第二讲电焊与切割基础知识

1、浙江省特种作业人员安全技术培训 第二讲,焊接与切割基础知识,第一节 金属焊接和切割的原理、分类和方法,（一）焊接的原理 1.连接技术 在金属结构和机械制造中，按一定形状和位置通过机械、物理和化学方法，以及冶金方式，将两个或多个零件连接成一个整体，并保持相互位置和有足够的连接强度的工艺方法。 连接的两大类方法：一类是可以拆卸的连接方法，如螺栓连接；另一类是不可拆卸的连接方法，如铆接和焊接。,第一节 金属焊接和切割的原理、分类和方法,机械连接 可拆卸连接/不可拆卸连接 物理化学方法 钎焊/粘接 冶金方式：焊接,常见连接方法,第一节 金属焊接和切割的原理、分类和方法,2.焊接发展史 1） 1885年

2、俄国人别那尔道斯发明碳弧焊接，这可以看作是电弧作为工业热源应用的起步。 2）电弧焊真正应用于工业，是在1892年发现金属极电弧以后。 3）电阻焊是1886年由美国人发明的，它的大规模工业应用也几乎跟电弧焊同时代的 。 4）1930年以前，焊接在机器制造工业中的作用还是很微不足道的。当时造船、锅炉、飞机等制造工业基本上还是用铆接方法。 5)古埃及（约40006000年前）已开始使用焊接技术焊接金银饰品。 6)中国（约2000年前）秦始皇兵马俑出土的铜车马已采用焊接技术。,第一节 金属焊接和切割的原理、分类和方法,（二）焊接的分类 1、什么是焊接： “焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用

3、填充材料，使工件达到结合的一种方法”。 2、焊接分类：通常将焊接方法分为以下几种： 熔焊：将要焊接的工件局部加热至融化，冷凝后形成焊缝而使构件连接在一起的加工方法。如电弧焊、气焊、电渣焊、电子束焊、激光焊等。 压力焊：焊接过程中必须要施加压力，采用加热或不加热才能完成的焊接。其加热的主要目的是为使金属软化，靠施加压力使金属塑变,让原子接近到相互稳固吸引的距离，这一点与熔焊时的加热有本质的不同。,第一节 金属焊接和切割的原理、分类和方法,钎焊：将熔点比母材低的钎料加热至融化，但加热温度低于母材的熔点，用融化的钎料填充焊缝、润湿母材并与母材相互扩散形成一体的焊接方法。 钎焊分两大类： 硬钎焊和软钎

4、焊。 1、硬钎焊的加热温度大于450度，抗拉强度大于200 MPa ，经常用银基、铜基钎料，适于工作应力大，环境温度高的场合，比如硬质合金车刀、地质钻头的焊接。 2、软钎焊的加热温度小于450度，抗拉强度小于70 MPa 适于应力小，工作温度低的环境。比如电路的锡基钎焊.,第一节 金属焊接和切割的原理、分类和方法,焊接方法的优缺点 优点： 节省金属材料、减轻结构重量，经济效益好； 简化加工与装配工序，生产周期短，生产效率高； 结构强度高（能到达母材等强度），接头密封性好； 为结构设计提供较大的灵活性。可根据需要在不同部位选用不同强度、不同耐磨、耐腐蚀及耐高温等性能的材料。,第一节 金属焊接和切

5、割的原理、分类和方法,缺点： 焊接结构容易引起变形，从而影响结构的承载能力、加工精度和尺寸稳定性。同时焊件与焊缝的交界处还会引起应力集中，产生脆性断裂。 焊缝中存在着一定数量的缺陷，如裂纹、气孔、夹渣、未焊透、未熔合等，是造成焊接结构破坏的主要因素。 焊接接头具有较大的性能不均匀性。 焊接接头的整体性对一旦产生的裂纹起不到止裂的效果。 焊接过程中产生高温、强光及一些有毒气体，对人体有一定的损害。,第一节 金属焊接和切割的原理、分类和方法,（三）常用的熔化焊方法 1.焊条电弧焊 用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法，简称手工电弧焊。 焊接特点： （1）设备简单、操作灵活。 （2）焊接变形可控。 （

6、3）可焊金属材料广，如焊接碳钢、低合金钢、高强钢、不锈钢、也可以焊接铸铁、铝、铜等合金。 （4）焊接生产率低。 （5）焊缝质量依赖性强。,第一节 金属焊接和切割的原理、分类和方法,2.埋弧焊 埋弧焊是指电弧掩埋在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。由于弧光不外露，称为埋弧焊。,1. 母材 2. 坡口 3. 引弧板 4. 焊剂 5.焊剂漏斗 6. 焊丝 7. 焊丝送进轮 8. 导电嘴 9. 焊接电源 10. 焊丝盘 11.焊剂回收 12.渣壳 13. 焊缝,埋弧自动焊、焊剂层下自动弧焊,第一节 金属焊接和切割的原理、分类和方法,埋弧焊主要特点： （1）熔敷效率高，是手工电弧焊的510倍，焊缝质量高、美观

7、；可采用大电流进行焊接，能获得较大熔深，节约了焊接材料，生产效率高； （2）自动化程度高，无弧光辐射，改善了焊工的劳动条件； （3）焊接条件的局限性：一般只能用于水平位置的焊接，对短焊缝、小直径环焊缝、形状不规则的焊缝、以及空间位置狭窄的焊接、薄板的焊接等均受到限制； （4）埋弧焊焊接时看不到电弧，对焊接坡口和装备的要求比较高； （5）可焊接碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢，还可以用于铜及铜合金的焊接；,第一节 金属焊接和切割的原理、分类和方法,3.气体保护焊 气体保护焊是指使用熔化电极，用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方法。 3.1 气体保护焊原理 热源：电弧（在焊丝

8、与熔池间） 焊缝：熔化焊丝+母材金属 保护：气体保护、气-渣联合保护,第一节 金属焊接和切割的原理、分类和方法,3.2 气体保护焊方法分类及其应用 焊丝结构：实心焊丝气体保护焊、药芯焊丝电弧焊； 保护气体：氩气、氦气、CO2气体、混合气体； 操作过程：半自动焊、自动焊； 适应：碳钢、低合金结构钢、不锈钢、铝、铜及其他合金的焊接。 保护气体作用：保护（隔离空气，使高温焊接区免遭空气侵害）；改善工艺性能（一定程度上影响甚至决定着电弧的能量特性、形态特征、工艺特性）；冶金作用。,第一节 金属焊接和切割的原理、分类和方法,3.3 气体保护焊的特点 （1）采用明弧焊，不用焊剂，无熔渣，适合全位置焊接。

9、（2）电弧热量集中，熔池和热影响区小，焊件的变形和裂纹缺陷产生的可能性小，适用于薄板、管子的焊接，钨极氩弧焊还常用于锅炉及压力容器及重要受压元件根部的打底焊。 （3）采用惰性气体保护时，焊接质量好。 （4）不宜在野外操作。,第一节 金属焊接和切割的原理、分类和方法,（三）其他焊接方法 1.电阻焊 利用电流流经工件接触面积邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，同时对焊接处加压完成焊接的一种方法。 1.1 分类：点焊、缝焊、凸焊、电阻对焊、闪光对焊等。 1.2 特点是：电阻加热，在压力下焊合。 物理本质是利用焊接区本身电阻热和大量塑性变形能量使两个分离表面原子之间接近到晶格距离形成金属键，

10、在接触面上产生共同晶粒而得到焊点、焊缝或对接接头。 质量稳定、生产率高、易于机械化自动化。,a).点焊 b).凸焊 c).缝焊（滚焊） d).电阻对焊 e).闪光对焊 f).缝对焊,电阻焊的优点：,（1）熔核形成时，始终被塑性环包围，熔化金属与空气隔绝，冶金过程简单。 （2）加热时间短，热量集中，故热影响区小，变形与应力也小，通常在焊后不必安排校正和热处理工序。 （3）不需要填充金属，以及氧、乙炔、氢等焊接材料，焊接成本低。 （4）操作简单，易于实现机械化和自动化，改善了劳动条件。 （5）生产率高，且无噪声及有害气体，大批量生产中，可和其它制造工序一起编到组装线上。但闪光对焊因有火花喷溅，需要

11、隔离。,电阻焊的缺点：,焊接设备相对复杂，机械化、自动化程度较高。 所需的电容量大（大功率单相交流焊机设备），对电网影响大。 到目前无简单快捷的无损检测方法（只能靠工艺试样和工件的破坏性试验来检查）,第一节 金属焊接和切割的原理、分类和方法,2. 钎焊 钎焊是指采用熔点相对较低的钎料加热至熔化状态，将液体注入被焊金属的焊缝中，使原子间相互结合，并形成焊接接头，从而实现零件连接。 2.1 钎料的润湿与铺展 钎焊时，只有熔化的液体钎料很好地润湿母材表面才能填满钎缝。衡量钎料对母材润湿能力的大小，可用钎料（液相）与母材（固相）相接触时的接触夹角大小来表示。,第一节 金属焊接和切割的原理、分类和方法,

12、2.2 影响钎料润湿母材的主要因素有： （1）钎料和母材的成分 如果钎料与母材在固态和液态下均不发生物理化学作用，则它们之间的润湿作用就很差，如铅和铁。若钎料与母材能相互熔解或形成化合物，则认为钎料能较好地润湿母材，例如银对铜。 （2）母材表面氧化物 如果母材表面存在氧化物，液态钎料往往会凝聚成球状，不与母材发生润湿，所以，钎焊前必须充分清楚氧化物，才能保证良好的润湿作用。,第一节 金属焊接和切割的原理、分类和方法,（3）钎焊温度 钎焊加热温度的升高，由于钎料表面张力下降等原因会改善钎料对母材的润湿性，但钎焊温度不能过高，否则会造成钎料流失，晶粒长大等缺陷。 （4）钎剂 焊接时使用钎剂可以清楚

13、钎料和母材表面的氧化物，改善润湿作用。 （5）母材表面粗糙度 当钎料与母材之间作用较弱时，母材表面粗糙的沟槽起到了特殊的毛细作用，可以改善钎料在母材上的润湿与铺展。,第一节 金属焊接和切割的原理、分类和方法,（6）钎料的毛细流动 钎焊时，液体钎料要沿着间隙去填满钎缝，由于间隙很小，如同毛细管，所以称之流动。毛细流动能力的大小，能决定钎料能否填满钎缝间隙。 影响液体钎料毛细流动的因素很多，主要有钎料的润湿能力和接头间隙大小等，如钎料对母材润湿性好，接头有较小的间隙，都可以得到良好的钎料流动与填充性能。 5.3 钎料与母材的相互作用 液态钎料在毛细填隙过程中与母材发生相互物理化学作用，这些相互作用

14、对钎焊接接头的性能影响很大，它们可以分为两种：,第一节 金属焊接和切割的原理、分类和方法,钎料组份向母材扩散 钎焊时，也出现钎料组份向母材的扩散，扩散以两种方式进行，一种是钎料组元向整个母材晶粒内部扩散，在母材毗邻钎缝处的一边形成固溶体层，对接头不会产生不良影响。另一种是钎料组元扩散到母材的晶粒边界，常常使晶界发脆，尤其是在薄件钎焊时比较明显。 母材向钎料的溶解 钎焊时一般都发生母材向液体钎料的溶解过程，可使钎料成份合金化，有利于提高接头强度。但母材的过度溶解会使液体钎料的熔点和粘度升高，流动性变差，往往导致不能填满钎缝间隙，同时可能使母材表面因过分溶解而出现凹陷等缺陷。,第一节 金属焊接和切

15、割的原理、分类和方法,钎焊的特点： (1)钎焊工艺的加热温度比较低，因此钎焊以后焊件的变形小，容易保证焊件的尺寸精度。同时，对于焊件母材的组织及性能的影响也比较小。 (2)钎焊工艺可适用于各种金属材料、异种金属、金属与非金属的连接。 (3)可以一次完成多个零件或多条钎缝的钎焊，生产率较高。 (4)可以钎焊极薄或极细的零件，以及粗细、厚薄相差很大的零件。 (5)钎焊的缺点是：钎焊接头的耐热能力比较差，接头强度比较低，钎焊时表面清理及焊件装配质量的要求比较高。,钎焊分类： 1.烙铁钎焊 依靠烙铁头的头部积蓄的热量熔化钎料，并将它送进给到焊件钎焊处，同时加热钎焊处的金属而完成钎焊接头。,2.火焰钎焊

16、 利用火焰的热量来实现钎焊的方法。,典型钎焊工艺示例,第一节 金属焊接和切割的原理、分类和方法,（四）切割的原理和分类 金属的切割方法很多，可分为机械切割（冷切割：剪切、锯切、铣切）、火焰切割（又称气割热切割）、电弧切割、水切割和激光切割等。 1.火焰切割（见图1-5） 指利用气体火焰的热能，将工件切割处预热到燃烧温度后，喷出高速切割氧，使其燃烧并放出热量，从而实现切割的方法。常用的火焰切割就是氧-乙炔切割。 气割分三个阶段： 预热燃烧吹渣 实质是铁在纯氧中燃烧的过程，而不是融化过程。,图1-5 1-割缝；2-割嘴；3-氧气流；4-工件；5-氧化物；6-预热火焰,第一节 金属焊接和切割的原理、分类和方法,金属气割的条件： （1）金属燃烧温度应低于熔化温度，若未达到燃烧温度就已开始熔化，变成液体，则不能进行切割。如铜、铝及铸铁等燃点高于熔点，不能采用普通的气割进行。 （2） 金属氧化物的熔点应低于该金属的熔点，而且氧