊絲電弧焊在一些工業先進國(guó)家已得到廣泛應用(yòng)。
二、電阻焊(hàn):
這是以(yǐ)電(diàn)阻熱為能源的一類焊接方法,包括以熔渣(zhā)電阻熱為能源的電渣焊和以固體電阻(zǔ)熱為能源(yuán)的(de)電阻焊。由於電渣焊更具有獨特的特點,故放在後麵介紹。這裏主要介(jiè)紹幾種固體電阻熱為能源的電(diàn)阻焊,主要(yào)有點焊、縫焊、凸焊(hàn)及對(duì)焊等。電阻焊一般是使工(gōng)件處在一定電極壓力作用下並利用(yòng)電流通過工件(jiàn)時所產生(shēng)的電阻熱將兩工件之間的接觸表麵熔化而實現連接(jiē)的焊接方法。通常使用較大的電流。為了防止在接觸麵上發生電弧並且為了鍛壓焊縫(féng)金屬,焊接過程中始終要施加(jiā)壓力。進行這一類電阻焊時,被焊工件(jiàn)的表麵善對於獲得穩定的(de)焊接質量是頭等重要的。因此,焊前必須(xū)將電極與工件以及工件與工件間(jiān)的接觸表麵進行清(qīng)理。點焊(hàn)、縫焊和凸焊的牾在於焊接電流(單相)大(幾千至幾萬安培),通電時間短(幾周波至幾秒),設備昂(áng)貴、複雜,生產率高,因此適於大批量生產。主要用於焊接厚度小於3mm的薄板組(zǔ)件。各類鋼材、鋁、鎂等有色金屬及其合金、不鏽(xiù)鋼等均可焊接。
三、高能束(shù)焊這一類焊接方法:
電子束焊(hàn)和(hé)激(jī)光焊。
1、電子束焊
電子(zǐ)束焊是以集中的高速電子束(shù)轟擊工件表麵時所產生的(de)熱能進行焊接的方法。電子束焊接時,由電子槍產生電(diàn)子束並加速。常用的電子束焊(hàn)有:高真空電子束焊、低真空電子束焊和非真空電子(zǐ)束焊。前兩種方法都是在真空(kōng)室內進行。焊接準備時間(主要是抽真空時間)較長,工件尺寸受真空室(shì)大小限製。電子束焊與電弧(hú)焊相比(bǐ),主要的特點是焊縫熔深(shēn)大、熔寬小、焊縫金(jīn)屬純度高。它既可以用在很薄材料(liào)的精密焊接(jiē),又可以(yǐ)用在很厚的(zui厚達300mm)構件焊接(jiē)。所有用其它焊接方法能進行熔化焊的金屬及合金都可以用電子束焊接。主要用(yòng)於要求(qiú)高質(zhì)量的產品的焊接。還能解決異種(zhǒng)金屬、易氧化金屬及難熔金屬的焊接。但不適於大批量產品。
2、激光焊
激(jī)光焊是利用大功率相幹單色光子流聚焦而成的激光束(shù)為熱源進行的焊接。這種焊接方法通常有連續功率激光焊和脈衝功率激光焊。激(jī)光(guāng)焊優點是(shì)不需要在真(zhēn)空中進(jìn)行,缺點則是穿透(tòu)力不(bú)如電子束焊強。激光焊時能進行精確的能量控製,因而(ér)可以(yǐ)實現精密微型器件的焊接。它能應用於很多金屬,特別是能解決一(yī)些難焊金屬及異種金屬的焊接。
四、釺焊:
釺焊的(de)能源可以是化學反應熱,也可以是間接(jiē)熱能(néng)。它是利用熔點比被焊材料的熔點低的金屬作(zuò)釺料(liào),經過加熱使釺料熔化,靠(kào)毛細管作用將釺料及入到接頭接觸麵的間隙內,潤濕(shī)被焊金屬表麵,使液相與固相之間互擴(kuò)散而形成(chéng)釺焊接頭。因此,釺焊是一種固相兼液相的焊接方法。釺焊加熱溫度較(jiào)低,母(mǔ)材不熔(róng)化,而且也(yě)不(bú)需施加壓力。但焊前必須采取一定的措施清除被焊工件表麵的油汙、灰塵、氧化膜等。這是使工件(jiàn)潤濕(shī)性好、確保接頭質量的(de)重要保證。釺料的液(yè)相線濕度高於450℃而低於母材金屬的熔(róng)點時,稱(chēng)為硬釺焊;低於450℃時,稱為軟(ruǎn)釺焊。根據熱源或加熱方法不同釺焊(hàn)可分為:火焰(yàn)釺焊、感應釺焊、爐中釺(qiān)焊、浸沾釺焊、電阻釺焊等。釺焊時由(yóu)於加(jiā)熱溫度比較低,故對工件材料的性能影響較小,焊(hàn)件的應力(lì)變形也較小。但釺焊(hàn)接頭的強度一般比較低,耐熱能力較差。釺焊可以用於焊接碳鋼、不鏽鋼、高溫合金、鋁、銅(tóng)等金屬材料,還可以(yǐ)連接異種金屬、金屬與非(fēi)金屬。適於焊接受載不大或常(cháng)溫下工作的接頭,對於精(jīng)密的、微型的以及複雜的多釺縫的焊件尤其適用。
五、其它焊接方法這些焊接方法屬於不同程度的專門化的焊接方法:
其適用(yòng)範圍較窄。主要包括以電阻熱為能源的電渣焊、高(gāo)頻焊;以化學(xué)能(néng)為焊接能源的氣焊、氣壓焊、爆炸焊;以機械能(néng)為焊(hàn)接能(néng)源的摩擦焊、冷壓焊、超聲波焊、擴散焊(hàn)。
1、電渣焊
如前麵所述,電渣焊是以熔渣的電(diàn)阻熱為(wéi)能(néng)源的焊接方法。焊接(jiē)過程是在立焊位置、在由兩工件端麵與兩側水冷銅滑塊形成的裝(zhuāng)配間隙內進行。焊接時(shí)利用電(diàn)流通過熔渣(zhā)產生(shēng)的電(diàn)阻熱將工件端部熔化。根據焊接時所用的電極形狀,電渣焊(hàn)分為絲極電渣焊(hàn)、板極電渣(zhā)焊和熔嘴電渣焊。電渣焊的優點是:可焊的工件厚度大(從30mm到大於1000mm),生產率高(gāo)。主(zhǔ)要用於在斷麵對接接頭及丁字接頭的焊(hàn)接。電(diàn)渣焊可用於各種(zhǒng)鋼結構的焊接,也可用於鑄件的組焊。電渣焊接頭由於加(jiā)熱及冷卻均較慢,熱影響區寬、顯微組織粗大、韌(rèn)性、因此焊接以後一般須進行正(zhèng)火處(chù)理。
2、高頻焊
同(tóng)頻焊是以固體(tǐ)電阻熱為能源。焊接時利用高頻電流在工(gōng)件內產生的(de)電阻熱使工件焊接區表層加熱到熔化或接近的塑性狀(zhuàng)態,隨即施加(或不施(shī)加)頂鍛力而實現金屬的結合。因此它是一種固(gù)相電阻焊方法。高頻焊根據高頻電流在工(gōng)件中產生(shēng)熱的(de)方式可分為接觸高頻焊和感應高頻焊。接(jiē)觸高頻焊時,高頻電流通過與工件機械接(jiē)觸而傳入工件。感應高頻焊時,高頻電(diàn)流通(tōng)過工件外部感應圈(quān)的耦合作用而在工件內產生感應電流。高頻(pín)焊是專業化較強的焊接方法(fǎ),要根據產品配備專用設備。生產率高,焊接速度(dù)可達(dá)30m/min。主(zhǔ)要用(yòng)於製造管(guǎn)子時縱縫或螺旋縫的焊接。
3、氣(qì)焊(hàn)
氣焊是用氣體火焰為熱源的一種(zhǒng)焊接方法。應用zui多的是以乙炔氣作燃料的氧-乙炔火焰。由於設備簡單(dān)使操作方便,但氣焊加熱速度(dù)及生產率較低,熱影響區較大,且容易引起較大的(de)變形。氣焊可用於很(hěn)多黑色金屬、有(yǒu)色(sè)金屬(shǔ)及合金的焊接。一般適(shì)用於維修及單件薄板焊接。
4、氣壓焊
氣壓焊和氣焊一(yī)樣,氣壓焊也是以氣體火焰為熱源。焊接時將兩對接的工件(jiàn)的端部加熱到一定溫度,後再施加足夠的壓力以獲得牢固(gù)的接頭。是一種固相(xiàng)焊接。氣壓焊時不加填(tián)充金屬,常用於鐵軌焊接和鋼筋焊接。
5、爆炸焊
爆炸焊也是以化學反應熱為能源的另一種固相焊接方法。但它是利(lì)用炸爆炸所產生的能量來實現金屬連接的。在爆炸波作用下,兩(liǎng)件金屬在不到一秒的時間內即可被加速撞擊形成金屬的結合(hé)。在各種焊接方法中,爆(bào)炸焊可以焊接的異種金(jīn)屬的組合(hé)的範圍zui廣。可以用爆炸焊將冶金上不相容的兩種金屬焊成為各種過渡接頭。爆炸焊多用於表麵(miàn)積相當大的平板包覆,是製造複合板(bǎn)的高效方法。
6、摩擦焊
摩擦焊是以(yǐ)機械能(néng)為能源的固相焊接。它是利用兩表麵(miàn)間機械(xiè)摩擦所產生的熱來實(shí)現金屬的連接的。摩擦焊的熱量集(jí)中在接合麵處,因此熱影響區窄。兩表麵間須施加壓力,多數情況是在加熱終止時增大壓力,使(shǐ)熱態金屬受頂鍛而結合,一般結合麵並不熔化。摩擦焊生產率較(jiào)高,原理上幾乎所(suǒ)有(yǒu)能進行熱鍛的金屬都能摩擦(cā)焊接。摩擦(cā)焊還可以用於(yú)異種金屬的焊接。要適用(yòng)於橫斷(duàn)麵為圓形的zui大直(zhí)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。進行超聲波焊時,焊接工件在較低的靜(jìng)壓力下,由聲極發出的(de)高頻振動能使接合麵產生強裂摩擦並(bìng)加熱到焊接溫度而形成結合。超聲波焊可以(yǐ)用於大多(duō)數金屬材料之間的焊接,能實現金屬、異種金屬及金屬與非金屬間的焊接。可適用於金屬絲、箔或2~3mm以下的薄板金屬接(jiē)頭的重複(fù)生(shēng)產。
8、擴(kuò)散焊擴(kuò)散焊一般是以間接(jiē)熱能為能源的固(gù)相焊(hàn)接方法。通常是在真空或(huò)保護氣(qì)氛下進行(háng)。焊接時使兩被焊工件的表麵(miàn)在高溫和較大壓力下接觸並保溫一定時間(jiān),以達到原子間距離,經過原子樸素相互擴(kuò)散而(ér)結(jié)合。焊前不僅需要(yào)清洗工件表麵的氧化物等雜質(zhì),而且表麵粗糙度要低於一定值才能保證焊接質量。擴散(sàn)焊對被焊材料的性能幾乎不產生有害作(zuò)用。它可以焊接很多(duō)同種和異種金屬以及一些非金屬材料,如(rú)陶瓷等。擴(kuò)散焊可以焊接複雜(zá)的(de)結(jié)構及厚度相差很大的工件(jiàn)。