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1、第二节 常用焊接方法常用焊接方法包括焊条电弧焊、埋弧自动焊、气体保护电弧焊（包括氩弧焊和二氧化碳气体保护焊）、电阻焊、摩擦焊和钎焊等。其中，焊条电弧焊、埋弧自动焊、气体保护电弧焊都属熔化焊（简称熔焊）中的电弧焊；而电阻焊、摩擦焊属压力焊（简称压焊）。一、手工电弧焊（焊条电弧焊）：利用电弧作为热源，用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。,直流电焊机,直流电焊机,交流电焊机,交流电焊机,1、焊条1）焊条的组成与作用 手弧焊焊条由焊芯和药皮两部分组成。（1）焊芯作用 作为电弧焊的一个电极，与焊件之间导电形成电弧。作为填充金属，在焊接过程中不断熔化，并过渡到移动的熔池中，与熔化的母材共同结晶形成焊缝。（
2、2）焊芯材料及性质：采用焊接专用金属丝（焊丝），其特点是：含碳量低，含S、P有害杂质少，有一定的合金元素含量。如，结构钢焊条焊芯常用H08A，H：焊丝；08：含碳量0.08%；A:高级优质,含S、P0.03%;若是E，特级优质，含S、P0.02%。常用焊条直径（也就是焊芯直径）有：1.6mm,2.0mm,2.5mm,3.2mm,4.0mm,5.0mm;长度：250 450mm 之间。,（2）焊条药皮 药皮的作用 a）对熔池造成有效的气、渣联合保护；b）使熔池内金属液脱氧、脱硫以及向熔池金属中渗合金，提高焊缝的力学性能；c）起稳弧作用，以改善焊接的工艺性。,药皮的组成 a）稳弧剂：主要是易于电离
3、的钾、钠、钙的化合物。b）造渣剂：形成熔渣覆盖在熔池表面，不让大气侵入熔池，且起冶金作用。c）造气剂：分解出CO和H2等气体包围在电弧和熔池周围，起到隔绝大气、保护熔滴和熔池的作用。d）脱氧剂：主要应用锰铁、硅铁、钛铁、铝铁和石墨等，脱去熔池中的氧。e）合金剂：主要应用锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁和钨铁等铁合金。f）粘结剂：常用钾、钠水玻璃。,药皮的组成与作用,（3）焊条药皮的种类 a）酸性焊条药皮中含有多量酸性氧化物，如SiO2、TiO2、Fe2O3等。b）碱性焊条药皮中含有多量碱性氧化物，如CaO、FeO、MnO、Na2O、MgO等。,2）焊条的种类和型号（1）焊条共分为十大类，即结构钢焊
4、条（J）-包括碳钢焊条和普通低合金钢焊条、低合金钢焊条（W）、钼和铬钼耐热钢焊条（R）、不锈钢焊条（B）、堆焊焊条（D）、铸铁焊条（Z）、镍及镍合金焊条（N）、铜及铜合金焊条（T）、铝及铝合金焊条（L）和特殊用途焊条（TS）。（2）牌号：焊条行业统一的焊条代号。符号 XX X焊条大类 溶敷金属b 电源种类及药皮类型J422：结构钢焊条，焊缝抗拉强度不低于420MPa，2型药皮，交直流；,焊条牌号,焊条类别代码,焊条类别代码,药皮类型代号,焊条抗拉强度（Kg/mm2）,J422表示：结构钢焊条，焊缝强度不低于420MPa，药皮类型为氧化钛钙型,（3）型号：国家标准中的焊条代号。E:E表示焊条；前
5、二位数字表示熔敷金属b的最小值；第三位数字表示焊接位置，“0”及“1”表示焊条适用于全位置（平焊、立焊、横焊、仰焊）焊接，“2”为平焊及平角焊，“4”表示焊条适用于向下立焊；第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型。当然，行业统一的焊条代号要符合国家标准中的焊条代号。如，J422=E4303J507=E5015J506=E5016,3）焊条的选用原则（1）低碳钢和低合金钢构件，一般要求焊缝金属与母材等强度，可根据钢材强度等级来选用相应的焊条；异种钢焊接，按强度等级较低的钢材选用焊条。（2）对焊缝的塑性、冲击韧性、抗裂强度或低温性能要求较高时，应选用碱性焊条，否则选用酸性焊条；（3）焊
6、接铸钢件时，一般应选用碱性焊条，并采取适当的工艺措施进行焊接；（4）焊接特种钢时，应选用专业焊条。保证焊缝金属的主要化学成分及性能与母材相同；（5）根据焊接结构的使用条件选择焊条药皮的类型；,2、焊条电弧焊的特点及应用范围特点：设备简单，操作灵活，成本低，且焊接性好，对焊接接头的装配尺寸无特殊要求，可在各种条件下进行各种位置的焊接，是生产中应用最广的焊接方法。但焊条电弧焊时有强烈弧光和烟尘污染，劳动条件差，生产率低，对工人技术水平要求较高，焊接质量不够稳定。应用：主要应用于单件小批量生产中焊接碳素钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢和对铸铁的补焊等。适宜板厚为3mm-20mm。,二、埋弧自动焊 电
7、弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，称为埋弧焊。埋弧焊的引弧、焊条送进以维持一定弧长、向前移动电弧等焊接动作，一般均由自动机械装置完成，因此又称为埋弧自动焊。1、埋弧自动焊的焊接过程 焊机头将焊丝自动送入，保证弧长。电弧在焊剂下燃烧,靠焊机移动(或工件动)。焊剂从漏斗中不断流出，撒在焊丝前工件上,焊剂熔化成熔渣,部分未熔可回收。,2、焊丝和焊剂焊丝-相当于焊芯，具有引弧和填充金属的作用焊剂-相当于药皮，起隔离空气、保护溶池和焊缝金属及冶金作用。3、埋弧自动焊的工艺特点（1）焊前准备工作要求严格；（2）焊接电流大，熔深大；（3）采用引弧板和引出板，保证引弧处和断弧处焊接质量；（4）采用焊剂垫或钢垫板
8、，以防电流过大而烧穿焊件；（5）采用导向装置,焊剂垫或钢垫板,埋弧焊示意图1工件；2焊剂；3焊丝；4电弧；5熔池；6熔渣；7焊缝；8渣壳,（1）生产率高。是手弧焊的510倍。(V I 不换焊丝)（2）质量高且稳定。冷却速度慢，有利于气体、杂质上浮；焊区保护好；规范控制好。（3）节省金属材料。没焊条头，金属飞溅少，厚度24mm不开坡口。（4）改善了劳动条件。看不到弧光，焊接烟雾少，机械操作（5）缺点：设备费用贵，工艺准备复杂，对接头加工 与装配要求严格。2）应用：主要适用于成批生产中厚板结构的长直焊缝及大直径环形的平焊和平角焊。不宜焊薄板。,1）主要特点：,4、埋弧自动焊的主要特点及应用,焊接电
9、流大焊丝连续,中、薄件接头不开坡口,电弧区保护严密气体、杂质易浮出,弧光不外泄,适用于平焊长直焊缝和较大直径的环形焊缝,不能立焊和仰焊,三、气体保护焊(用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊)1、氩弧焊：使用氩气作为保护气体的气体保护焊。用氩气做保护气体，电弧发生在电极和焊件之间，在电弧周围通以氩气。氩气是惰性气体，可保护电极和熔化金属不受空气的有害作用。氩弧焊按所用电极的不同分为（1）不熔化极氩弧焊电极不熔化,只起导电与产生电弧作用，填充金属另加。常用掺有氧化铈（Ce)的钨（W）极作为电极，其特点是熔点沸点高（为3700K和5800K),不会熔化。手工钨极氩弧焊操作与气焊相似。因电
10、极所能通过的电流有限，只适于6mm以下工件。（2）熔化极氩弧焊：用焊丝作电极，焊丝既作电极又作焊条。,因可用较大电流、熔深较深，可焊接中厚（25mm以下）的钛、铝、铜等合金。,氩弧焊的特点：（1）可以焊接各种金属，尤其是在焊接过程中易氧化的有色金属和稀有金属；（2）焊接质量好。电弧稳定，飞溅小，焊后表面没有熔渣，焊缝致密、成形美观；（3）操作性好。气流保护中的电弧可见（称明弧可见，可清楚看到焊接过程），便于操作，易实现全位置自动焊接；（4）热量集中，熔池小、焊接速度快，热影响区窄，工件焊后变形小。(5）由于氩气较贵，焊接成本高。氩弧焊的应用：由于氩气价格贵，主要用于焊接易氧化的有色金属和合金钢
11、（非铁族金属），如铝、镁、钛及其合金、耐热钢、不锈钢等。为了防止保护气流破环，氩弧焊只能在室内进行。,2、二氧化碳气体保护焊：利用CO2作为保护气体的气体保护焊。它利用焊丝作电极，以自动或半自动的方式进行焊接。CO2的保护作用主要是使焊接区与空气隔离，防止空气中的氮气对熔化金属的有害作用。焊接时：2CO2=2CO+O2 CO2=C+O2因此焊接是在CO2、CO、O2氧化气氛中进行的。O2进入熔池，会使Fe、C、Mn、Si和其它合金元素氧化烧损，降低焊缝力学性能，故选用Si、Mn较高的焊丝，或合金钢焊丝。,二氧化碳气体保护焊,二氧化碳气体保护焊的特点及应用：1、特点：1）成本低。CO2气体便宜，
12、是手工、埋弧的40%左右。2）焊接质量较好。CO2气体保护，焊缝含H低，抗裂好；焊丝含 Mn、S，以保证焊缝性能，且热量集中，热影响区小，焊接变形小。3）生产率高。自动送焊丝，光焊丝，I大，V，焊后没有熔渣，比手工提高14倍）。4）操作性好。明弧可见，适于各位置，且易自动控制。5）缺点：由于CO2的氧化作用，飞溅大，烟雾多，弧光较强烈，焊缝表面成形不够光滑、不够美观，忌吹风，易产生气孔，设备较复杂。,2、应用：广泛用于汽车、造船、机车车辆、农机生产等工业部门，主要用于低C钢、低合金钢焊接。厚度从薄板=0.84mm，至中厚板，最厚30mm，尤其薄板焊接；适合于各种位置的焊接。如，1）单件小批或短
13、、不规则焊缝：手工CO2气体保护焊（送丝自动化，电弧移动靠手工移动焊枪）；2）成批生产的长直焊缝和环焊缝：CO2气体自动焊（送丝和电弧移动均自动化）；3）强度级别高的普通低合金钢宜用含富氩混合气体保护焊。,热影响区小变形小,适合于薄板,四、电阻焊-利用电流通过焊件及接触处所产生的电阻热、将焊件局部加热到塑性或熔化状态，然后在压力下形成焊接接头的焊接方法。电阻焊分为：点焊、缝焊和对焊。1、点焊：将焊件装配成搭接接头，并压紧在两柱状电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。点焊主要用于薄板焊接。点焊的工艺过程：（1）预压，保证工件接触良好。（2）通电，使焊接处形成熔核。（3）断电保持
14、原压力（加大），使熔核在压力作用下冷却结晶，形成组织致密、无缩孔、裂纹的焊点。,通电、加压电阻发热-金属熔化形成焊点。,点焊的焊接原理,点焊示意图,点焊的应用：,主要适用于厚度小于4mm的薄板、冲压结构及线材的焊接。广泛用于制造汽车、车厢、飞机等薄壁结构以及罩壳和轻工业。,盘状电极-压紧、拖动焊件-形成焊缝,缝焊原理：,2、缝焊：与点焊相似，只是用旋转的圆盘状滚动电极代替柱状电极，将焊件装配成搭接或对接接头，并置于两滚轮电极之间，滚轮加压焊件并转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。,特点:由于焊点重迭50%以上，故密封性好，但分流严重，适于3mm以下薄板。,缝焊的应用,主要用于焊
15、接焊缝较为规则、要求密封的薄壁结构，板厚一般在3mm以下。如：油箱、小型容器、管道等。,3、对焊：使焊件沿整个接触面焊合的电阻焊方法。（1）电阻对焊：将焊件装配成对接接头，使其端面紧密接触，利用电阻热加热至塑性状态，然后断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方法。电阻对焊主要用于截面简单、直径或边长小于20mm和强度要求不太高的焊件。（2）闪光对焊：将焊件装配成对接接头，接通电源，使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加热这些接触点，在大电流作用下，产生闪光，使端面金属熔化，直至端部在一定深度范围内达到预定温度时，断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方法。闪光焊的接头质量比电阻焊好，焊缝力学性能与母材相当
16、，而且焊前不需要清理接头的预焊表面。常用于重要焊件的焊接。可焊同种金属，也可焊异种金属；可焊0.01mm的金属丝，也可焊20000mm的金属棒和型材。,对焊原理,五、摩擦焊：利用焊件表面相互摩擦所产生的热量，使端面达到热塑性状态，然后迅速加压完成焊接的一种压焊方法。摩擦焊的特点：1、在摩擦焊过程中，焊件接触表面的氧化膜和杂质被清除，使焊接接头组织致密，不产生气孔和夹渣等缺陷。2、可焊接的金属范围较广，既可焊同种金属，更适合于异种金属的焊接。3、焊接操作简单，不需焊接材料，容易实现自动控制，生产率高。4、电能消耗少(只有闪光对焊的1/10一l/15)。5、设备复杂，一次性投资大。应用：摩擦焊适用
17、于圆形截面的棒材或管材，亦可将管材焊在平板上。实心焊件截面直径为2mm-100mm，空心焊件最大外径可达几百毫米。,摩擦焊原理,加压（F）、摩擦（旋转）-产生热量、接头处于高温塑性-刹车-形成焊接接头,六、钎焊：利用熔点比焊件低的钎料（钎丝）作填充金属，适当加热后，钎料熔化而将处于固态的焊件联结起来的焊接方法1、钎焊的种类根据钎料熔点不同，钎焊分为硬钎焊和软钎焊（1）硬钎焊：钎料熔点高于450的钎焊为硬钎焊。硬钎料有铜基、银基、铝基等合金。硬钎焊接接头强度高达490MPa，适用于受力较大及工作温度较高的工件。（2）软钎焊：钎料熔点低于450 的钎焊为软钎焊。常用软钎料为锡铅合金。,、钎焊的特点
18、(1)工件加热温度较低，组织和力学性能变化很小，变形也小。接头光滑平整，工件尺寸精确。(2)可焊接性能差异很大的异种金属，对工件厚度的差别也没有严格限制。(3)工件整体加热钎焊时，可同时钎焊多条(甚至上千条)接缝组成的复杂形状构件生产率很高。(4)设备简单，投资费用少。但钎焊的接头强度较低，尤其是动载强度低，允许的工作温度不高，焊前清整要求严格，不适于大型构件,七、焊接方法的选择 应根据焊件材料的可焊性、结构的质量要求（尤其是压力、密封等要求）、几何尺寸、形状特点、生产率要求及工厂设备情况，综合确定焊接方法。,一）生产单件钢结构件1板厚在310 mm,强度较低，且焊缝较短应选用手弧焊。2板厚在10 mm以上，焊缝为长直焊缝或环焊缝应选用埋弧焊。3板厚小于3 mm，焊缝较短应选用CO2焊。,二）生产大批量钢结构1板厚小于3 mm,无密封要求应选用电阻点焊，有密封要求应选用缝焊。2板厚在310 mm,焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用CO2自动焊。3板厚大于10 mm，焊缝为长直焊缝和环焊缝隙，应选用埋弧焊或电渣焊。三）生产不锈钢、铝合金和铜合金结构 1板厚小于3mm,应选用脉冲钨极和钨极氩弧焊。2板厚在310 mm,焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用熔化极氩弧或等离子弧自动焊。,
