焊接工藝

金屬焊接方法有40種以上，主要分為熔焊、壓焊和釬焊三大類(lèi)。

熔焊是在焊接過(guò)程中將工件接口加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。熔焊時(shí)，熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化，形成熔池。熔池隨熱源向前移動(dòng)，冷卻后形成連續(xù)焊縫而將兩工件連接成為一體。

在熔焊過(guò)程中，如果大氣與高溫的熔池直接接觸，大氣中的氧就會(huì)氧化金屬和各種合金元素。大氣中的氮、水蒸汽等進(jìn)入熔池，還會(huì)在隨后冷卻過(guò)程中在焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，惡化焊縫的質(zhì)量和性能。

為了提高焊接質(zhì)量，人們研究出了各種保護(hù)方法。例如，氣體保護(hù)電弧焊就是用氬、二氧化碳等氣體隔絕大氣，以保護(hù)焊接時(shí)的電弧和熔池率;又如鋼材焊接時(shí)，在焊條藥皮中加入對(duì)氧親和力大的鈦鐵粉進(jìn)行脫氧，就可以保護(hù)焊條中有益元素錳、硅等免于氧化而進(jìn)入熔池，冷卻后獲得優(yōu)質(zhì)焊縫。

壓焊是在加壓條件下，使兩工件在固態(tài)下實(shí)現(xiàn)原子間結(jié)合，又稱(chēng)固態(tài)焊接。常用的壓焊工藝是電阻對(duì)焊，當(dāng)電流通過(guò)兩工件的連接端時(shí)，該處因電阻很大而溫度上升，當(dāng)加熱至塑性狀態(tài)時(shí)，在軸向壓力作用下連接成為一體。

各種壓焊方法的共同特點(diǎn)是在焊接過(guò)程中施加壓力而不加填充材料。多數(shù)壓焊方法如擴(kuò)散焊、高頻焊、冷壓焊等都沒(méi)有熔化過(guò)程，因而沒(méi)有象熔焊那樣的有益合金元素?zé)龘p，和有害元素侵入焊縫的問(wèn)題，從而簡(jiǎn)化了焊接過(guò)程，也改善了焊接安全衛(wèi)生條件。同時(shí)由于加熱溫度比熔焊低、加熱時(shí)間短，因而熱影響區(qū)小。許多難以用熔化焊焊接的材料，往往可以用壓焊焊成與母材同等強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)接頭。

釬焊是使用比工件熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將工件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、低于工件熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕工件，填充接口間隙并與工件實(shí)現(xiàn)原子間的相互擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)焊接的方法。

焊接時(shí)形成的連接兩個(gè)被連接體的接縫稱(chēng)為焊縫。焊縫的兩側(cè)在焊接時(shí)會(huì)受到焊接熱作用，而發(fā)生組織和性能變化，這一區(qū)域被稱(chēng)為熱影響區(qū)。焊接時(shí)因工件材料、焊接材料、焊接電流等不同，焊后在焊縫和熱影響區(qū)可能產(chǎn)生過(guò)熱、脆化、淬硬或軟化現(xiàn)象，也使焊件性能下降，惡化焊接性。這就需要調(diào)整焊接條件，焊前對(duì)焊件接口處預(yù)熱、焊時(shí)保溫和焊后熱處理可以改善焊件的焊接質(zhì)量。

另外，焊接是一個(gè)局部的迅速加熱和冷卻過(guò)程，焊接區(qū)由于受到四周工件本體的拘束而不能自由膨脹和收縮，冷卻后在焊件中便產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形。重要產(chǎn)品焊后都需要消除焊接應(yīng)力，矯正焊接變形。

現(xiàn)代焊接技術(shù)已能焊出無(wú)內(nèi)外缺陷的、機(jī)械性能等于甚至高于被連接體的焊縫。被焊接體在空間的相互位置稱(chēng)為焊接接頭，接頭處的強(qiáng)度除受焊縫質(zhì)量影響外，還與其幾何形狀、尺寸、受力情況和工作條件等有關(guān)。接頭的基本形式有對(duì)接、搭接、丁字接(正交接)和角接等。

對(duì)接接頭焊縫的橫截面形狀，決定于被焊接體在焊接前的厚度和兩接邊的坡口形式。焊接較厚的鋼板時(shí)，為了焊透而在接邊處開(kāi)出各種形狀的坡口，以便較容易地送入焊條或焊絲。坡口形式有單面施焊的坡口和兩面施焊的坡口。選擇坡口形式時(shí)，除保證焊透外還應(yīng)考慮施焊方便，填充金屬量少，焊接變形小和坡口加工費(fèi)用低等因素。

厚度不同的兩塊鋼板對(duì)接時(shí)，為避免截面急劇變化引起嚴(yán)重的應(yīng)力集中，常把較厚的板邊逐漸削薄，達(dá)到兩接邊處等厚。對(duì)接接頭的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度比其他接頭高。在交變、沖擊載荷下或在低溫高壓容器中工作的聯(lián)接，常優(yōu)先采用對(duì)接接頭的焊接。

搭接接頭的焊前準(zhǔn)備工作簡(jiǎn)單，裝配方便，焊接變形和殘余應(yīng)力較小，因而在工地安裝接頭和不重要的結(jié)構(gòu)上時(shí)常采用。一般來(lái)說(shuō)，搭接接頭不適于在交變載荷、腐蝕介質(zhì)、高溫或低溫等條件下工作。

采用丁字接頭和角接頭通常是由于結(jié)構(gòu)上的需要。丁字接頭上未焊透的角焊縫工作特點(diǎn)與搭接接頭的角焊縫相似。當(dāng)焊縫與外力方向垂直時(shí)便成為正面角焊縫，這時(shí)焊縫表面形狀會(huì)引起不同程度的應(yīng)力集中;焊透的角焊縫受力情況與對(duì)接接頭相似。

角接頭承載能力低，一般不單獨(dú)使用，只有在焊透時(shí)，或在內(nèi)外均有角焊縫時(shí)才有所改善，多用于封閉形結(jié)構(gòu)的拐角處。

焊接產(chǎn)品比鉚接件、鑄件和鍛件重量輕，對(duì)于交通運(yùn)輸工具來(lái)說(shuō)可以減輕自重，節(jié)約能量。焊接的密封性好，適于制造各類(lèi)容器。發(fā)展聯(lián)合加工工藝，使焊接與鍛造、鑄造相結(jié)合，可以制成大型、經(jīng)濟(jì)合理的鑄焊結(jié)構(gòu)和鍛焊結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)效益很高。采用焊接工藝能有效利用材料，焊接結(jié)構(gòu)可以在不同部位采用不同性能的材料，充分發(fā)揮各種材料的特長(zhǎng)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)。焊接已成為現(xiàn)代工業(yè)中一種不可缺少，而且日益重要的加工工藝方法。

在近代的金屬加工中，焊接比鑄造、鍛壓工藝發(fā)展較晚，但發(fā)展速度很快。焊接結(jié)構(gòu)的重量約占鋼材產(chǎn)量的45%，鋁和鋁合金焊接結(jié)構(gòu)的比重也不斷增加。

未來(lái)的焊接工藝，一方面要研制新的焊接方法、焊接設(shè)備和焊接材料，以進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量和安全可靠性，如改進(jìn)現(xiàn)有電弧、等離子弧、電子束、激光等焊接能源;運(yùn)用電子技術(shù)和控制技術(shù)，改善電弧的工藝性能，研制可靠輕巧的電弧跟蹤方法。

另一方面要提高焊接機(jī)械化和自動(dòng)化水平，如焊機(jī)實(shí)現(xiàn)程序控制、數(shù)字控制;研制從準(zhǔn)備工序、焊接到質(zhì)量監(jiān)控全部過(guò)程自動(dòng)化的專(zhuān)用焊機(jī);在自動(dòng)焊接生產(chǎn)線(xiàn)上，推廣、擴(kuò)大數(shù)控的焊接機(jī)械手和焊接機(jī)器人，可以提高焊接生產(chǎn)水平，改善焊接衛(wèi)生安全條件。 (來(lái)源:焊接資訊)

1、手工焊條電弧焊焊機(jī)

2、二氧化碳保護(hù)焊機(jī)

3、氬弧焊機(jī)

4、電阻焊焊機(jī)

5、埋弧焊機(jī)

6、焊絲

7、焊劑

8、焊接輔助材料等

熔池溫度，直接影響焊接質(zhì)量，熔池溫度高、熔池較大、鐵水流動(dòng)性好，易于熔合，但過(guò)高時(shí)，鐵水易下淌，單面焊雙面成形的背面易燒穿，形成焊瘤，成形也難控制，且接頭塑性下降，彎曲易開(kāi)裂。熔池溫度低時(shí)，熔池較小，鐵水較暗，流動(dòng)性差，易產(chǎn)生未焊透，未熔合，夾渣等缺陷。 熔池溫度與焊接電流、焊條直徑、焊條角度、電弧燃燒時(shí)間等有著密切關(guān)系，針對(duì)有關(guān)因素采取以下措施來(lái)控制熔池溫度。

直徑

焊接電流與焊條直徑:根據(jù)焊縫空間位置、焊接層次來(lái)選用焊接電流和焊條直徑，開(kāi)焊時(shí)，選用的焊接電流和焊條直徑較大，立、橫仰位較小。如12mm平板對(duì)接平焊的封底層選用φ3.2mm的焊條，焊接電流:80-85A，填充，蓋面層選用φ4.0mm的焊條，焊接電流:165-175A，合理選擇焊接電流與焊條直徑，易于控制熔池溫度，是焊縫成形的基礎(chǔ)。

方法

運(yùn)條方法，圓圈形運(yùn)條熔池溫度高于月牙形運(yùn)條溫度，月牙形運(yùn)條溫度又高于鋸齒形運(yùn)條的熔池溫度，在12mm平焊封底層，采用鋸齒形運(yùn)條，并且用擺動(dòng)的幅度和在坡口兩側(cè)的停頓，有效的控制了熔池溫度，使熔孔大小基本一致，坡口根部未形成焊瘤和燒穿的機(jī)率有所下降，未焊透有所改善，使乎板對(duì)接平焊的單面焊接雙面成形不再是難點(diǎn)。

角度

焊條角度，焊條與焊接方向的夾角在90度時(shí)，電弧集中，熔池溫度高，夾角小，電弧分散，熔池溫度較低，如12mm平焊封底層，焊條角度:50-70度，使熔池溫度有所下降，避免了背面產(chǎn)生焊瘤或起高。又如，在12mm板立焊封底層換焊條后，接頭時(shí)采用90-95度的焊條角度，使熔池溫度迅速提高，熔孔能夠順利打開(kāi)，背面成形較平整，有效地控制了接頭點(diǎn)內(nèi)凹的現(xiàn)象。

電弧燃燒時(shí)間，φ57×3.5管子的水平固定和垂直固定焊的實(shí)習(xí)教學(xué)中，采用斷弧法施焊，封底層焊接時(shí)，斷弧的頻率和電弧燃燒時(shí)間直接影響著熔池溫度，由于管壁較薄，電弧熱量的承受能力有限，如果放慢斷弧頻率來(lái)降低熔池溫度，易產(chǎn)生縮孔，所以，只能用電弧燃燒時(shí)間來(lái)控制熔池溫度，如果熔池溫度過(guò)高，熔孔較大時(shí)，可減少電弧燃燒時(shí)間，使熔池溫度降低，這時(shí)，熔孔變小，管子內(nèi)部成形高度適中，避免管子內(nèi)部焊縫超高或產(chǎn)生焊瘤。

預(yù)熱

預(yù)熱能降低焊后冷卻速度 ，有利于降低中碳鋼熱影響區(qū)的最高硬度，防止產(chǎn)生冷裂紋，這是焊接中碳鋼的主要工藝措施。預(yù)熱還能改善接頭塑性，減小焊后殘余應(yīng)力。通常，35和45鋼的預(yù)熱溫度為150~250℃。含碳量再高或者因厚度和剛度很大，裂紋傾向大時(shí)，可將預(yù)熱溫度提高至250~400℃。

若焊件太大，整體預(yù)熱有困難時(shí)，可進(jìn)行局部預(yù)熱，局部預(yù)熱的加熱范圍為焊口兩側(cè)各150~200mm。

焊條條件

許可時(shí)優(yōu)先選用酸性焊條。

坡口形式

將焊件盡量開(kāi)成U形坡口式進(jìn)行焊接。如果是鑄件缺陷，鏟挖出的坡口外形應(yīng)圓滑，其目的是減少母材熔入焊縫金屬中的比例，以降低焊縫中的含碳量，防止裂紋產(chǎn)生。

工藝參數(shù)

由于母材熔化到第一層焊縫金屬中的比例最高達(dá)30%左右，所以第一層焊縫焊接時(shí)，應(yīng)盡量采用小電流、慢焊接速度，以減小母材的熔深，也就是我們通常說(shuō)的灼傷(電流過(guò)大時(shí)母材被燒傷)。

熱處理

焊后應(yīng)在200-350℃下保溫2-6小時(shí)，進(jìn)一步減緩冷卻速度，增加塑性、韌性，并減小淬硬傾向，消除接頭內(nèi)的擴(kuò)散氫。所以，焊接時(shí)不能在過(guò)冷的環(huán)境或雨中進(jìn)行。焊后最好對(duì)焊件立即進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，特別是對(duì)于大厚度焊件、高剛性結(jié)構(gòu)件以及嚴(yán)厲條件下(動(dòng)載荷或沖擊載荷)工作的焊件更應(yīng)如此。焊后消除應(yīng)力的回火溫度為600~650℃，保溫1-2h,然后隨爐冷卻。

若焊后不能進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，應(yīng)立即進(jìn)行后熱處理。

焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)

焊接是通過(guò)加熱、加壓，或兩者并用，用或者不用焊材，使兩工件產(chǎn)生原子間相互擴(kuò)散，形成冶金結(jié)合的加工工藝和聯(lián)接方式。焊接應(yīng)用非常廣泛，既可用于金屬，也可用于非金屬。

1.根據(jù)材料的特點(diǎn)選擇焊接工藝

每一種焊接工藝都對(duì)應(yīng)著一種類(lèi)型的材料，不事先確定需要焊接的焊材材質(zhì)就無(wú)法進(jìn)行有效焊接。比如，

Mig焊接適用于合金鋼和有色金屬焊接

Mag焊適用于低鋁合金焊接

Tig焊適用于不銹鋼、鋁、銅、鈦及他們的合金(厚度控制在0.5~8mm之內(nèi))。

此外，焊條的材料也要考慮

2.保護(hù)氣體的選擇

保護(hù)性氣體的選擇對(duì)于Mag焊來(lái)說(shuō)尤為重要，使用CO2這類(lèi)的活性氣體會(huì)影響到焊接深度。而對(duì)于Mig焊、Tig焊和等離子焊接來(lái)說(shuō)，使用如氬氣和氙氣這樣的惰性氣體老可以保護(hù)不銹鋼、鎳合金、鈦及鈦合金、鋯等焊件，使其在高溫下不受氧化。

只有對(duì)易于高溫氧化的材質(zhì)(如鈦、鉭、鋯及它們的合金)才要求純度極高的惰性保護(hù)氣體。保護(hù)氣流速也是一個(gè)重要的需考慮的因素，這也取決于保護(hù)裝置的大小及其容量。同時(shí)應(yīng)注意避免容納的惰性氣體不與周?chē)鷼怏w混合或產(chǎn)生文丘里效應(yīng)。

激光焊通常需要惰性保護(hù)氣體，常為氦氣，但是也常常在含其中加入一些氬氣，混合氣體，這樣就能對(duì)某些金屬的焊接需要。

3.焊接工作中存在著許多影響安全的因素，(如焊接飛濺、灼傷、爆炸、火花、電流、輻射、強(qiáng)光燒灼、煙氣……)所以在設(shè)備周?chē)仓靡粋€(gè)保護(hù)設(shè)施(如防護(hù)罩、通風(fēng)氣室等)，如無(wú)條件使用保護(hù)設(shè)施，可采用個(gè)人防護(hù)裝備(如保護(hù)服、焊接手套、防護(hù)鞋、護(hù)目鏡等)。在密閉場(chǎng)所還要配備氣體檢測(cè)儀以防缺氧癥(氧氣含量 <17%)。

4.焊接前的準(zhǔn)備

預(yù)處理對(duì)于焊接來(lái)說(shuō)是十分重要的，通過(guò)這個(gè)步驟將焊接表面處理使其易于焊接。

許多行業(yè)都要求矯平、矯正等預(yù)處理工序。不僅如此，還要通過(guò)除銹、防護(hù)等工序來(lái)提升產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。

5.對(duì)接精度

對(duì)接板的準(zhǔn)確定位是精確錨固的前提。焊接時(shí)定位要求很高的精度，在焊接過(guò)程中也要時(shí)刻控制焊件的位置。

6.外部環(huán)境控制

控制進(jìn)風(fēng)口，防止其他液體或顆粒影響焊接是非常重要的。在焊接時(shí)，要加裝防風(fēng)設(shè)施(在焊接時(shí)阻止外部氣體進(jìn)入)。

7.焊接速度監(jiān)控

要保證焊接速度的穩(wěn)定就必須采用數(shù)控設(shè)備。要保證焊縫的質(zhì)量就要控制電極速度均勻穩(wěn)定。如果焊接速度過(guò)快，易導(dǎo)致虛焊并不得不返工。

8.電極的特點(diǎn)

對(duì)不同的焊接工藝來(lái)說(shuō)，合適的電極傾角也不同，所以在操作時(shí)要確認(rèn)角度是否合適。焊縫的質(zhì)量很大程度上取決于電流類(lèi)型和極性。Tig焊的一大優(yōu)勢(shì)便是它的焊縫平整且焊透率高。

9.設(shè)備的保養(yǎng)

焊接工作的另一個(gè)重要部分是設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，包括定期的更換老化零件、清除噴嘴內(nèi)壁上的結(jié)垢等工作。

10.根據(jù)焊件的厚度選擇焊接工藝

選擇了最合適的焊接工藝才能得到最佳的焊接效果。無(wú)疑激光焊接和Mig焊是目前焊接效果最好的兩種焊接工藝?？词呛附雍螅３趾妇婧线m的傾斜角，否則會(huì)導(dǎo)致惰性氣體逸散、焊點(diǎn)表面粘損等后果。