焊接基础知识.doc

金属焊接是指通过适当的手段，使两个分离的金属物体（同种金属或异种金属）产生原子（分子）间结合而连接成一体的连接方法。 在各种产品制造工业中，焊接与切割（热切割）是一种十分重要的加工工艺。据工业发达国家统计,每年仅需要进行焊接加工后使用的钢材就占钢总产量的45%左右。 焊接不仅可以解决各种钢材的连接，而且还可以解决铝、铜等有色金属及钛、锆等特种金属材料的连接，因而已广泛应用于机械制造、造船、海洋开发、汽车制造、石油化工、航天技术、原子能、电力、电子技术及建筑等部门。 随着现代工业生产的需要和科学技术的蓬勃发展，焊接技术不断进步。仅以新型焊接方法而言，到目前为止，已达数十种之多。 生产中选择焊接方法时，不但要了解各种焊接方法的特点和选用范围，而且要考虑产品的要求，然后还要根据所焊产品的结构、材料以及生产技术等条件作出初步选择。 首先讨论焊接方法分类，然后概括介绍各种焊接方法的特点和选用的范围。其次简要介绍如何根据产品的要求和特点选择在技术和经济上最适宜的焊接方法的基本知识，以供那些需要从事焊接生产的工程技术人员参考。最后提出焊接技术在各个方面的发展，希望对于关心焊接新技术的较有经验的焊接技术人员在发展或采用新技术时有所帮助。 一、焊接方法分类 焊接方法各类繁多，而且新的方法仍在不断涌现，因此如何对焊接方法进行科学的分类是一个十分重要的问题。正确的分类不仅可以帮助读者了解、学习各种焊接方法的特点和本质，而且可以为科学工作者开发新的焊接技术提供有力根据。目前，国内外著作中焊接方法分类法种类甚多，各有差异。本手册首先对现有分类法进行简单描述和评论，然后提出一种新的分类方法，讨论其原则和优点。并将它作为本卷各章编写的依据。 1族系法 本分类方法基本上是根据焊接工艺中某几个特征将焊接方法分为若干大类，然后进一步根据其它特征细分为若干小类，如此等等，形成族系。这种分类法在目前各种著作中应用最多。在此分类法中，首先将焊接方法划分为三大类，即熔化焊、固相焊和钎焊。其次，将每一大类方法，例如熔化焊、固相焊和钎焊。其次，将每一大类方法，例如溶化焊，按能源种类细分为电弧焊、气焊、铝热焊、电渣焊等类。然后有的如电弧焊，再细分为熔化极的、各种保护方法的焊接方法。 按焊接工艺特征分类时，分类的层次可多可少，比较灵活，其主次关系己也比较明确。这是优点。但是，这种分类法往往没有明确的、一致的分类原则，例如表11中，分大类时与后面几层分类时根据的原则是不一致的。三大类特征之间也没有一定的、一致的分类原则。例如熔化焊是以焊接过程中是否熔化和结晶为准则；钎焊则以钎料为划分的主要根据。因此，对于某一种焊接方法，可能因强调的特点不同而有不同的分类，例如点焊、闪光焊、熔化气压焊。 此外，由于上下各主次分类之间界限过于机械，不可能跨界交叉分类，以致有些焊接方法无法归类，例如扩散钎焊，热喷涂等。 二、焊接方法介绍 1电弧焊 电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法。它包括有：手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。 绝大部分电弧焊是以电极与工件之间燃烧的电弧作热源。在形成接头时，可以采用也可以不采用填充金属。所用的电极是在焊接过程中熔化的焊丝时，叫作熔化极电弧焊，诸如手弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊、管状焊丝电弧焊等；所用的电极是在焊接过程中不熔化的碳棒或钨棒时，叫作不熔化极电弧焊，诸如钨极氩弧焊、等离子弧焊等。 （1）手弧焊 手弧焊是各种电弧焊方法中发展最早、目前仍然应用最广的一种焊接方法。它是以外部涂有涂料的焊条作电极和填充金属，电弧是在焊条的端部和被焊工件表面之间燃烧。涂料在电弧热作用下一方面可以产生气体以保护电弧，另一方面可以产生熔渣覆盖在熔池表面，防止熔化金属与周围气体的相互作用。熔渣的更重要作用是与熔化金属产生物理化学反应或添加合金元素，改善焊缝金属性能。 手弧焊设备简单、轻便，操作灵活。可以应用于维修及装配中的短缝的焊接，特别是可以用于难以达到的部位的焊接。手弧焊配用相应的焊条可适用于大多数工业用碳钢、不锈钢、铸铁、铜、铝、镍及其合金。 （2）埋弧焊 埋弧焊是以连续送时的焊丝作为电极和填充金属。焊接时，在焊接区的上面覆盖一层颗粒状焊剂，电弧在焊剂层下燃烧，将焊丝端部和局部母材熔化，形成焊缝。 在电弧热的作用下，上部分焊剂熔化熔渣并与液态金属发生冶金反应。熔渣浮在金属熔池的表面，一方面可以保护焊缝金属，防止空气的污染，并与熔化金属产生物理化学反应，改善焊缝金属的万分及性能；另一方面还可以使焊缝金属缓慢泠却。 埋弧焊可以采用较大的焊接电流。与手弧焊相比，其最大的优点是焊缝质量好，焊接速度高。因此，它特别适于焊接大型工件的直缝的环缝。而且多数采用机械化焊接。 埋弧焊已广泛用于碳钢、低合金结构钢和不锈钢的焊接。由于熔渣可降低接头冷却速度，故某些高强度结构钢、高碳钢等也可采用埋弧焊焊接。 （3）钨极气体保护电弧焊 这是一种不熔化极气体保护电弧焊，是利用钨极和工件之间的电弧使金属熔化而形成焊缝的。焊接过程中钨极不熔化，只起电极的作用。同时由焊炬的喷嘴送进氩气或氦气作保护。还可根据需要另外添加金属。在国际上通称为TIG焊。 钨极气体保护电弧焊由于能很好地控制热输入，所以它是连接薄板金属和打底焊的一种极好方法。这种方法几乎可以用于所有金属的连接，尤其适用于焊接铝、镁这些能形成难熔氧化物的金属以及象钛和锆这些活泼金属。这种焊接方法的焊缝质量高，但与其它电弧焊相比，其焊接速度较慢。 （4）等离子弧焊 等离子弧焊也是一种不熔化极电弧焊。它是利用电极和工件之间地压缩电弧（叫转发转移电弧）实现焊接的。所用的电极通常是钨极。产生等离子弧的等离子气可用氩气、氮气、氦气或其中二者之混合气。同时还通过喷嘴用惰性气体保护。焊接时可以外加填充金属，也可以不加填充金属。 等离子弧焊焊接时，由于其电弧挺直、能量密度大、因而电弧穿透能力强。等离子弧焊焊接时产生的小孔效应，对于一定厚度范围内的大多数金属可以进行不开坡口对接，并能保证熔透和焊缝均匀一致。因此，等离子弧焊的生产率高、焊缝质量好。但等离子弧焊设备（包括喷嘴）比较复杂，对焊接工艺参数的控制要求较高。 钨极气体保护电弧焊可焊接的绝大多数金属，均可采用等离子弧焊接。与之相比，对于1mm以下的极薄的金属的焊接，用等离子弧焊可较易进行。 （5）熔化极气体保护电弧焊 这种焊接方法是利用连续送进的焊丝与工件之间燃烧的电弧作热源，由焊炬喷嘴喷出的气体保护电弧来进行焊接的。 熔化极气体保护电弧焊通常用的保护气体有：氩气、氦气、CO2气或这些气体的混合气。以氩气或氦气为保护气时称为熔化极惰性气体保护电弧焊（在国际上简称为MIG焊）；以惰性气体与氧化性气体(O2,CO2)混合气为保护气体时，或以CO2气体或CO2O2混合气为保护气时，或以CO2气体或CO2O2混合气为保护气时，统称为熔化极活性气体保护电弧焊（在国际上简称为MAG焊）。 熔化极气体保护电弧焊的主要优点是可以方便地进行各种位置的焊接，同时也具有焊接速度较快、熔敷率高等优点。熔化极活性气体保护电弧焊可适用于大部分主要金属，包括碳钢、合金钢。熔化极惰性气体保护焊适用于不锈钢、铝、镁、铜、钛、锆及镍合金。利用这种焊接方法还可以进行电弧点焊。 （6）管状焊丝电弧焊 管状焊丝电弧焊也是利用连续送进的焊丝与工件之间燃烧的电弧为热源来进行焊接的，可以认为是熔化极气体保护焊的一种类型。所使用的焊丝是管状焊丝，管内装有各种组分的焊剂。焊接时，外加保护气体，主要是CO。焊剂受热分解或熔化，起着造渣保护溶池、渗合金及稳弧等作用。 管状焊丝电弧焊除具有上述熔化极气体保护电弧焊的优点外，由于管内焊剂的作用，使之在冶金上更具优点。管状焊丝电弧焊可以应用于大多数黑色金属各种接头的焊接。管状焊丝电弧焊在一些工业先进国家已得到广泛应用。 2.电阻焊 这是以电阻热为能源的一类焊接方法，包括以熔渣电阻热为能源的电渣焊和以固体电阻热为能源的电阻焊。由于电渣焊更具有独特的特点，故放在后面介绍。这里主要介绍几种固体电阻热为能源的电阻焊，主要有点焊、缝焊、凸焊及对焊等。 电阻焊一般是使工件处在一定电极压力作用下并利用电流通过工件时所产生的电阻热将两工件之间的接触表面熔化而实现连接的焊接方法。通常使用较大的电流。为了防止在接触面上发生电弧并且为了锻压焊缝金属，焊接过程中始终要施加压力。 进行这一类电阻焊时，被焊工件的表面善对于获得稳定的焊接质量是头等重要的。因此，焊前必须将电极与工件以及工件与工件间的接触表面进行清理。 点焊、缝焊和凸焊的牾在于焊接电流（单相）大（几千至几万安培），通电时间短（几周波至几秒），设备昂贵、复杂，生产率高，因此适于大批量生产。主要用于焊接厚度小于3mm的薄板组件。各类钢材、铝、镁等有色金属及其合金、不锈钢等均可焊接。 3高能束焊 这一类焊接方法包括：电子束焊和激光焊。 （1）电子束焊 电子束焊是以集中的高速电子束轰击工件表面时所产生的热能进行焊接的方法。 电子束焊接时，由电子枪产生电子束并加速。常用的电子束焊有：高真空电子束焊、低真空电子束焊和非真空电子束焊。前两种方法都是在真空室内进行。焊接准备时间 （主要是抽真空时间）较长，工件尺寸受真空室大小限制。 电子束焊与电弧焊相比，主要的特点是焊缝熔深大、熔宽小、焊缝金属纯度高。它既可以用在很薄材料的精密焊接，又可以用在很厚的（最厚达300mm）构件焊接。所有用其它焊接方法能进行熔化焊的金属及合金都可以用电子束焊接。主要用于要求高质量的产品的焊接。还能解决异种金属、易氧化金属及难熔金属的焊接。但不适于大批量产品。 （2）激光焊 激光焊是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接。这种焊接方法通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。 激光焊优点是不需要在真空中进行，缺点则是穿透力不如电子束焊强。激光焊时能进行精确的能量控制，因而可以实现精密微型器件的焊接。它能应用于很多金属，特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。 4钎焊 钎焊的能源可以是化学反应热，也可以是间接热能。它是利用熔点比被焊材料的熔点低的金属作钎料，经过加热使钎料熔化，靠毛细管作用将钎料及入到接头接触面的间隙内，润湿被焊金属表面，使液相与固相之间互扩散而形成钎焊接头。因此，钎焊是一种固相兼液相的焊接方法。 钎焊加热温度较低，母材不熔化，而且也不需施加压力。但焊前必须采取一定的措施清除被焊工件表面的油污、灰尘、氧化膜等。这是使工件润湿性好、确保接头质量的重要保证。 钎料的液相线湿度高于450而低于母材金属的熔点时，称为硬钎焊；低于450时，称为软钎焊。 根据热源或加热方法不同钎焊可分为：火焰钎焊、感应 钎焊、炉中钎焊、浸沾钎焊、电阻钎焊等。 钎焊时由于加热温度比较低，故对工件材料的性能影响较小，焊件的应力变形也较小。但钎焊接头的强度一般比较低，耐热能力较差。 钎焊可以用于焊接碳钢、不锈钢、高温合金、铝、铜等金属材料，还可以连接异种金属、金属与非金属。适于焊接受载不大或常温下工作的接头，对于精密的、微型的以及复杂的多钎缝的焊件尤其适用。 5其它焊接方法 这些焊接方法属于不同程度的专门化的焊接方法，其适用范围较窄。主要包括以电阻热为能源的电渣焊、高频焊；以化学能为焊接能源的气焊、气压焊、爆炸焊；以机械能为焊接能源的摩擦焊、冷压焊、超声波焊、扩散焊。 （1）电渣焊 如前面所述，电渣焊是以熔渣的电阻热为能源的焊接方法。焊接过程是在立焊位置、在由两工件端面与两侧水冷铜滑块形成的装配间隙内进行。焊接时利用电流通过熔渣产生的电阻热将工件端部熔化。 根据焊接时所用的电极形状，电渣焊分为丝极电渣焊、板极电渣焊和熔嘴电渣焊。 电渣焊的优点是：可焊的工件厚度大（从30mm到大于1000mm），生产率高。主要用于在断面对接接头及丁字接头的焊接。 电渣焊可用于各种钢结构的焊接，也可用于铸件的组焊。电渣焊接头由于加热及冷却均较慢，热影响区宽、显微组织粗大、韧性、因此焊接以后一般须进行正火处理。 （2）高频焊 同频焊是以固体电阻热为能源。焊接时利用高频电流在工件内产生的电阻热使工件焊接区表层加热到熔化或接近的塑性状态，随即施加（或不施加）顶锻力而实现金属的结合。因此它是一种固相电阻焊方法。 高频焊根据高频电流在工件中产生热的方式可分为接触高频焊和感应高频焊。接触高频焊时，高频电流通过与工件机械接触而传入工件。感应高频焊时，高频电流通过工件外部感应圈的耦合作用而在工件内产生感应电流。 高频焊是专业化较强的焊接方法，要根据产品配备专用设备。生产率高，焊接速度可达30m/min。主要用于制造管子时纵缝或螺旋缝的焊接。 （3）气焊 气焊是用气体火焰为热源的一种焊接方法。应用最多的是以乙炔气作燃料的氧乙炔火焰。由于设备简单使操作方便，但气焊加热速度及生产率较低，热影响区较大，且容易引起较大的变形。 气焊可用于很多黑色金属、有色金属及合金的焊接。一般适用于维修及单件薄板焊接。 （4）气压焊 气压焊和气焊一样，气压焊也是以气体火焰为热源。焊接时将两对接的工件的端部加热到一定温度，后再施加足够的压力以获得牢固的接头。是一种固相焊接。 气压焊时不加填充金属，常用于铁轨焊接和钢筋焊接。 （5）爆炸焊 爆炸焊也是以化学反应热为能源的另一种固相焊接方法。但它是利用炸药爆炸所产生的能量来实现金属连接的。在爆炸波作用下，两件金属在不到一秒的时间内即可被加速撞击形成金属的结合。 在各种焊接方法中，爆炸焊可以焊接的异种金属的组合的范围最广。可以用爆炸焊将冶金上不相容的两种金属焊成为各种过渡接头。爆炸焊多用于表面积相当大的平板包覆，是制造复合板的高效方法。 （6）摩擦焊 摩擦焊是以机械能为能源的固相焊接。它是利用两表面间机械摩擦所产生的热来实现金属的连接的。 摩擦焊的热量集中在接合面处，因此热影响区窄。两表面间须施加压力，多数情况是在加热终止时增大压力，使热态金属受顶锻而结合，一般结合面并不熔化。 摩擦焊生产率较高，原理上几乎所有能进行热锻的金属都能摩擦焊接。摩擦焊还可以用于异种金属的焊接。要适用于横断面为圆形的最大直径为100mm的工件。 （7）超声波焊 超声波焊也是一种以机械能为能源的固相焊接方法。进行超声波焊时，焊接工件在较低的静压力下，由声极发出的高频振动能使接合面产生强裂摩擦并加热到焊接温度而形成结合。 超声波焊可以用于大多数金属材料之间的焊接，能实现金属、异种金属及金属与非金属间的焊接。可适用于金属丝、箔或23mm以下的薄板金属接头的重复生产。 （8）扩散焊 扩散焊一般是以间接热能为能源的固相焊接方法。通常是在真空或保护气氛下进行。焊接时使两被焊工件的表面在高温和较大压力下接触并保温一定时间，以达到原子间距离，经过原子朴素相互扩散而结合。焊前不仅需要清洗工件表面的氧化物等杂质，而且表面粗糙度要低于一定值才能保证焊接质量。 扩散焊对被焊材料的性能几乎不产生有害作用。它可以焊接很多同种和异种金属以及一些非金属材料，如陶瓷等。 扩散焊可以焊接复杂的结构及厚度相差很大的工件。 三、焊接方法的选择 1产品特点 （1）产品结构类型 焊接的产品按结构特点大致可分为以四大类。 1）结构类 如桥梁、建筑工程、石油化工容器等。 2）机构零件类 如汽车零部件等。 3）半成品类 如工字梁、管子等。 4）微电子器件类。 这些不同结构的产品由于焊缝的长短、形状、焊接位置等各不相同，因而适用的焊接方法也会不同。 结构类产品中规则的长焊缝和环缝宜用埋弧焊。手弧焊用于打底焊和短焊缝焊接。机械类产品接头一般较短，根据其准确度要求，选用气体保护焊（一般厚度）、电渣焊、气电焊（重型构件宜于立焊的）、电阻焊（薄板件）、摩擦焊（圆形断面）或电子束焊（有高精度要求的）。半成品类的产品的焊接接头往往是规则 的，宜采用适于机械化的焊接方法，如埋弧焊、气体保护电弧焊、高频焊。微型电子器件的接头主要要求密封、导电性、受热程度小等，因此宜用电子束焊、超声波焊、扩散焊、钎焊和电容储能焊。 如上述，对于不同结构的产品通常有几种焊接方法可供选择，因此还要综合考虑产品的以下其它特点。 （2）工件厚度 工件的厚度可在一定程度上决定所适用的焊接方法。每种焊接方法由于所用热源不同，都有一定的适用的材料厚度范围。在推荐的厚度范围内焊接时较易控制焊接质量和保持合理的生产率。 （3）接头型式和焊接位置 根据产品的使用要求和所用母材的厚度及形状，设计的产品可采用对接、搭接、角接等几种类型的接头型式。其中对接型式适用于大多数焊接方法。钎焊一般只适于连接面积比较大而材料厚度较小的搭接接头。 产品中各个接头的位置往往根据产品的结构要求和受力情况决定。这些接头可能需要在不同的焊接位置焊接，包括平焊、立焊、横焊、仰焊及全位置焊接等。平焊是最容易、最普遍的焊接位置，因此焊接时应该尽可能使产品接头处于平焊位置，这梓就可选择既能保证良好的焊接质量，又能获得较高的生产率的焊接方法，如埋弧焊和熔化极气体保护焊。对于立焊接头宜采用熔化极气体保护焊（薄板）、气电焊（中厚度），当板厚超过约30mm时可采用电渣焊。 （4）母材性能 1）母材的物理性能 母材的导热性能、导电性能、熔点等物理性能会直接影响其焊接性及焊接质量。 当焊接导热系数较高的金属如铜、铝及其合金时，应选择热输入强度大、具有较高焊透能力的焊接方法，以使被焊金属在最短的时间内达到熔化状态，并使工件变形最小。 对于电阻率较高的金属则更宜采用电阻焊。 对于热敏感材料，则应注意选择热输入较小的焊接方法，例如激光焊、超声波焊等。 对于钼、钽等高熔点的难熔金属，采用电子束焊是极好的焊接方法。而对于物理性能相差较大的异种金属，宜采用不易形成脆性中间相的焊接方法，如各种固相焊、激光焊等。 2）母材的力学性能 被焊材料的强度、塑性、硬度等力学性能会影响焊接过程的顺利进行。如铝、镁一类塑性温度区较窄的金属就不能用电阻凸焊，而低碳钢的塑性温度区宽则易于电阻焊焊接，又如，延性差的金属就不宜采用大幅度塑性变形的冷焊方法。再如爆炸焊时，要求所焊的材料具有足够的强度与延性，并能承受焊接工艺过程中发生的快速变形。 另一方面，各种焊接方法对焊缝金属及热影响区的金相组织及其力学性能的影响程度不同,因此也会不同程度地影响产品的使用性能。选择的焊接方法还要便于通过控制热输入从而控制熔深、熔合比和热影响区（固相焊接时以便于控制其塑性变形）来获得力学性能与母材相近的接头。例如电渣焊、埋弧焊时由于热输入较大，从而使焊接接头的冲击韧度降低。又如电子束焊的焊接接头的热影响区较窄，与一般电弧焊相比，其接头具有较好的力学性能和较小的热影响区。因此，电子束焊对某些金属如不锈钢或经热处理的零件是很好的焊接方法。 3）母材的冶金性能 由于母材的化学成分直接影响了它的冶金性能，因而也影响了材料的焊接性。因此这也是选择焊接方法时必须考虑的重要因素。 工业生产中应用最多的普通碳钢和低合金钢采用一般的电弧焊方法都可进行焊接。钢材的合金含量，特别是碳含量愈高，焊接性往往愈差，可选用的焊接方法种类愈有限。 对于铝、镁及其合金等这些较活泼的有色金属材料，不宜选用CO2电弧焊、埋弧焊，而应选用惰性气体保护焊，如钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊等。对于不锈钢，通常可采用手弧焊、钨极氩弧焊或熔化术氩弧焊等。特别是氩弧焊，其保护效果好，焊缝成分易于控制，可以满足焊缝耐蚀性的要求。对于钛、锆这类金属，由于其气体溶解度较高，焊后容易变脆，因此采用高真空电子束焊最佳。 此外，对于含有较多合金元素的金属材料，采用不同的焊接方法会使焊缝具有不同的熔合比，因而会影响焊缝的化学成分，亦即影响其性能。 具有高淬硬性的金属宜采用冷却速度缓慢的焊接方法，这样可以减少热影响区开裂倾向。淬火钢则不宜采用电阻焊，否则，由于焊后冷却速度太快，可能造成焊点开裂。焊接某些沉淀硬化不锈钢时，采用电子束焊可以获得力学性能较好的接头。 对于熔化焊不容易焊接的冶金相容性较差的异种金属，庆考虑采用某种非液相结合的焊接方法，如本卷介绍的钎焊，扩散焊或爆炸焊等。 2生产条件 （1）技术水平 在选择焊接方法以制造具体产品时，要顾及制造厂家的设计及制造的技术条件。其中焊工的操作技术水平尤其重要。 通常需要对焊工进行培训。包括：手工操作、焊机使用、焊接技术、焊接检验及焊接管理等。对某些要求较高的产品如压力容器，在焊接重复前则要对焊工进行专门的培训和考核。 手弧焊时要求焊工具有一定的操作技能，特别是进行立焊、仰焊、横焊等位置焊接时，则要求焊工有更高的操作技能。 手工钨极氩弧焊与手弧焊相比，要求焊工经过更长期的培训和具有更熟练、更灵巧的操作技能。 埋弧焊、熔化极气体保护焊多为机械化焊接或半自动焊，其操作技术比手弧焊要求相对低一些。 电子束焊、激光焊时，由于设备及辅助装置较复杂，因此要求有更高的基础知识和操作技术水平。 （2）设备 每种焊接方法都需要配用一定的焊接设备。包括：焊接电源、实现机械化焊接的机械系统、控制系统及其它一些辅助设备。电源的功率、设备的复杂程度、成本等都直接影响了焊接生产的经济效益，因此焊接设备也是选择焊接方法时必须考虑的重要因素。 焊接电流有交流电流电源和直流电源两大类。一般交流弧焊机的构造比较简单、成本低。 手弧焊所需设备最简单，除了需要一台电源外，只须配用焊接电缆及夹持焊条的电焊钳即可。宜优先考虑。 熔化极气体保护电弧焊需要有自动进焊丝、自动行走小车等机械设备。此外还要有输送保护气的供气系统、通冷却水的供水系统及焊炬等。 真空电子束焊需配用高压电源、真空室和专门的电子枪。激光焊时需要有一定功率的激光器及聚焦系统。因此，这两种焊接方法都要有专门的工装和辅助设备，其设备较复杂、功率大，因而成本也比较高。 由于电子束焊机的高电压及其X射线辐射，因此还要有一定的安全防护措施及防止X射线辐射的蔽设施。 （3）焊接用消耗材料 焊接时的消耗材料包括：焊丝、焊条或填充金属、焊剂、钎剂、钎料、保护气体等。 各种熔化极电弧焊都需要配用一定的消耗性材料。如手弧焊时使用涂料焊条；埋弧焊、熔化极气体保护焊都需要焊丝；电渣焊则需要焊丝、熔嘴或板极。埋弧焊和电渣焊除电极 （焊丝等）外，都需要有一定化学成分的焊剂。 钨极氩弧焊和等离子弧焊时需使用熔点很高的钨极、钍钨极或铈钨极作为不熔化电极。此外还需要价格较高的高纯度的惰性气体。电阻焊时通常用电导率高、较硬的铜合金作电极，以使焊接时既能有高的电导率，又能在高温下承受压力和磨损。 四、焊接技术的新发展 随着工业和科学技术的发展，焊接工艺不断进步。本手册各篇章仅对其中比较成熟者加以介绍。但是时代车轮迅速运转，手册内容不可能及时修订补充以反映焊接技术最前沿情况，为补此不足本节特介绍焊接技术之发展趋势。 1提高焊接生产率是推动焊接技术发展的重要驱动力 提高生产率的途径有二。第一是提高焊接熔敷率。手工焊中的铁粉焊条、重心焊条、躺焊条等工艺，埋弧焊中的多丝焊、热丝焊均属此类，其效果显著。例如三丝埋弧焊，其工艺参数分别为2200A33V,1400A40V,1100A45V, 采用坡口断面较小，背面采用挡板或衬垫，5060mm的钢板可一次焊透成形，焊速达到0.4m/min以上。其熔敷效率与手工焊相比在100倍以上。第二个途径则是减少坡口断面及熔敷金属量，近10年来最突出的成就是窄间隙焊接。窄间隙焊接采用气体保护焊为基础，利用单丝、双丝或三丝进行焊接。无论接头厚度如何，均可采用对接型式。例如，钢板厚度由50300mm，间隙均可设计为13mm左右，因而所需熔敷金属量成数倍、数十倍地降低，从而大大提高生产率。窄间隙焊接的主要技术关键是如何保证两侧熔透和保证电弧中心自动跟踪处于坡口中心线上。为解决这两个问题，世界各国开发出多种不同方案，因而出现了种类多样的窄间隙焊接法。 电子束焊、等离子焊及激光焊时，可采用对接接头，且不用开坡口，因此是更理想的窄间隙焊接法，这是它受到广泛的重视重要原因之一。 2提高准备车间的机械化、自动化水平是当前世界先进工业国家重点发展方向 为了提高焊接结构生产的效率和质量，仅仅从焊接工艺着手是有一定局限性的。因而世界各国特别重视准备车间的技术改造。准备车间的主要工序包括:材料运输；材料表面去油、喷砂、涂保护漆；钢板划线、切割、开坡口；部件组装及点固。以上四道工序在现代化的工厂中均已全部机械化、自动化。其优点不仅在于提高生产率，更重要的是提高产品质量。例如，钢板划线（包括装配时定位中心及线条）、切割、开坡口全部采用计算机数字控制技术（CNC技术）以后，另部件尺寸精度大大提高而坡口表面粗糙度大幅度降低。整个结构在装配时已可接近机械零件装配方式，因而坡口几何尺寸都相当准确，在自动焊施焊以后，整个结构工整、精确、美观、完全改变了过去铆焊车间人工操作的落后现象。 3焊接过程自动化、智能化是提高焊接质量稳定性，解决恶劣劳动条件的重要方向 由于焊接质量要求严格，而劳动条件往往较差，因而自动化、智能化受到特殊重视。机器人的出现迅速得到焊接工业界热烈响应。目前全世界机器人有50%以上用在焊接技术上。在则开始时多用于汽车工业中的点焊流水线上，近几年来已拓展到弧焊领域。 机器人虽然是一个高度自动化的装备，但从自动控制的角度来看，它仍是一个程序控制的开环控制系统。因而它不可能根据焊接时具体情况而进行适时调节。为此智能焊接成为当前焊接界重视的中心。智能焊接的第一个发展重点在视觉系统。目前已开发出的视觉系统可使机器人根据焊接中具体情况自动修改焊炬动动轨迹，有的还能根据坡口尺寸适时地调节工艺。然而，总的来说，智能化仅仅处在初级阶段，这方面的发展将是一个长期的任务。 4新兴工业的发展不断推动焊接技术前进 焊接技术自发明至今已有百余年历史，它几乎已可解决当前工业中一切重要产品生产制造的需要，如航空、航天及核能工业中的重要产品等。但是新兴工业的发展仍然迫使焊接技术不断前进，以满足其需要。例如，微电子工业的发展促进了微型连接工艺和设备的发展。又如陶瓷材料和复合材料的发展促进了钎焊、真空扩散焊、喷涂以及粘结工艺的发展，使它们获得更大的生命力，走上了一个新台阶。 5热源的研究与开发是推动焊接工艺发展的根本动力 焊接工艺几乎运用了世界上一切可以利用的热源，其中包括火焰、电弧、电阻、超声、摩擦、等离子、电子束、激光束、微波等等。历史上每一种热源的出现，都伴随着新的焊接工艺出现。但是至今，焊接热源的研究与开发并未终止。新的发展可概括为两方面。一方面是对现有热源的改善，使之更为有效、方便、经济适用。在这方面电子束特别是激光束焊接的发展比较显著。另一方面则是开发更好更有效的热源。例如近来有不少工作采用两种热源叠加，以求获得更强的能量密度，如在等离子束中加激光、在电弧中加激光等。 6节能技术是普遍关切的问题 节能技术在焊接工业中也是重要方向之一。众所周知，焊接能源消耗甚大，以手工焊机为例，每台约20kVA,埋弧焊机每台约60kVA,电阻焊机每台则可高达上千kVA。不少新技术的出现就是为了这一节能目标。在电阻点焊中，利用电子技术的发展，将交流点焊改变为次级整流点焊，可以大大提高焊机可降低至200kVA,而仍能达到同样的焊接效果。近10年来逆变焊机的出现是另外一个成功的例子。当然逆变焊机不仅可以节约电能，提高功率因素，更重要的是它能大幅度减小焊机体积及重量。 总之，通过以上介绍，可见焊接技术仍在不断发展之中，我们希望通过这个简单的介绍，使读者知道如何;辨别当前五花八门的新工艺的意义，并能明确如何正确地选用发展新的工艺。焊接基础知识问答 焊接基础知识问答 一、基本知识 1.什么叫焊接? 答：两种或两种以上材质(同种或异种),通过加热或加压或 二者并用,来达到原子之间的结合而形成永久性连接的工艺过程叫焊接. 2.什么叫电弧？ 答：由焊接电源供给的，在两极间产生强烈而持久的气体放电现象叫电弧。 1按电流种类可分为：交流电弧、直流电弧和脉冲电弧。 2按电弧的状态可分为：自由电弧和压缩电弧（如等离子弧）。 3按电极材料可分为：熔化极电弧和不熔化极电弧。 3.什么叫母材？ 答：被焊接的金属-叫做母材。 4.什么叫熔滴？ 答： 焊丝先端受热后熔化，并向熔池过渡的液态金属滴-叫做熔滴。 5.什么叫熔池？ 答：熔焊时焊件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分-叫做熔池。 6.什么叫焊缝？ 答：焊接后焊件中所形成的结合部分。 7.什么叫焊缝金属？ 答：由熔化的母材和填充金属（焊丝、焊条等）凝固后形成的那部分金属。 8.什么叫保护气体？ 答：焊接中用于保护金属熔滴以及熔池免受外界有害气体（氢、氧、氮）侵入的气体-保护气体。 9.什么叫焊接技术？ 答：各种焊接方法、焊接材料、焊接工艺以及焊接设备等及其基础理论的总称叫焊接技术。 10.什么叫焊接工艺？它有哪些内容？ 答：焊接过程中的一整套工艺程序及其技术规定。内容包括：焊接方法、焊前准备加工、装配、焊接材料、焊接设备、焊接顺序、焊接操作、焊接工艺参数以及焊后处理等。 11.什么叫CO2焊接？ 答：用纯度 99.98% 的CO2做保护气体的熔化极气体保护焊称为CO2焊。 12.什么叫MAG焊接？ 答：用混合气体75-95% Ar + 25-5 % CO2 ，（标准配比：80%Ar + 20%CO2 ）做保护气体的熔化极气体保护焊称为MAG焊。 13.什么叫MIG焊接？ 答： 1用高纯度氩气Ar 99.99%做保护气体的熔化极气体保护焊接铝及铝合金、铜及铜合金等有色金属； 2用98% Ar + 2%O2 或95%Ar + 5%CO2做保护气体的熔化极气体保护焊接实心不锈钢焊丝的工艺方法-称为MIG焊。 3用氦+氩惰性混合气做保护的熔化极气体保护焊。 14.什么叫TIG（钨极氩弧焊）焊接？ 答：用纯钨或活化钨（钍钨、铈钨、锆钨、镧钨）作为不熔化电极的惰性气体保护电弧焊，简称TIG焊。 15.什么叫SMAW（焊条电弧焊）焊接？ 答：用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。 16.什么叫碳弧气刨？ 答：使用碳棒作为电极，与工件间产生电弧，用压缩空气（压力0.50.7Mpa）将熔化金属吹除的一种表面加工的方法。常用来焊缝清根、刨坡口、返修缺陷等。 17.为什么CO2焊比焊条电弧焊效率高？ 答： 1CO2焊比焊条电弧焊熔化速度和熔化系数高1-3倍； 2坡口截面比焊条减小50%，熔敷金属量减少1/2； 3辅助时间是焊条电弧焊的50%。 三项合计：CO2焊的工效与焊条电弧焊相比提高倍数2.02-3.88倍 18.为什么CO2焊接接头比焊条电弧焊的焊接接头质量好？ 答：CO2焊缝热影响区小，焊接变形小；CO2焊缝含氢量低（1.6ML/100g），气孔及裂纹倾向小；CO2焊缝成形好，表面及内部缺陷少，探伤合格率高于焊条电弧焊。 19.为什么CO2焊比焊条电弧焊的综合成本低？ 答： 1坡口截面积减少36-54%, 节省填充金属量； 2降低耗电量65.4%； 3设备台班费较焊条电弧焊降低67-80%，降低成本20-40%； 4减少人工费、工时费，降低成本10-16%； 5节省辅助工时、辅料消耗及矫正变形费用； 综合五项,CO2焊能使焊接总成本降低 39.6-78.7%,平均降低59%。 20.什么叫低频脉冲？适用哪些焊接？ 答：脉冲频率在0.530Hz的脉冲电弧叫作低频脉冲焊接。主要用于不锈钢、钢和钛等有色金属的TIG焊。 21.什么叫中频脉冲？适用哪些焊接？ 答：脉冲频率在30-500Hz的脉冲电弧叫作中频脉冲焊接。由于具有电弧压缩效应，电弧集中，挺度好，主要用于薄件不锈钢、钢和钛等有色金属的TIG焊和不锈钢和铝及铝合金的MIG焊。 22.为什么CO2焊接有飞溅？ 答：焊丝端部的熔滴与熔池短路接触（短路过渡），由于强烈过热和磁收缩的作用使熔滴爆断，产生飞溅。CO2焊机的输出电抗器和波形控制可以将飞溅降低至最小程度。 23.为什么MIG/MAG大电流焊接才能实现射流过渡，无飞溅？ 答：MIG/MAG焊接时，各种金属均具有短路过渡转变为射流过渡的临界电流值（如：1.2碳钢、不锈钢焊丝，电流I260280A），此时电弧呈射流过渡状态，实现无飞溅焊接。 24.为什么MIG/MAG小电流焊接要用带脉冲的电源才能实现射流过渡，无飞溅？ 答：MIG/MAG焊接，焊接电流低于临界电流值时，采用带脉冲的电源，其脉冲电流大于临界电流值，电弧也能呈射流过渡状态，实现无飞溅焊接（如：使用松下AG2/GE2脉冲MIG/MAG焊机，1.2碳钢、不锈钢、铝及铝合金焊丝在电流I80A时已实现脉冲射滴过渡，其脉冲电流Ip350A）。 二、焊接材料 1. 什么叫焊接材料？包括哪些内容？ 答：焊接材料包括焊条、焊丝、焊剂、气体、电极、衬垫等。 2.什么叫焊丝？ 答：焊接时作为填充金属，同时用来导电的金属丝叫焊丝。分实心焊丝和药芯焊丝两种。常用的实心焊丝型号：ER50-6（牌号：H08Mn2SiA）。 3.为什么MAG焊接接头比CO2焊接接头的冲击韧性高？ 答：MAG焊接时，活性气体仅为20%，焊丝中的合金元素过渡系数高，焊缝的冲击韧性高。CO2焊活性气体为100%，焊丝中的锰、硅合金元素联合脱氧，其合金元素过渡系数略低，焊缝的冲击韧性不如MAG焊高。如唐山神钢MG-51T焊丝（相当于ER50-6）其常温冲击韧性值：MAG： 160J；CO2： 110J。 4.什么叫药芯焊丝？ 答：由薄钢带卷成圆形钢管，同时在其中填满一定成分的药粉，经拉制而成的一种焊丝。 5.为什么药芯焊丝用CO2气体保护？ 答：按保护方式区分药芯焊丝有两种类型：药芯气保焊丝和药芯自保焊丝。药芯气保焊丝一般用CO2气体作保护，属于气渣联合保护形式，焊缝成形好，综合机械性能高。 6.为什么药芯焊丝焊缝表面会出压痕气孔？ 答：因药芯焊丝是由薄钢带卷成的管状焊丝，属于有缝焊丝；空气中的水分会通过缝隙侵入药芯，焊药潮湿（无法烘干），造成焊缝有压痕气孔。 7.为什么对CO2气体纯度有技术要求？ 答：一般CO2气体是化工生产的副产品，纯度仅为99.6%左右，含有微量的杂质和水分，会给焊缝带来气孔等缺陷。焊接重要产品一定要选用CO2纯度99.8%的气体，焊缝气孔少，含氢量低，抗裂性好。 8.为什么对氩气纯度有较高技术要求？ 答：目前市场上有三种氩气：普氩（纯度99.6%左右）、纯氩（纯度99.9%左右）、高纯氩（纯度99.99%），前两种可焊接碳钢和不锈钢；焊接铝及铝合金、钛及钛合金等有色金属一定要选用高纯氩；避免焊缝及热影响区被氧化无法进行焊接。 9.为什么TIG焊喷嘴有大小多种规格？ 答：有48五种规格喷嘴，焊接碳钢可选用45喷嘴，焊接不锈钢和铝及铝合金应选用67大喷嘴，以加强焊缝及热影响区的保护范围。焊接钛及钛合金等有色金属应选用78更大的喷嘴，才能防止焊缝及热影响区被氧化。 10.什么叫酸性焊条？ 答：药皮中含有多量酸性氧化物的焊条，如结422（E4303）、结502（E5003）等交直流两用电焊条。 11.什么叫碱性焊条？ 答：药皮中含有多量碱性氧化物同时含有氟化物的焊条，如结507（E5015）、结506（E5016）等电焊条。 12.什么叫纤维素型（下向立焊专用）焊条？ 答：药皮中含有多量有机物的焊条，管道及薄板结构下向立焊专用。 1如E6010（相当于E4310、J425G）适用于打底焊、热焊、填充焊。 2E8010（相当于E5511、J555）适用于热焊、填充焊、盖面焊层。 一般用低氢下向焊条盖面焊； E7048（相当于J506X）焊缝外形整洁、美观。 13.为什么焊前焊条要严格烘干？ 答：焊条往往会因吸潮而使工艺性能变坏，造成电弧不稳、飞溅增大，并容易产生气孔、裂纹等缺陷。因此，焊条使用前必须严格烘干。一般酸性焊条的烘干温度150-200，时间1小时；碱性焊条的烘干温度350-400，时间1-2小时，烘干后放在100-150的保温箱内，随用随取。 三、焊接设备 1.什么叫焊接电源？ 答：电焊机中，供给焊接所需的电能并具有适宜于焊接电气特性的设备称为焊接电源。 2.为什么对弧焊电源有特殊要求？有哪些要求？ 答：为了保证焊接电弧稳定燃烧和适应各种焊接工艺要求，弧焊电源具有下列特殊要求： 1弧焊电源的静特性（或称外特性）即稳态输出电流和输出电压之间的关系，有下降特性（恒流特性）和平特性（恒压特性）。 A、焊条电弧焊、TIG焊和碳弧气刨电源的外特性是下降（恒流）特性； B、CO2/MAG/MIG电弧焊电源的外特性是平特性（恒压特性）。 2弧焊电源的动特性当负载状态发生瞬时变化时 （如：熔滴的短路过渡、颗粒过渡、射流过渡等），弧焊电源输出电流和输出电压与时间的关系，用以表征对负载瞬变的反应能力（即动态反应能力），简称“动特性”。 3空载电压引弧前电源显示的电压。 4调节特性改变电源的外特性以适应焊接规范的要求。 3.为什么电弧长度发生变化时，电弧电压也会发生变化？ 答：由弧焊电源的外特性所决定的，电弧越长，电弧电压越高；电弧越短，电弧电压越低。 4.为什么CO2焊接时，焊丝伸出长度发生变化时，电流显示值也会发生变化？ 答：焊丝伸出长度（即干伸长度）越长，焊丝的电阻量越大，由电阻热消耗的电流越大，焊接电流显示值越小，实际焊接电流也变小。所以焊丝伸出长度一般设定在12-20mm范围内。 5.为什么CO2/MAG/MIG焊接时，焊接电流和电弧电压要严格匹配？ 答：CO2/MAG/MIG焊接时，调节焊接电流即调节焊丝的给送速度；调节电弧电压即调节焊丝的熔化速度；很显然，焊丝的熔化速度和给送速度一定要相等，才能保证电弧稳定焊接。 1在焊接电流一定时，调节电弧电压偏高，焊丝的熔化速度增大，电弧长度增加，熔滴无法正常过渡，一般呈大颗粒飞出，飞溅增多。 2在焊接电流一定时，调节电弧电压偏低，焊丝的熔化速度减小，电弧长度变短，焊丝扎入熔池，飞溅大，焊缝成形不良。 3焊接电流和电弧电压最佳匹配效果：熔滴过渡频率高，飞溅最小，焊缝成形美观。 6.什么叫电弧挺度？ 答：在热收缩和磁收缩等效应的作用下，电弧沿电极轴向挺直的程度。 7.为什么焊接电弧有偏吹现象？ 答：焊接过程中，因气流的干扰、磁场的作用或焊条偏心的影响，使电弧中心偏离电极轴线的现象。 8.什么叫磁偏吹？ 答：直流电弧焊时，因受到焊接回路中电磁力的作用而产生的电弧偏吹。通过改变接地线位置或减小焊接电流及改变焊条角度，能够减弱磁偏吹的影响。 9.什么叫CO2电源电弧系统的自身调节特性？为什么CO2焊接用细焊丝？ 答：等速送丝系统下,当弧长变化时引起电流和熔化速度变化,使弧长恢复的作用成为电源电弧系统的自身调节作用。使用的焊丝直径越细，电弧的自身调节作用越强，电弧越稳定，飞溅越少。这就是CO2焊接用细焊丝的原理。唐山松下CO2焊机通过先进的控制技术，电弧的自身调节作用最好，性能最稳定。 10.什么叫焊机的负载持续率？ 答：负载持续率指焊接电源在一定电流下连续工作的能力。国标规定手工焊额定负载持续率为60%，自动或半自动为60%和100% 。如：500KR2焊机在额定负载持续率60%时的额定电流是500A，在实际负载持续率100%（自动焊）时，其最大焊接电流387A。 11.什么叫焊枪的负载持续率？ 答：指焊枪在一定电流下连续工作的能力。 1如：350KR焊枪在CO2焊接时额定负载持续率为70%，额定电流是350A；在实际负载持续率100%（自动焊）时，其最大焊接电流290A。而在MAG焊时，额定负载持续率为35%，在实际负载持续率100%时，其最大焊接电流207A。 2再如500KR焊枪在CO2焊接时额定负载持续率为70%，额定电流是500A；在实际负载持续率100%（自动焊）时，其最大焊接电流418A。而在MAG焊时，额定负载持续率为35%，在实际负载持续率100%时，其最大焊接电流296A。 12.什么叫正接法？ 答：直流电弧焊时，焊件接电焊机输出端的正极，焊枪（焊钳）接输出端的负极的接线法，叫“正接法”也称正极性。 13.什么叫反接法？ 答：直流电弧焊时，焊件接电焊机输出端的负极，焊枪（焊钳）接输出端的正极的接线法，叫“反接法”也称反极性。碱性焊条（结507等）、碳弧气刨、CO2焊接均用反接法。 14.为什么直流TIG焊二次输出回路接为直流正接？适合于哪些金属材料的焊接？ 答：直流正接时，钨极为负极，阴极区发射电子，温度低，钨极不容易烧损，可以使用较大的焊接电流。适合焊接碳钢、不锈钢、铜、钛及难熔活性金属钼、铌、钽等 15.为什么焊接铝、镁及其合金要用交流TIG焊？ 答：直流反接时，钨极为正极，产生动能较大的阳离子，撞击铝、镁及其合金表面的氧化膜，具有清洁作用；而钨极为阳极区，温度很高，钨极严重烧损，不能使用较大的焊接电流进行正常焊接。采用交变的方波电源，正半波加热工件，负半波清理氧化膜，实现了铝、镁及其合金的高质量焊接。 16.什么叫起始电流（初期电流）？ 答：在收弧“有”状态下，按焊枪开关起弧的电流；松开焊枪开关转入焊接电流。 1TIG焊接时，起始电流小于焊接电流，用于预热和引导电弧和焊丝指向起焊处，松开焊枪开关转入正常焊接。 2MIG焊铝，起始电流大于焊接电流2030A，减少起焊处的未熔合。 3MIG焊接不锈钢和钢，起始电流等于焊接电流。 17.什么叫收弧电流？ 答：在收弧“有”状态下，第二次按焊枪开关的电流；一般小于焊接电流40-60%，无论TIG/MIG/MAG/CO2焊接，均用于焊缝收尾处填满弧坑，减少弧坑缺陷（如火口裂纹等）。 18.什么叫上升时间？ 答：TIG焊时，起始电流到焊接电流的过渡时间。 MIG焊时，基值电流到脉冲电流的时间。 19.什么叫下降时间？ 答：TIG焊时，焊接电流到收弧电流的过渡时间。 MIG焊时，脉冲电流