《金工实习》第4章 焊接

第4章焊接4.1焊接概述4.2焊条电弧焊4.3气焊与气割4.4其他焊接方法4.5常见焊接缺陷及焊接质量控制下一页返回第4章焊接熟悉焊接生产工艺过程、特点和应用;了解焊条电弧焊的焊接工艺;了解气焊焊接工艺;了解其他几种常用焊接方法;了解常见的焊接缺陷及解决方法;熟悉氧气切割原理、切割过程和金属气割条件。上一页返回4.1焊接概述焊接是现代工业生产中重要的连接金属方法。焊接是通过局部加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使分离的两部分金属形成原子间结合的一种加工方法。与铆接相比较，焊接具有节省金属、连接质量好、生产效率高、劳动条件好，易于实现机械化和自动化生产等优点。在现代工业生产中，大量的铆接被焊接取代。焊接广泛应用于制造金属结构件，例如锅炉、造船、压力容器、管道、汽车、飞机、桥梁、矿山机械等，也常用来制造铸焊、锻焊、冲焊等联合结构件和机器零件。焊接的种类很多，按焊接过程的工艺特点和母材金属所处的表面状态，通常把焊接方法分为:熔焊、压焊、钎焊三大类。下一页返回4.1焊接概述(1)熔焊。使被连接的构件局部加热熔化成液体，然后冷却结晶成一体的方法称为熔焊。为实现熔焊接，关键是要有一个能量集中、温度足够高的加热热源。按热源形式不同，熔焊的基本方法有:气焊、电弧焊、电渣焊、电子束焊、激光焊等。(2)压焊。利用摩擦、扩散和加压等物理作用，使两个被连接表面上的原子接近到晶格距离，从而在固态条件下实现连接的工艺方法统称为固相焊接。固相焊接通常都必须加压，因此也称为压焊。为使固相焊接容易实现，大都在加压的同时进行加热，但加热温度远低于焊件的熔点。压焊的基本方法有:冷压焊、摩擦焊、超声波焊、爆炸焊、锻焊、电阻焊等。上一页下一页返回4.1焊接概述(3)钎焊。利用比母材熔点低的金属材料作为钎料，将钎料与焊件加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，使液态钎料在连接表面上流散浸润、填充接头间隙并与母材相互扩散，然后冷却结晶形成结合面的方法称为钎焊。按热源和保护方法不同，钎焊方法分为:火焰钎焊、炉内钎焊、盐浴钎焊、感应钎焊等。按钎料不同，钎焊又可分为铜焊、银焊、锡焊等。按钎料熔点温度的不同，钎焊又可分为硬钎焊和软钎焊。常用的焊接方法具体分类如图4-1所示。上一页返回4.2焊条电弧焊以电弧为焊接热源来加热并熔化金属的焊接方法叫电弧焊。利用电焊条采用手工操作的电弧焊叫焊条电弧焊;焊条电弧焊所用的设备简单，操作机动灵活，能在任何场合和空间位置进行焊接，适用于厚度为2mm以上各种金属材料和各种形状结构的焊接。因此，它是工业生产中应用最为广泛的一种焊接方法。4.2.1焊接电弧与焊接过程1.焊接电弧电弧是在两电极之间气体导电的现象。电弧可以把电能转变为热能和光能，因此具有高温和强光。只要创造一定条件，使电弧稳定燃烧，就可以把电弧作为热源进行焊接。下一页返回4.2焊条电弧焊电弧稳定燃烧有两个条件，一是要使两极间有足够的带电粒子;二是要两极间有足够高的电压，使带电粒子在电场作用下向两极运动。引弧时，焊条与工件短路的一瞬间，强大的短路电流使焊条和工件的接触部分温度急剧升高以致熔化。当焊条提起时，阴极表面产生强烈的热电子发射，这些电子在电焊机提供的电场作用下加速向阳极运动。电子运动过程中又撞击电极间的气体粒子使之电离为正负粒子，这些粒子在电场作用下，一也做定向运动。当电极间的带电粒子达到一定数量，电弧就引燃了。焊接电弧根据电源的种类可分为交流和直流两种。直流电弧可划分为三个区，即阴极区、阳极区、弧柱区，如图4-2所示。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊阴极区为靠近阴极的很薄的一层，其热量占电弧总热量的36%。阳极区为靠近阳极很薄的一层，其热量占电弧总热量的43%。在阴阳两极间的部分叫弧柱区，弧柱的热量占电弧总热量的21%。两极区的温度主要受电极材料的影响，如焊接钢时阴极温度约为2400K，阳极的温度约为2600K。阳极比阴极温度高，主要是由于带电粒子带给的热量多。而弧柱区的温度高达5000~6000K。焊接时，熔化金属和焊条的热量主要来自两极。对于交流电弧，就没有上述差别，两极温度相同。2.焊条电弧焊的焊接过程焊条电弧焊的焊接过程如图4-3所示。焊前先将电焊机的两输出端分别与工件、焊钳连接，再用焊钳夹牢焊条，然后开始引弧。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊电弧引燃后将母材和焊条同时熔化，形成金属熔池。随着母材和焊条的熔化，焊钳应向下和向焊接方向移动，以保证电弧不熄灭并形成焊缝。当电弧前移后，熔化金属就凝固形成焊缝。焊条上的药皮形成的熔渣覆盖在熔池表面，起到对熔池和焊缝的保护作用。当一根焊条用完后，熄弧换好焊条后再引弧继续焊接。4.2.2焊条电弧焊焊机1.对焊条电弧焊焊机的要求焊条电弧焊的主要设备是焊条电弧焊焊机，它是产生焊接电弧的电源。为了保证焊接质量，对焊条电弧焊焊机有如下要求。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊(1)具有一定的空载电压。为了引弧可靠，要求交流弧焊机空载电压不应低于55V,直流弧焊机空载电压不应低于40V。为了操作者的安全，一般空载电压不高于90~100V。(2)具有下降特性。电弧引燃后，随着电弧电流的增加，输出电压相应下降的特性称为下降特性。具有下降特性能使焊接电弧稳定，并在电弧受到干扰时能迅速恢复到稳定状态。(3)具有适当的短路电流。短路电流小，引弧困难;短路电流太大，使液体金属飞溅，并且还会导致弧焊机烧坏。(4)应能方便地调节电流。当采用不同的焊条直径时，要求容易调节出相应的焊接电流值。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊2.常见的焊条电弧焊焊机焊条电弧焊焊机按焊接电流种类可分为交流弧焊机和直流弧焊机。(1)交流弧焊机。它是一种特殊的降压变压器，所以又称弧焊变压器。交流弧焊机具有下降特性，当焊条与工件形成短路时，电压趋于零，使短路电流不至于过大而烧毁弧焊机或电路。BX1—330型弧焊机是目前国内使用较广泛的一种交流弧焊机，如图4-4所示。型号中“B”表示弧焊变压器，“X”表示下降特性，“1”为系列品种序号，“330”表示弧焊机的额定焊接电流为330A。交流弧焊机具有结构简单、噪声小、价廉、轻巧、使用维修方便及效率高等优点;缺点是电源极性交变，焊条药皮要有稳弧剂，以保护电弧的稳定性。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊(2)直流弧焊机。直流弧焊机又分为发电机式和整流式两种。发电机式直流弧焊机由一台交流电动机和一台直流弧焊发电机组成。它能提供稳定的直流电，引弧容易，电弧稳定，但结构复杂，维修较困难，使用时噪声大。近年来，这种发电机式弧焊机在一般工厂中逐渐被淘汰。整流式直流弧焊机外型如图4-5所示。它相当于在交流弧焊机上加了一个大功率的硅整流器，把交流电整流成直流电供焊接用。由于它具有结构简单、噪声小、电弧稳定性好等优点，近几年发展很快，这种焊机已成为我国弧焊机的主要类型。直流弧焊机有正接、反接的差别。当工件接直流弧焊机正极、焊条接负极时叫做正接，反之称为反接。当焊薄板时要采用反接，焊厚板时要采用正接。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊近年来，逆变式电焊机作为新一代的弧焊电源，其特点是直流输出，具有电流波动小、电弧稳定、焊机重量轻、体积小等优点，得到了越来越广泛的应用。3.弧焊机的主要技术参数弧焊机的主要技术参数标注在弧焊机的铭牌上，主要有以下几项。(1)初级电压:指弧焊机所要求的电源电压。一般国产交流弧焊机的初级电压为220V或380V(单相)，直流弧焊机的初级电压为380V(三相)。(2)空载电压:指弧焊机在没有功率输出时的电压。一般交流弧焊机的空载电压为60~80V，直流弧焊机空载电压为50~90V。(3)工作电压:指弧焊机正常工作时的电压，一般为25~30V。(4)输人功率:指电网输人到弧焊机的电压与电流之积，其单位为kW。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊(5)电流调节范围:指正常焊接时弧焊机可提供的焊接电流范围，一般为几十到几百安。(6)负载持续率:指弧焊机在5min之内有焊接电流的时间所占的平均百分比。4.2.3电焊条电焊条(简称焊条)是焊条电弧焊的焊接材料。它由焊条芯(称焊芯)和药皮两部分组成，如图4-6所示。1.焊芯焊芯是焊接专用的金属丝(即焊丝)，焊芯的直径叫焊条直径，常用的焊条直径有2.0mm,2.5mm,3.2mm,4.0mm和5.0mm等几种，焊条长度在250~450mm之间。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊焊芯的作用有两个:一是作为电极，传导电流，产生电弧;二是焊芯熔化之后作为填充金属，与熔化的母材一起组成焊缝金属。2.药皮药皮是由矿石粉和铁合金粉等原料按一定比例配制后压涂在焊芯外面的。它的作用如下。(1)改善焊条的焊接工艺性能。如容易引燃电弧，稳定电弧燃烧，并减少飞溅等。(2)机械保护作用。药皮熔化后分解产生大量气体并形成熔渣，隔绝空气，保护熔池和焊条熔化后形成的熔滴。(3)冶金处理作用。通过冶金反应去除有害元素(氧、氢、硫、磷)，添加有用的合金元素，改善焊缝质量。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊3.焊条的分类、牌号和选用焊条按熔渣化学性质可分为酸性焊条和碱性焊条。焊条药皮熔化后形成的熔渣以酸性氧化物为主的叫做酸性焊条，如J432等;药皮熔化后的熔渣以碱性氧化物为主的叫做碱性焊条，如J507,J427等。焊条牌号全国统一编制，将焊条分为十大类，其中第一类为结构钢焊条。以常用的J422和J507焊条为例，牌号中“J”表示结构钢焊条，“42”和“50”表示焊缝金属抗拉强度最低值为420MPa和500MPa,最后一个数字表示药皮类型和电源种类，“2”表示钦钙型药皮，用交流或直流电源均可，“7”表示低氢型药皮，要用直流电源反接。其他焊条牌号国家标准规定的编制方法可参阅有关焊接手册。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊焊接低碳钢或低合金钢时，一般都要求对于焊缝金属与母材等强度，如焊接低碳钢(如Q235,20钢)用J422或J427焊条，焊接普通低合金钢16Mn用J507焊条;对于形状复杂、刚性较大的结构时，应选用抗裂性的碱性焊条;焊接难以在焊前清理的焊件时，在满足使用要求的前提下，尽量选用高效率、价廉的酸性焊条。4.2.4焊接参数及选择焊条电弧焊的焊接参数主要有:焊条直径、焊接电流、电弧电压和焊接速度。正确选择焊接参数是保证质量和提高生产率的重要因素。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊1.焊条直径焊条直径主要根据焊件厚度来选择，可参见表4-1。厚度较大的焊件应选用直径较大的焊条;焊件较薄时，应选用小直径的焊条。另外，焊条直径还与接头形式及焊接位置有关。如立焊、横焊、多层焊的第一层要采用较小直径的焊条。2.焊接电流焊接电流是指焊接时流经焊接回路的电流。焊接电流应与焊条直径相配合，焊条直径越大，使用的焊接电流也应越大。焊接电流的选择是否正确，直接影响到焊接质量和生产率。电流过大，电弧不稳定，焊缝成型不好，有时还会烧穿工件;电流过小会造成焊不透、熔化不良，焊缝中一也易形成夹渣、气孔。一般情况下，各种直径焊条常用焊接电流范围见表4-2。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊立焊、横焊、仰焊时，焊接电流应比平焊电流小10%~20%，角焊时应比平焊时大10%~20%。对于合金钢焊条、不锈钢焊条，由于电阻大、热膨胀系数高，若电流大则焊接过程中焊条容易发红而造成药皮脱落，影响焊接质量，因此电流要适当减小。3.电弧电压电弧电压是指电弧两端(两电极)之间的电压降，包括阴极压降、阳极压降和弧柱压降。弧焊时，电弧电压取决于电弧的长度，为使熔池得到良好保护，减少飞溅，避免产生咬边、夹渣等缺陷，应采用短弧施焊。4.焊接速度焊接速度是指焊条沿焊接方向移动的速度。在保证焊透并使焊缝高低、宽窄一致的前提下，应尽量提高焊接速度。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊在生产中由焊工依据工件具体情况掌握。初学时，要掌握焊接速度均匀而且合适。如果速度合适，焊后可以看到焊缝形状规则，焊波均匀并呈椭圆形。焊接速度太快时焊道窄、焊波粗糙;焊接速度太慢时焊道过宽，焊件还容易烧穿。4.2.5接头形式、坡口形状和焊缝空间位置1.接头形式常用的接头形式有对接、搭接、角接和T形接等，如图4-7所示。2.坡口形状坡口是指为了使较厚的工件焊透，焊前把工件间的待焊处加工成的几何形状。除搭接外其他厚板接头都要开坡口。接头形式不同，坡口形状一也有所不同，常见对接接头坡口形状如图4-8所示。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊3.焊缝空间位置焊缝在构件上的空间位置不同时，焊接的难易程度一也不相同，对焊接质量和生产率都有影响。一般把焊缝按空间的位置不同分为平焊、立焊、横焊、仰焊四种，如图4-9所示。平焊操作方便，生产率高，焊缝质量好，在施工时应尽量采用平焊。立焊时，因熔池金属有滴落趋势，操作难度大，焊缝成型困难，生产率低。横焊时，熔化的金属液体在重力作用下下流，导致焊缝上部出现咬边、下部出现焊瘤。仰焊时，操作非常不便，焊滴熔落过度，焊缝成型非常困难，不但生产率低，焊接质量一也很难保证。在立焊、横焊、仰焊时，要采用较小的焊接电流和短弧焊接，控制好焊条角度，采取适宜的运条方法。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊4.2.6焊条电弧焊基本操作1.引弧引弧就是使焊条和工件之间产生稳定的电弧。引弧时，先将焊条与工件接触，形成短路，然后迅速将焊条提起2~4mm,即可引燃电弧。电弧引燃之后，应立即将焊条不断地往下送，维持电弧稳定燃烧，保持弧长不变。引弧方法有两种:敲击法和摩擦法，如图4-10所示。敲击法引弧由于焊条端部与焊件接触时处于相对静止的状态，操作不当，容易造成焊穿钻住焊件。摩擦法引弧动作似划火柴，对初学者来说易于掌握，但容易损坏焊件表面。此时，只要将焊条左右摆动几下就可以脱离焊件。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊2.运条焊接时焊条沿其轴向送进和沿焊接方向移动及沿焊缝横向摆动(窄小焊缝可不用)合走来称为运条，运条操作如图4-11所示。工件厚度、坡口形式、焊缝位置不同，运条方式也有所不同，要根据具体情况确定。运条操作的好坏，直接影响焊接质量，初学者练习时，关键是掌握好焊条的角度和运条基本动作，保持合适的电弧长度和均匀的焊接速度。3.熄弧当一根焊条用完时，要收尾熄弧。熄弧时，将焊条逐渐向焊缝前方斜拉，同时抬高电弧，使电弧自动熄灭。在熄弧前，让焊条在熔池处做短暂停顿或做几次环形运条，使熔池填满。熄弧操作得好，可避免裂纹、气孔、夹渣、弧坑等缺陷。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊4.更换焊条连接是指在一条焊缝的焊接过程中，更换焊条前后的操作。更换焊条对于长焊缝是不可缺少的操作。熄弧前，采取减小焊条与工件夹角的办法，把熔池金属和上面的熔渣向后赶一赶，形成弧坑再熄弧。引弧应在弧坑前面，然后拉回到弧坑，再进行正常焊接。对于分段焊法，事先就要使接头处的焊缝低一些，以保证接头处焊缝不致过高。连接处如操作不当，一也会造成夹渣、气孔和成型不良等缺陷。4.2.7常用的电弧焊方法1.二氧化碳气体保护焊二氧化碳气体保护焊是指利用二氧化碳作为保护气体的气体保护焊。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊它以焊件和焊丝作电极，产生焊接电弧，并通人已经干燥过和预热的二氧化碳气体进行的焊接方法，见图4-12。由于二氧化碳在1000℃以上的高温下会分解成一氧化碳和氧气，具有一定的氧化作用，因此不宜焊接容易氧化的有色金属。它主要用于焊接低碳钢和低合金钢，一也用于耐磨零件的堆焊、铸钢件及其他焊接缺陷的补焊。二氧化碳气体保护焊的特点如下。(1)生产率高。二氧化碳电弧的穿透力强、熔深大，而且焊丝的熔化率高，所以熔敷速度快，生产率比焊条电弧焊高1~3倍。(2)焊接成本低。二氧化碳气体是化工厂的副产品，来源广价格低，因而二氧化碳气体保护焊的成本只有埋弧焊和焊条电弧焊的40%~50%。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊(3)能耗低。二氧化碳气体保护焊和焊条电弧焊相比，3mm厚低碳钢板对接焊缝，每米焊缝消耗的电能前者为后者的70%左右。所以，二氧化碳气体保护焊一也是较好的节能焊接方法。(4)适用范围广。不论何种位置都可进行焊接，薄板可焊到1mm左右，焊接最大厚度几乎不受限制。而且焊接薄板时，较之气焊速度快，变形小。(5)抗锈抗裂。抗锈能力较强，焊缝含氢量低，抗裂性好。(6)易于实现机械化。焊接焊后不需清渣，又因是明弧，便于监视和控制，有利于实现焊接过程的机械化。(7)主要缺点。金属飞溅较大，成型不够美观，弧光强烈，烟雾较大。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊由于二氧化碳气体保护焊具有上述一系列特点，因此它已广泛用于造船、汽车制造、机车车辆制造、农机制造、工程机械、石油化工、冶金等工业部门，成为目前国际上应用最广的焊接方法。2.氦弧焊氢弧焊是指以惰性气体氢气作为保护气体的电弧焊方法。氢气是惰性气体，甚至在高温下一也不会与金属发生化学反应，同时氢气不溶于液态金属，因此氢气是一种比较理想的保护气体。氢气电离势高，故引弧比较困难。但是氢气的导热系数较小，而且是单原子气体，不会因为气体分解而消耗能量，降低电弧温度。目前，氢弧焊广泛用于飞机制造、石油化工及纺织等工业中。氢弧焊又分为非熔化极氢弧焊(钨极氢弧焊)和熔化极氢弧焊两种。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊非熔化极氢弧焊是用钨一钵合金棒作电极，又称钨极氢弧焊，简称TIG焊，钨极惰性气体保护焊的构成，如图4-13所示。它是用钨极和工件之间产生的电弧作为热源，电弧和熔化金属都处于惰性气体保护之中，使其不受周围空气的有害作用。钨极氢弧焊电弧稳定性好，能够成功地焊接一些用一般弧焊方法难以焊接的活泼金属，操作方便，容易实现焊接过程的机械化。因此，在航空、原子能、石油化工、电站锅炉、机械制造等部门被广泛应用。熔化极惰性气体保护焊简称为MIG，它是使用熔化电极的惰性气体保护焊。熔化极惰性气体保护焊用焊丝作电极及填充金属，其焊接原理如图4-14所示。熔化极惰性气体保护焊的特点:与焊条电弧焊、埋弧焊等其他熔化极电弧焊不同之处是在氢气保护下进行焊接。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊(1)和TIG焊一样，几乎可焊接所有的金属，尤其适合于焊接铝及铝合金、铜及铜合金以及不锈钢等材料。(2)由于用焊丝做电极，可采用高密度电流，因而母材熔深大，填充金属熔敷速度快。用于焊接厚板铝、铜等金属时生产率比TIG高，焊件变形比TIG小。(3)熔化极惰性气体保护焊可采用直流反接，焊接铝及铝合金时有良好的阴极雾化作用。目前，MIG焊已在中等厚度以上的铝及铝合金、铜及铜合金、钦合金、不锈钢等材料的焊接中获得了广泛的应用。3.埋弧焊埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊(1)焊接过程。埋弧焊的基本过程见图4-15.焊接时，先在焊件接头上面覆盖一层颗粒状的焊剂，当焊丝末端与焊件之间产生电弧以后，电弧的热量使焊丝、焊件熔化形成熔池。电弧周围的焊剂被电弧熔化成液态熔渣形成一个封闭的包围电弧和熔池金属的空腔，使电弧和熔池与外界空气隔绝。待焊缝凝固后，熔渣形成渣壳。(2)埋弧焊机。埋弧焊机由焊接电源、控制箱和焊接小车三部分组成。MZ-1000型埋弧焊机是一种常用埋弧焊机，见图4-16。焊机型号中“MZ”表示埋弧焊机，“1000”表示额定电流为1000A。(3)埋弧焊的特点与焊条电弧焊相比，埋弧焊有下列优点。①生产率高。由于埋弧焊焊丝导电长度短，可使用较大的焊接电流，所以焊丝熔化快，母材熔深大。同时，埋弧焊所用的焊丝是连续成卷的，可节省更换焊条的辅助时间。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊②节省金属材料。由于埋弧焊没有焊条头的浪费，飞溅损失也很少，因此可节省大量焊丝金属。③焊接质量高。其主要原因是焊剂对金属熔池保护得比较严密，空气较难侵入，而且熔池保持液态的时间较长，冶金过程进行得较为完善，气体和熔渣易于浮出。同时，焊接工艺参数能自动控制，从而使焊接质量稳定，焊缝成型美观。④劳动条件好。因为没有弧光，所以焊工不必穿戴防护服装和面罩，焊接烟雾也较少。但是埋弧焊的应用范围有一定的限制:①因为设备费用较贵，准备工作费时，所以只适宜于批量生产长焊缝的焊件。②不能焊接薄的工件，薄件易烧穿，一般焊接的钢材厚度为6~60mm。③只能进行平焊，而且不能焊接任意弯曲的焊缝。上一页返回4.3气焊与气割4.3.1气焊1.气焊的特点及应用气焊是利用可燃气体如乙炔()和氧气()混合燃烧的高温火焰来进行焊接的，乙炔和氧气在焊炬中混合均匀后，从焊嘴喷出燃烧，将工件和焊丝熔化形成熔池，冷凝后形成焊缝。气焊火焰燃烧时产生的大量

和CO气体包围熔池，排开空气，有保护熔池的作用。气焊具有火焰易于控制、操作灵活、容易实现均匀焊透和单面焊双面成型，以及不需要电源，便于在工地或野外作业等优点。气焊火焰的温度较电弧低，最高可达3150℃左右，热量比较分散，所以气焊适于厚度为3mm以下的薄板焊接、非铁金属的焊接和铸铁的补焊等，生产率比电弧焊低，应用不如电弧焊广。下一页返回4.2焊条电弧焊2.气焊气体气焊用的气体分为可燃性气体和助燃性气体两类。可燃性气体主要是乙炔气，此夕卜也可采用煤气、石油气等气体。助燃性气体就是氧气。(1)乙炔。分子式为

，燃烧最高温度可达3100℃~3300℃。乙炔在常温下为气体，比空气轻，能溶解于丙酮。乙炔是易燃、易爆气体，使用过程中要高度注意安全。现在多数车间、工地使用的都是瓶装乙炔。(2)氧气。氧气是一种极为活泼的助燃气体，能与许多元素化合生成氧化物。气焊、气割用的氧气是工业纯氧。乙炔等气体在纯氧中燃烧，能大大提高火焰温度。氧气由专门的制氧厂(车间)生产，用高压氧气瓶储存、运输。在常温常压下，氧是无色、无味的气体，比空气重，本身不能燃烧。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊3.气焊设备气焊所用设备主要有乙炔发生器或乙炔瓶、氧气瓶、减压器、回火防止器和焊炬等，如图4-17所示。(1)氧气瓶。它是用来储存、运输高压氧气的钢制厚壁容器。氧气瓶容积为40L,工作压力为15MPa,储气量为6000L。氧气瓶储存的是高压氧，为了把高压氧变成压力为2.9x~3.9xPa。的氧气，必须在瓶中高压氧输出时先经减压。这一工作由减压器承担。减压器一端接氧气瓶，一端接氧气管。氧气瓶不许曝晒、火烤、振荡及敲打，一也不许被油脂站污。氧气瓶口装有瓶阀，用以控制瓶内氧气进出，手轮逆时针方向旋转则可开放瓶阀，顺时针旋转则关闭。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊(2)乙炔瓶及乙炔发生器。乙炔瓶是用于储存和运输乙炔气的容器，其工作压力为15MPa，容积为40L。乙炔瓶的外表漆成自色，并用红漆写上“乙炔”和“火不可近”等字样。乙炔瓶内装有浸满丙酮的多孔性填料，利用乙炔能熔解于丙酮的特性，将乙炔储存在钢瓶中。乙炔瓶在搬运、装卸和使用时，应保持直立和平稳，与明火之间的距离不得小于10m。瓶中的乙炔气不能全部用完，其剩余气压一般控制在0.1~0.3MPa。使用乙炔瓶经济安全、无污染，而且便于运输，应用越来越普遍。乙炔发生器是制造和储存乙炔气的设备。使用时，将盛有电石的电石篮放人水中，电石与水作用产生乙炔。乙炔是易燃易爆气体，遵守乙炔发生器的使用安全规程十分重要，否则会引起严重的后果。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊设备必须由专人保管和使用，与明火之间的距离不得小于10m，禁止敲击和碰撞乙炔发生器，夏天要防止曝晒，冬天应防止冻结，要定期清洗和检查。(3)减压器。减压器是将氧气瓶和乙炔瓶内的高压气体变成低压气体的装置。通常又称为氧气表或乙炔表。减压器同时还具有调节压力与稳定压力的功能。其高压表反映气瓶内的压力，低压表反映气焊的工作压力，调压螺母用于调节工作压力。(4)回火防止器。在气焊过程中，当气体压力不足、焊嘴堵塞、焊嘴太热或焊嘴离焊件太近时，会发生火焰沿着焊嘴回烧到输气管的现象，被称为回火。回火防止器是防止火焰向输气管路或气源回烧而引起爆炸的一种保险装置。它有水封式和干式两种。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊(5)焊炬。焊炬一也叫焊枪。焊炬的作用是把乙炔、氧按一定比例混合后由焊嘴喷出，点燃后形成火焰，按可燃气体与氧气混合方式的不同，焊炬可分为射吸式和等压式两类。目前常用的是射吸式焊炬。国产焊炬有多种型号，每种型号的焊炬均备有3~5个孔径不同的焊嘴，以适应不同厚度的工件。(6)焊丝与焊剂。气焊丝一般是光金属丝。焊丝的化学成分直接影响焊接的质量和焊缝的力学性能。各种金属焊接时，应采用相应的焊丝。通常焊丝要与所焊材料的化学成分相同或接近。例如焊低碳钢时，往往使用普通低碳焊丝。焊剂又称焊粉或焊药，其作用是除去熔池中形成的氧化物杂质，改善金属熔池的湿润性，并且保护熔池。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊焊钢材时一般不用焊剂，焊铸铁、铜、铝及它们的合金时，应使用相应的焊剂。例如，焊铸铁可选用“粉201"，一也可采用硼砂等;焊铜及合金时可选用“粉301"，一也可用硼砂等;焊铝及其合金时选用“粉401”或用一些氧化物。4.气焊工艺及基本操作(1)气焊火焰。根据混合气体中氧气与乙炔气的比例不同，以及气焊火焰的性质和应用的不同，可将气焊火焰分为三种，如图4-18所示。①中性焰。中性焰中的氧气与乙炔的体积比为1:(1.1~1.2)。中性焰又称为正常焰，由焰心、内焰和外焰三部分构成。火焰各部分的温度分布如图4-19所示。焰心区温度较低。焊接时应使熔池及焊丝末端处于焰心前2~4mm，这个区间温度在3000℃以上。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊中性焰适用于焊接低碳钢、中碳钢、合金钢、纯铜和铝合金等材料。②碳化焰。碳化焰是指氧气与乙炔的体积之比小于1.0时形成的火焰。碳化焰中乙炔燃烧不完全，碳有剩余，整个火焰比中性焰长，但温度较低，最高温度约为2700℃~3000℃。碳化焰有增碳作用，适于焊接高碳钢、铸铁和硬质合金等材料。③氧化焰。氧气与乙炔的体积比大于1.3时的火焰称为氧化焰。氧化焰燃烧比中性焰剧烈，火焰各部分较短，且有嘶叫声，温度可达3100℃~3300℃，由于氧气过剩，氧化火焰对熔池有氧化作用，焊缝质量不好，只适于焊接黄铜。(2)气焊焊接规范选择。根据工件的化学成分、尺寸大小、形状及施焊的空间位置，选用不同的气焊规范。气焊规范包括火焰性质、火焰能率、焊丝直径、焊嘴与工件间夹角及焊接速度等。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊4.2焊条电弧焊①焊丝直径。焊丝直径要根据工件厚度来选择。1~3mm厚的工件可选用与工件厚度相同的焊丝;5~10mm厚的工件可选用3~5mm的焊丝。焊丝过细，熔化太快，将导致焊缝熔合不良和焊波不均匀;焊丝过粗，需要加热的时间长，会使焊缝热影响区增大，形成过热组织。②焊嘴型号及焊嘴大小。我国使用最广的焊炬是HO1型射吸式焊炬。焊厚度为0.5~2mm的板用HO1-2型，焊厚度为2~6mm的板用HO1-6型。每种型号有一套5个焊嘴，可根据板厚来选用合适的焊嘴孔径，孔径越大，每小时消耗的气体量一也越大。每小时混合气体的消耗量(L/h)叫火焰能率。焊炬型号和焊嘴孔径确定之后，火焰能率一也就确定了。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊③焊炬的倾斜角度。如图4-20所示，焊炬与工件夹角为a,a的大小对工件的加热程度有影响。工件越厚，a角应越大些，焊薄板时仅为

。另外，焊炬的焊嘴轴线的投影应与焊缝重合，使热量集中。④焊接速度。焊接速度直接影响生产率和产品质量，所以要根据产品情况选择焊接速度。一般原则是在保证焊接质量的前提下，尽力提高焊接速度，以提高生产率。(3)气焊操作技术。①焊前准备。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊点火时先微开氧气阀门，然后开大乙炔阀门，点燃火焰，这时火焰为碳化焰，可看到明显的三层轮廓;然后开大氧气阀门，火焰开始变短，淡自色的中间层逐步向自亮的焰心靠拢，调到刚好两层重合在一起，整个火焰只剩下中间自亮的焰心和外面一层较暗淡的轮廓时，即为所要求的中性焰。灭火时应先关乙炔阀门，后关氧气阀门。②平焊操作要点。a.两手分工。一般右手握焊炬，左手拿焊丝，两手动作要协调。焊薄板时多采用左焊法，即焊丝在焊炬前面，火焰指向工件待焊部分，两者同时从焊缝右端向左端移动;焊接厚工件时采用右焊法，焊炬从左向右移，具有热量集中、熔池较深、火焰能更好地保护焊缝等优点。b.起焊和停焊。起焊时，因工件处于常温，焊嘴与母材间要采用较大夹角，使母材尽快加热。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊当母材快要熔化时再把焊丝末端放到焰心前面，使之熔化过渡到熔化了的母材上去，母材和焊丝才能熔合好，然后转入正常焊接。停焊时，先要适当减小焊嘴与母材的夹角，以便更好地填满弧坑和避免烧穿，当弧坑填满时再将焊炬抬起。C.焊炬前移。焊接过程中焊炬要沿焊缝前移，前移速度即焊接速度。前移速度要保持母材熔化并且均匀，使焊波美观。前移中焊炬、焊丝应做协调地摆动，焊丝还要有节奏地点人熔池。这样既便于熔透，避免烧穿，又可搅拌金属熔池，利于熔池中的有害物质排出。4.3.2气割氧气切割简称气割，是根据某些金属在氧气流中能够剧烈燃烧的原理来切割金属的。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊气割广泛应用于钢材下料、焊件坡口的制备和铸钢件浇冒口的切割。气割主要有以下特点:一是设备简单，投资少，生产成本低;二是切割厚度大，切割效率高，目前切割最大厚度达2000mm;三是能在各种位置切割和切割出外形复杂的零件。气割存在的问题是切割材料有条件限制，适于一般钢材切割。1.气割过程气割过程实际上是被切割金属在纯氧中的燃烧过程，而不是熔化过程。割据外形以及氧气切割过程如图4-21所示。先用氧一乙炔焰将割u始端处的金属预热至燃点，然后打开切割氧气阀门，送出氧气，将高温金属燃烧成氧化渣;与此同时，氧化渣被切割氧气流吹走，从而形成割口。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊金属燃烧时，产生的热量以及氧一乙炔火焰同时又将割口下层的金属预热至燃点，切割氧气又使其燃烧，生成的氧化渣又被切割氧气流吹走，这样割炬连续不断地沿切割方向以一定的速度移动，即可形成所需的割口。2.气割的条件金属材料只有满足下列条件，才能采用氧气切割。(1)金属材料的燃点必须低于其熔点，这是保证切割是在燃烧过程中进行的基本条件。否则，切割时，金属先熔化，变为熔割过程，使割口过宽，而且不整齐。(2)燃烧生成的金属氧化物的熔点，应低于金属本身的熔点，同时流动性要好。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊否则，就会在割口表面形成固态氧化物，阻碍氧气流与下层金属的接触，使切割过程不能正常进行。(3)金属燃烧时，能放出大量的热，而金属本身的导热性要低。这是为了保证下层金属有足够的预热温度，使切割过程能连续进行。常用材料中，低碳钢、中碳钢及低合金高强度结构钢都符合气割的条件，而w(C)>0.7%的高碳钢、铸铁和非铁金属及合金则不能进行气割。上一页下一页返回4.2焊条电弧焊3.气割操作要点(1)气割前根据被切割工件的厚度选择适当的割嘴与割炬。(2)割嘴与工件应有正确的位置，一般在垂直方向上，割嘴对切口左右两边垂直，在切割方向上割嘴与工件间有适当的夹角。(3)割嘴与工件保持在焰心距工件3~5处，当工件预热好后，切割时要匀速前进。上一页返回4.4其他焊接方法4.4.1电阻焊电阻焊又称接触焊，是利用强电流通过焊件接头的接触面及邻近区域产生的电阻热把焊件加热到塑性状态或局部熔化状态，再在压力作用下形成牢固接头的一种压焊方法。这种焊接方法中电阻热起着最主要的作用，故称电阻焊。又因在焊接过程中两工件间的接触起着重要作用，故又称接触焊。电阻焊按照接头形式分为点焊、缝焊和对焊三种，如图4-22所示。点焊主要用于厚度小于3mm的薄板壳体和厚度小于6mm的钢筋构件;缝焊主要用于焊接有密封性要求的薄壁容器;对焊主要用于焊接杆状零件，如刀具、钢筋等。下一页返回4.4其他焊接方法4.4.2钎焊钎焊是利用熔点比焊件金属低的钎料加热熔化后，依靠毛细作用填充焊缝间隙，并与焊件相互扩散，冷却凝固后将处于固态的两焊件连接成整体的焊接方法。钎焊的加热方法有:火焰、电阻、炉内、真空、感应、盐浴等形式。焊接时可根据需要进行选择。钎焊时一般都要加钎剂，其作用是改善钎料的润湿性，消除接头表面的氧化物及杂质。根据钎料的熔点不同，钎焊可分为软钎焊和硬钎焊两种。1.软钎焊软钎焊的钎料熔点低于450℃，接头强度较低(一般不超过70MPa)。常用的钎料是锡铅合金(又称锡焊)，松香、氧化锌等作为钎剂。软钎焊适合于焊接受力不大，工作温度较低的焊件，如电器、仪表与线路接头的焊接。上一页下一页返回4.4其他焊接方法2.硬钎焊硬钎焊的钎料熔点高于450℃，接头强度较高(达400~500MPa)。常用的钎料有铜基、银基、镍基和铝基等合金，钎剂用硼砂、硼酸、氟化物和氯化物等组成。硬钎焊主要用于受力较大、工作温度较高的钢铁和铜合金构件及工具的焊接。如带锯、硬质合金刀具用铜钎焊进行焊接。钎焊构件的接头形式须用搭接或者套件镶接，如图4-23所示。这些接头的结合面较大，用以弥补钎焊强度不足。与一般熔化焊相比，钎焊的主要优点是:加热温度低，焊件组织和力学性能变化很小，焊接应力和变形小，焊件的尺寸精度高;可以焊接性能差异很大的异种金属和厚薄悬殊的焊件。它多用于精密仪表、电器零件、异种金属的焊接。上一页下一页返回4.4其他焊接方法4.4.3等离子弧焊接等离子弧焊是在钨极氢弧焊的基础上发展起来的一种焊接方法。它是借助水冷却喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。当电弧经过水冷却喷嘴孔道时，受到三种压缩:喷嘴细小孔道的机械压缩;弧柱周围的高速冷却气流使电弧产生热收缩;弧柱的带电粒子流在自身磁场作用下，产生相互吸引力，使电弧产生磁收缩。被高度压缩的电弧，成为弧柱直径很细、气体密度很高、能量非常密集的电弧，称为等离子弧，如图4-24所示。等离子弧焊可以焊接绝大部分金属，但由于焊接成本较高，故主要用在国防和尖端技术中，常用于焊接某些焊接性差的金属材料和精细工件等，如不锈钢、耐热钢、高强度钢及难熔金属材料的焊接。上一页下一页返回4.4其他焊接方法4.4.4真空电子束焊接真空电子束焊接如图4-25所示。电子枪、焊件及夹具全部装在真空室内。电子枪由加热灯丝、阴极、阳极及聚焦装置等组成。当阴极被灯丝加热到2600K时，能发出大量电子。这些电子在阴极与阳极(焊件)间的高压作用下，经电磁透镜聚焦成电子流束，以极大速度(可达到160000km/s)射向焊件表面，使电子的动能转变为热能，其能量密度(W/cm)比普通电弧大1000倍，故可使焊件金属迅速熔化，甚至汽化。根据焊件的熔化程度，适当移动焊件，即得到要求的焊接接头。上一页下一页返回4.4其他焊接方法真空电子束焊接有以下特点:由于在真空中焊接，焊件金属无氧化、氮化、无金属电极站污，从而保证了焊缝金属的高纯度;热源能量密度大，熔深大，速度快，焊缝深而窄(焊缝宽深比可达1:20)，能单道焊厚件;焊接热影响区很小，基本上不产生焊接变形，可对精加工后的零件进行焊接;厚件不必开坡口，焊接时，一般不必另填金属，但接头要加工得平整洁净，装配紧，不留间隙;电子束参数可在较宽范围内调节，而且焊接过程控制灵活、适应性强。真空电子束焊接缺点是:设备复杂、造价高、使用与维护技术要求高，焊件尺寸受真空室限制，对焊件的清整与装配要求严格。因而，其应用也受到一定限制。上一页下一页返回4.4其他焊接方法目前，真空电子束焊接的应用范围正日益扩大，从微型电子线路组件、真空膜盒、钥箔蜂窝结构、原子能燃料元件到大型导弹壳体都已采用电子束焊接。此外，熔点、导热性、溶解度相差很大的异种金属构件，真空中使用的器件和内部要求真空的密封器件等，用真空电子束焊接一也能得到良好的焊接接头。4.4.5激光焊接激光是指利用原子受激辐射原理，使物质受激而产生的波长均一、方向一致和强度很高的光束。它具有单色性好、方向性好以及能量密度高(可达W/cm)等特点，因此被成功地用于金属或非金属材料的焊接、穿孔和切割。上一页下一页返回4.4其他焊接方法激光焊接示意图如图4-26所示，其基本原理是:利用激光器受激产生的激光束，通过聚焦系统可聚集到十分微小的焦点(光斑)上，其能量密度大于W/cm。当调焦到焊件接缝时，光能转换为热能，使金属熔化，形成焊接接头。激光焊接的特点是:焊接过程极其迅速(如定位焊过程只有几毫秒)，这不仅提高了生产率，而且被焊材料不易氧化，因此，可以在大气中进行焊接，不需要气体保护或真空环境;激光焊接的能量密度很高，热量集中，作用时间很短，所以焊接热影响区极小，焊接不变形，特别适用于热敏感材料的焊接;激光束可用反射镜或偏转棱镜将其在任何方向弯曲或聚集，还可以通过透明材料壁进行聚集，可以用光导纤维将其引到难以接近的部位。上一页下一页返回4.4其他焊接方法因此，可以焊接一般焊法难以接近或无法安置的焊点;激光可对绝缘材料直接焊接，焊接异种金属材料也比较容易，甚至能把金属与非金属焊在一起。激光焊接特别适合微型、精密、排列非常密集和热敏感材料的焊件及微电子元件的焊接(如集成电路，微型继电器、电容器、石英晶体的管壳封焊以及仪表游丝的焊接等)，但激光焊接设备的功率较小，可焊接的厚度受到一定限制，而且操作与维护的技术要求较高。上一页返回4.5常见焊接缺陷及焊接质量控制4.5.1常见焊接缺陷1.对焊接质量的要求焊接质量一般包括焊缝的外形尺寸、焊缝的连续性和接头性能等三个方面。一般对焊缝外形和尺寸的要求是:焊缝与母材金属之间应平滑过渡，以减少应力集中;没有烧穿、未焊透等缺陷;焊缝的余高为0~3mm，不应太大;对焊缝的宽度、余高等尺寸都要符合国家标准或是技术图样要求。焊缝的连续性是指焊缝中是否有裂纹、气孔与缩孔、夹渣、未熔合与未焊透等缺陷。接头性能是指焊接接头的力学性能及其他性能(如耐蚀性等)。它应符合图样的技术要求。2.常见的焊接缺陷焊接缺陷的种类很多，常见的有:夹渣、气孔、裂纹和未焊透等。形成缺陷的原因及其预防措施见表4-3。下一页返回4.5常见焊接缺陷及焊接质量控制4.5.2焊接缺陷的检验方法对焊接接头进行必要的检验是保证焊接质量的重要措施。焊件焊完后，应根据产品技术要求进行相应的检验。生产中常用的检验方法有:外观检验、着色检验、致密性检验、无损检验、力学性能和其他性能试验等。1.外观检验外观检验一般以肉眼观察为主，有时用5~20倍的放大镜进行观察。通过外观检查，可发现焊缝表面缺陷，如咬边、焊瘤、表面裂缝、气孔、夹渣及锻焊穿等。焊缝的外形尺寸还可用焊口检测器或样板进行测量。上一页下一页返回4.5常见焊接缺陷及焊接质量控制2.着色检验利用流动性和渗透性好的着色剂来显示焊缝表层中的微小缺陷。3.致密性检验致密性检验是用于检验不受压或受压很低的容器管道焊缝的穿透性缺陷。常用的方法有气压试验、水压试验和煤油试验。压力容器采用水压试验或气压试验，不受压容器采用煤油试验。

4.无损检验无损检验主要用于检查焊缝的内部缺陷。常用的方法有磁粉探伤、X射线探伤、超声波探伤等。另一类是破坏性试验，它根据设计要求将焊接接头制成试样，进行拉伸、弯曲、冲击等力学性能试验和其他性能试验，如金相检验、断口检验和耐压试验等。上一页返回图4-1

常用焊接方法分类返回图4-2