焊接工艺基础知识

常见的金属焊接方法,弧焊压力焊钎焊,常见的弧焊方式,常见的压力焊方式,1.1手工电弧焊,手工电弧焊是利用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法，简称手弧焊特点1、设备简单。2、操作灵活方便。3、能进行全位置焊接适合焊接多种材料。4、不足之处是生产效率低劳动强度大。,1.1手工电弧焊,焊条可以分为酸性焊条和碱性焊条药皮中含有多量酸性氧化物（TiO2、SiO2 等）的焊条称为酸性焊条药皮中含有多量碱性氧化物（CaO、Na2O等）的称为碱性焊条酸性焊条能交直流两用，焊接工艺性能较好，但焊缝的力学性能，特别是冲击韧度较差，适用于一般低碳钢和强度较低的低合金结构钢的焊接，是应用最广的焊条碱性焊条的焊缝具有良好的抗裂性和力学性能，但工艺性能较差，一般用直流电源施焊，主要用于重要结构（如锅炉、压力容器和合金结构钢等）的焊接。,1.1手工电弧焊,V形和Y形坡口的加工和施焊方便(不必翻转焊件)，但焊后容易产生角变形。双Y形坡口是在V形坡口的基础上发展的。当焊件厚度增大时，采用双Y形代替V形坡口，在同样厚度下，可减少焊缝金属量约1/2，并且可对称施焊，焊后的残余变形较小。缺点是焊接过程中要翻转焊件，在筒形焊件的内部施焊，使劳动条件变差。U形坡口的填充金属量在焊件厚度相同的条件下比V形坡口小得多，但这种坡口的加工较复杂。,1.2氩弧焊,氩弧焊，是使用氩气作为保护气体的一种焊接技术。1又称氩气体保护焊。就是在电弧焊的周围通上氩气保护气体，将空气隔离在焊区之外，防止焊区的氧化。,钨极氩弧焊的分类,1.2钨极氩弧焊的优缺点,优点 氩气能有效地隔绝周围空气，不溶于金属，不和金属反应，自动清除熔池表面氧化膜的作用。因此，可成功地焊接易氧化、化学活泼性强的强的有色金属、不锈钢和各种合金。钨极电弧稳定，即使在很小的焊接电流(10A)下仍可稳定地燃烧，特别适合于薄板、超薄板材料的焊接。热源和填充焊丝可分别控制，因而热输入容易调节，可进行各种位置的焊接，也是实现单面焊双面成形的理想方法。由于填充焊丝熔滴不通过电弧，故不会产生飞溅，焊缝成形美观。,1.2钨极氩弧焊的优缺点,缺点 焊缝熔深浅，熔敷速度小，产生率较低。钨极承载电流的能力较差，过大的电流会引起钨极熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池，造成污染(夹钨)。惰性气体(氩气、氮气)较贵，和其他电弧焊手法(如交流手工弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊等)比较，生产成本较高。,钨极氩弧焊的设备,钨极氩弧焊的正反接,采用直流反接时，焊件是阴极，质量较大的氩正离子流向焊件，撞击金属熔池表面，可将铝镁等金属表面致密难溶的氧化膜击碎，这种现象称为“阴极击碎”作用。但直流反接时，钨极因接正极温度较高，容易过热易烧损。采用直流正接，没有“阴极破碎”作用，适用于焊接不锈钢、耐热钢、钛、铜及其合金,钨极氩弧焊的电源种类及极性,1.3 CO2气体保护焊,二氧化碳气体保护焊是焊接方法中的一种，是以二氧化碳气为保护气体，进行焊接的方法。一般分为自动和半自动两种。,1.3 CO2气体保护焊的优点,1焊接成本低。其成本只有埋弧焊、焊条电弧焊的4050%。2生产效率高。其生产率是焊条电弧焊的14倍。3操作简便。明弧，对工件厚度不限，可进行全位置焊接而且可以向下焊接。4焊缝抗裂性能高。焊缝低氢且含氮量也较少。5焊后变形较小。角变形为千分之五，不平度只有千分之三。6焊接飞溅小。当采用超低碳合金焊丝或药芯焊丝，或在CO2中加入Ar，都可以降低焊接飞溅。,1.3CO2气体保护焊的设备,1.3CO2气体保护焊的常见缺陷,1.3CO2气体保护焊的常见缺陷,1.3CO2气体保护焊的常见缺陷,1.3CO2气体保护焊的常见缺陷,1.3CO2气体保护焊的常见缺陷,1.3CO2气体保护焊的常见缺陷,1.4.等离子焊,等离子弧焊（PAW，Plasma Arc Welding）是利用等离子弧作为热源的焊接方法。气体由电弧加热产生离解，在高速通过水冷喷嘴时受到压缩，增大能量密度和离解度，形成等离子弧。它的稳定性、发热量和温度都高于一般电弧，因而具有较大的熔透力和焊接速度。形成等离子弧的气体和它周围的保护气体一般用氩。根据各种工件的材料性质，也有使用氦、氮、氩或其中两者混合的混合气体的。,1.4.等离子焊的特点,（1）微束等离子弧焊可以焊接箔材和薄板。（2）具有小孔效应，能较好实现单面焊双面自由成形。（3）等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强，1012mm厚度钢材可不开坡口，能一次焊透双面成形，焊接速度快，生产率高，应力变形小。（4）设备比较复杂，气体耗量大，只宜于室内焊接。,等离子焊的分类,按焊缝成形原理，等离子弧焊有下列三种基本方法：穿孔型等离子弧焊熔透型等离子弧焊微束等离子弧焊其他类型：脉冲等离子弧焊、交流等离子弧焊、变极性等离子弧焊等。,穿孔型等离子弧焊,该焊法可实现一定厚度范围内的金属单面焊双面成形。 焊接过程： 利用等离子弧能量密度大和等离子流吹力大的特点，将工件完全熔透，并在熔池上产生一个贯穿焊件的小孔。等离子弧通过小孔从背面喷出，被熔化的金属在电弧吹力、液体金属重力和表面张力相互作用下保持平衡。,穿孔型等离子弧焊,焊件太薄 由于小孔不能被液体金属完全封闭，故不 能实现小孔焊接法。 焊件太厚 受到等离子弧能量密度的限制，形成小孔困难。会因熔化金属多，液体金属的质量大于表面张力的承托能力而流失，不能保持熔池金属平衡，严重时将会形成小孔空腔而造成切割现象。 等离子弧焊（小孔技术）一次焊透的厚度,熔透型等离子弧焊,采用较小的焊接电流（30100A）和较低的离子气流量，采用混合型等离子弧焊接的方法。在焊接过程中不形成小孔效应，焊件背面无“尾焰”。液态金属熔池在弧柱的下面，靠熔池金属的热传导作用熔透母材，实现焊透。,熔透型等离子弧焊,焊件厚度：主要用于薄板（0.52.5mm）的焊接。厚板多层焊的第二层及以后各层的焊接。应 用 焊接速度快，焊缝美观，焊缝质量好，成本低，等离子焊接已广泛运用于设备制造业中对各种型式的接头进行焊接、医疗设备、真空装置、薄板加工、波纹管、仪表、传感器、汽车部件、化工密封件等,微束等离子弧焊,维弧的作用在小电流（小于10A）时帮助和维持转移弧工作。 当维弧电流大于2A时，转移型等离子弧在小至0.1A焊接电流下仍可稳定燃烧，因此小电流时微束等离子弧十分稳定。应用：微束等离子焊更是在实际运用中显露出巨大的优势，其焊缝质量可与激光焊比美。,1.4激光焊,激光焊是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的一种高效精密的焊接方法.,激光焊的原理,激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104-105 W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105-107 W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。,激光焊的原理,热传导型焊接：激光束辐射加热待加工工件表面，表面温度升高，通过热传导使得表层一下一定深度受热，在一定的激光工艺参数（如激光功率，脉冲宽度等）得到特定的熔池，通过激光束的移动，达到焊接工件的目的。,激光深熔焊接：当激光功率密度达到特定值，待加工工件表面材料汽化形成小孔，吸收了激光能量的小孔内部温度很高，使得其周围金属熔化。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。小孔随着激光束的移动而移动，液态金属向反方向流动填充小孔移开后留下的空隙，并冷却形成焊缝。,激光焊的特点,（1）激光焊接属于非接触性焊接过程，机具的损耗与变形可降至最低。（2）焊缝窄，熔深比大，焊接接头热影响区小，焊后工件变形小。（3）不需要在真空条件下进行，焊接不受磁场影响。（比之于电子束焊）（4）激光束可以聚焦到很小的区域，适合进行小型件的焊接。（5）可焊材质范围大，能够实现难焊金属的焊接，可用于异种金属焊接。（6）柔性大，易于实现高速自动化焊接，等等。,激光焊的特点,可穿过透明介质对密闭容器内的工件进行焊接；激光束不受电磁干扰，无磁偏吹现象存在，适宜于磁性材料焊接不需真空室，不产生X射线，观察及对中方便。激光焊的不足之处是设备的一次性投资大，特别是高功率连续激光器，价格昂贵；激光器的电光转换及整体运行效率都很低，光束能量转换率仅为1020；对高反射率的金属直接进行焊接比较困难。,激光焊的特点,（1）激光器及焊接系统各配件价格昂贵，初期投资成本高。（2）激光焊接的聚焦光斑较小，因此对工件接头的装配精度要求较高。（3）固体材料对激光的吸收率低，能量转化率较低，不足10%。（4）焊接过程中可能产生等离子体，影响焊接质量。,激光焊在汽车行业的应用,1.5埋弧焊,埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。这种方法是利用焊丝和焊件之间燃烧的电弧产生热量，熔化焊丝、焊剂和母材而形成焊缝的。 焊丝：作为填充金属 焊剂：对焊接区起保护和合金化作用。 由于焊接时电弧掩埋在焊剂层下燃烧，电弧光不外露，因此被称为埋弧焊。,1.5埋弧焊,埋弧焊焊接过程a) 焊接过程 b) 纵向断面 c) 横向断面1焊剂 2焊丝 3电弧 4熔池 5熔渣 6焊缝 7工件 8焊渣 9焊剂漏斗 10送丝滚轮 11导电嘴 c,1.5埋弧焊,优点：生产效率高埋弧焊所用的焊接电流可大到1000A以上，因而电弧的熔深能力和焊丝熔敷效率都比较大。焊接质量好一方面由于埋弧焊的焊接参数通过电弧自动调节系统的调节能够保持稳定，对焊工操作技术要求不高，因而焊缝成形好、成分稳定；另一方面也与采用熔渣进行保护，隔离空气的效果好有关。劳动条件好埋弧自动焊时，没有刺眼的弧光，也不需要焊工手工操作。这既能改善作业环境，也能减轻劳动强度。节约金属及电能对于2025mm厚以下的焊件可以不开坡口焊接，这既可节省由于加工坡口而损失的金属，也可使焊缝中焊丝的填充量大大减少。同时，由于焊剂的保护，金属的烧损和飞溅也大大减少。由于埋弧焊的电弧热量能得到充分的利用，单位长度焊缝上所消耗的电能也大大降低。,1.5埋弧焊,缺点 焊接适用的位置受到限制 由于采用颗粒状的焊剂进行焊接，因此一般只适用于平焊位置（俯位）的焊接，如平焊位置的对接接头、平焊位置和横焊位置的角接接头以及平焊位置的堆焊等。对于其它位置，则需要采用特殊的装置以保证焊剂对焊缝区的覆盖。 焊接厚度受到限制由于埋弧焊时，当焊接电流小于100A