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典型的焊接过程包括:
→弧焊(氩弧焊、手工弧焊、弧焊、钨极气体保护弧焊、等离子弧焊、气体保护焊)
→电阻焊
→高能束焊接(电子束焊接、激光焊接)
→焊接
→能量电阻:电渣焊、高频焊、
→化学能是焊接能:气焊、气焊、爆炸焊、
→机械能是焊接能量:摩擦焊、冷压焊、超声波焊、真空扩散焊
1.弧焊
弧焊是目前应用最广泛的焊接方法,包括手工弧焊、弧焊、钨极气体保护弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等,弧焊的大部分是以电极与工件之间燃烧的电弧为热源。
(1)手工电弧焊
手工电弧焊是各种电弧焊方法中发展最快、目前应用最广泛的一种焊接方法,它以外部涂有涂料的焊缝为电极作为填充金属,电弧在焊缝末端和焊接工件表面之间燃烧。
涂料可以生成气体,防止电弧受热。熔融炉渣可以覆盖熔融金属表面,以防止熔融金属与周围气体的相互作用。熔渣的更重要作用是与熔融金属发生物理化学反应或添加合金元素,以改善焊接金属的性能。手工电弧焊设备简单、轻便、操作灵活全部。
可用于贴片和组装的短缝焊接,特别是难以到达的部位的焊接。适用于手工电弧焊的焊缝可适用于大多数工业碳钢、不锈钢、铸铁、铜、铝、镍和合金。
(2)弧焊
弧焊将连续送丝时的焊丝作为电极填充金属。焊接时,在焊接区域的上方覆盖粒状焊剂,电弧在焊剂层下方燃烧,将焊丝末端和局部母材熔化形成焊缝。
电弧热炉上部焊剂熔化炉渣,与液态金属发生冶金反应。炉渣悬浮在金属焊接罐表面,可以保护焊接金属,防止空气污染,与熔融金属发生物理化学反应,改善焊接金属的成分和性能,同时缓慢沉淀焊接金属。可以使用大的焊接电流。
与手工电弧焊相比,最大的优点是焊接质量好,焊接速度快。因此,特别适合焊接大型工件的直缝的环缝,而且多采用机械化焊接。弧焊有碳钢、低合金结构钢、广泛用于不锈钢焊接。由于炉渣可以降低接头的冷却速度,一些高强度结构钢、高碳钢等也可以采用弧焊。
(3)钨极气体保护弧焊
利用钨极和工件之间的电弧熔化金属形成焊接的不溶极气体保护弧焊。在焊接过程中,钨极不熔化,只起电极的作用。同时,火炬喷嘴提供氩气或氦气进行保护。
也可以根据需要添加金属。国际上俗称TIG焊接。钨极气体保护弧焊可以很好地控制热输入,是连接薄板金属和底层焊接的优秀方法。这种方法几乎可以用于连接所有金属,特别是形成难以熔融的氧化物。适用于铝、镁、钛、锆等活性金属的焊接,该焊接方法焊接质量高,但焊接速度慢于其他弧焊。
(4)等离子弧焊
等离子弧焊也是一种不熔化极弧焊,它是利用电极和工件之间的压缩电弧(称为传输电弧)来实现焊接的装置。使用的电极一般是钨极。生成等离子弧的等离子气体是氩气、氮气、氮气。可以使用氦气或两者的混合气体。
同时通过喷嘴被惰性气体保护,焊接时可以不添加填充金属或填充金属,等离子弧焊接时电弧笔直,能量密度高,电弧穿透能力强,等离子弧焊接时产生的空隙效应即使没有坡口,也会在一定厚度范围内产生。可以与内大部分金属对接,保证熔化和焊接的均匀一致。
因此等离子弧焊接生产效率高,焊接质量好,但包括喷嘴在内的等离子弧焊接设备比较复杂,焊接工艺参数控制要求较高,可进行钨极气体保护弧焊接的金属大部分可以采用等离子弧焊接,相比之下,1mm以下的极薄金属的焊接可以通过等离子弧焊轻松进行。
(5)熔化极气体保护弧焊
这种焊接方法将连续进入的焊丝和工件之间燃烧的电弧作为热源,使用从焊缝喷嘴喷出的气体保护电弧进行焊接。通常,用于熔化极气体保护弧焊的保护气体是氩气、氦气、CO2气体或这些气体的混合气体。
如果使用氩气或氦气作为保护气体,则熔融极惰性气体保护弧焊(国际上称为MIG焊接);如果将惰性气体和氧化气体(O2、CO2)的混合气体用作保护气体,或者将CO2气体或CO2+O2混合气体用作保护气体,则称为熔融极活性气体保护弧焊(国际上称为MAG焊)。
熔化极气体保护弧焊的主要优点是可以方便地进行各种位置的焊接,具有焊接速度快、焊接率高等优点。熔化极活性气体保护弧焊可应用于包括碳钢、合金钢在内的大部分主要金属。熔化极惰性气体保护焊可用于不锈钢、铝、适用于镁、铜、钛、锆、镍合金。也可以通过这种焊接方法进行电弧点焊。
(6)管道焊丝弧焊
管道焊丝弧焊也将连续进入的焊丝和工件之间燃烧的电弧作为热源进行焊接,被认为是一种熔融极气体保护焊。使用的焊丝是管状焊丝,管道内含有各种成分的焊剂。
焊接时主要添加CO保护气体,焊剂起到热解或熔融保护焊纸、稳定渗透合金及电弧等作用,管状焊丝弧焊除了上述熔化极气体保护弧焊的优点外,在管内焊剂的作用下,冶金也有优点。弧焊可适用于大多数黑色金属的各种接头焊接。管状焊丝弧焊在一些工业发达国家得到了广泛的应用。
2.电阻焊
这是一种以电阻热为能量源的焊接方法,包括以炉渣电阻热为能量源的炉渣焊接和以固体电阻热为能量源的电阻焊接。电渣焊接有更独特的特点,稍后介绍。本文主要介绍几种以固体电阻热为能量源的电阻焊,主要有点焊、缝焊、凸焊及对向焊等。
在进行该电阻焊接时,被焊接部件的表面线对于得到稳定的焊接品质是重要的。因此,在焊接前必须清洗电极和工件以及工件和工件的接触面。点焊、缝焊、凸焊焊接电流(单相)大(数千〜数万安培),通电时间短(数周〜数秒),设备昂贵复杂,生产效率高,适合批量生产,主要用于焊接厚度小于3mm的薄板模块,用于各种钢材、铝、用于镁等有色金属及其合金、不锈钢等。
3.高能束焊接
该焊接方法包括电子束焊接和激光焊接。
(1)电子束焊接
电子束焊接是利用集中的高速电子束撞击工件表面时产生的热能进行焊接的方法。电子束焊接时,电子枪产生并加速电子束。一般的电子束焊接有高真空电子束焊接、低真空电子束焊接、非真空电子束焊接。
前两种方法均在真空腔内进行,焊接准备时间(主要是抽真空时间)长,工件尺寸受限于真空腔体尺寸,电子束焊接与电弧焊接相比,主要特点是焊道熔深大,熔宽小,焊缝金属纯度高。
可用于薄型材料的精密焊接或厚度(最大300mm)构件的焊接。所有能用其他焊接方法焊接的金属和合金都可以用电子束焊接。主要用于高质量要求产品的焊接,也可解决异种金属、易氧化金属、难溶解金属的焊接,但不适合大量产品。
(2)激光焊接
激光焊接是将使用高功率相干单色光子流聚焦的激光束焊接在热源上的焊接。该焊接方法通常有连续功率激光焊接和脉冲功率激光焊接。激光焊接的优点是无需在真空中进行,其缺点是穿透力不如电子束焊接强,激光焊接时可以进行精确的能量控制,从而实现精密微器件的焊接,它可以实现多种金属、特别是可以解决一些难焊金属和异种金属的焊接。
4.焊接
焊接的能量源可以是化学反应热,也可以是间接热,将熔点低于焊接材料熔点的金属作为钎料加热,使钎料熔融,通过毛细管作用使钎料进入接头接触面的间隙,使焊接金属表面湿润,在液相和固相之间扩散,形成钎料接头。因此,钎焊是固体和液体的焊接方法。
钎焊加热温度低,母材不熔化、不加压,但焊接前应采取一定措施去除焊接工件表面的油污、灰尘、氧化膜等。这是提高工件润湿性、保证接头质量的重要保证。
钎料的液相线湿度高于450℃,低于母材金属的熔点时称为硬钎焊,低于450℃时称为钎焊。根据热源和加热方法的不同,钎焊可分为火焰钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、浸渍钎焊、电阻钎焊等。
由于钎焊时加热温度低,对工件材料性能的影响小,焊接材料的应力变形也小,但钎焊头一般强度低,耐热能力差,钎焊可焊接碳钢、不锈钢、高温合金、铝、铜等金属材料即使焊接异种金属也可以连接金属和非金属。适用于载荷不大或常温下工作的接头焊接,特别适用于精密、小型、复杂的多焊接部件。
5.其他焊接方法
这些焊接方法是不同层次的专业化焊接方法,适用范围比较窄,主要有以电阻热为能量的电渣焊、高频焊、以化学能为焊接能的气焊、气压焊、爆炸焊、以机械能为焊接能的摩擦焊、冷压焊、超声波焊、有真空扩散焊接。
(1)电渣焊接
如上所述,电渣焊接是以电渣电阻热为能量源的焊接方法,焊接过程在由垂直焊接位置的两个工件末端和两侧的水冷滑块构成的组装间隙内进行,利用焊接时由电渣产生的电阻热使工件末端熔融。根据焊接中使用的电极形状,电渣焊接分为线极电渣焊接、板极电渣焊接、喷嘴电渣焊接。
(2)高频焊接
高频焊接是以固体电阻热为能量源,利用焊接时高频电流在工件内产生的电阻热,对工件焊接区域的表层进行熔融或加热而接近塑性状态,然后不施加或施加锻造力,实现金属结合的固体电弧焊接方法。高频焊接根据高频电流的不同,可分为接触高频焊接和感应高频焊接。
(3)气焊
气体焊接是以气体火焰为热源的焊接方法,最常见的是以乙炔气体为燃料的氧乙炔火焰,设备简单,操作方便,但气体焊接的加热速度和生产率低,热影响区域大,容易引起大变形气焊有许多可用于有色金属和合金焊接的黑色金属。通常适用于修理或单板焊接。
(4)气体压接
气体压接与气体压接相同,气体压接也以气体火焰为热源。焊接时,将两个对接工件的末端加热到一定的温度,然后施加足够的压力,得到牢固的接头。固体焊接。在气压焊接中不添加填充金属,常用于钢轨焊接和钢筋焊接。
(5)爆炸焊接
爆炸焊接也是另一种以化学反应热为能量源的固相焊接方法,但它利用炸药爆炸产生的能量实现金属的结合,爆炸波允许两种金属在不到1秒的时间内加速碰撞,形成金属的结合。
(6)摩擦焊接
摩擦焊是以机械能为能量源的固相焊接。利用两个表面之间的机械摩擦产生的热量实现金属的连接。摩擦焊的热集中在结合面上,热影响区窄。需要在两个表面之间施加压力,通常在加热结束时增加压力,通过上部锻造使热态金属结合,通常结合面不熔融。摩擦焊接生产率高,原理上能够进行热锻的金属几乎都可以进行摩擦焊接。摩擦焊接也可用于异种金属的焊接。对最大直径100mm的圆形工件应用截面。
(7)超声波焊接
超声波焊接也是一种以机械能为能量源的固体焊接方法。在进行超声波焊接的情况下,焊接部件在低静压下,由于阴极的高频振动而在接合面产生强的裂纹摩擦,能够加热到焊接温度并结合。超声波焊接可用于大部分金属材料之间的焊接。可实现金属、异种金属及金属与非金属的焊接。适用于电线、箔条或2~3mm以下薄板金属接头的重复生产。
(8)扩散焊接
真空扩散焊接一般是以间接热能为能量源的固相焊接方法,一般在真空或保护气氛下进行,焊接时使两个焊接件表面在高温和较大压力下接触一定时间,保温达到原子间的距离,经过原子的朴素的互扩散耦合。
焊接前不仅要清洗工件表面的氧化物等杂质,只要表面粗糙度在一定值以下,就可以保证焊接质量,真空扩散焊接对被焊接材料的性能几乎没有危害,可以焊接同种金属、异种金属、陶瓷等非金属材料。真空扩散焊可以焊接结构复杂、厚度大不相同的加工材料。