焊接工藝原理

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，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，可進行局部預(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

許可時優(yōu)先選用酸性焊條。

坡口形式

將焊件盡量開成U形坡口式進行焊接。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30%左右，所以第一層焊縫焊接時，應(yīng)盡量采用小電流、慢焊接速度，以減小母材的熔深，也就是我們通常說的灼傷(電流過大時母材被燒傷)。

熱處理

焊后應(yīng)在200-350℃下保溫2-6小時，進一步減緩冷卻速度，增加塑性、韌性，并減小淬硬傾向，消除接頭內(nèi)的擴散氫。所以，焊接時不能在過冷的環(huán)境或雨中進行。焊后最好對焊件立即進行消除應(yīng)力熱處理，特別是對于大厚度焊件、高剛性結(jié)構(gòu)件以及嚴厲條件下(動載荷或沖擊載荷)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。

若焊后不能進行消除應(yīng)力熱處理，應(yīng)立即進行后熱處理。

焊接工藝基礎(chǔ)知識

焊接是通過加熱、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。

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。

熔焊是在焊接過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，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，冷卻后形成連續(xù)焊縫而將兩工件連接成為一體。

在熔焊過程中，如果大氣與高溫的熔池直接接觸，大氣中的氧就會氧化金屬和各種合金元素。大氣中的氮、水蒸汽等進入熔池，還會在隨后冷卻過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方法。例如，氣體保護電弧焊就是用氬、二氧化碳等氣體隔絕大氣，以保護焊接時的電弧和熔池率;又如鋼材焊接時，在焊條藥皮中加入對氧親和力大的鈦鐵粉進行脫氧，就可以保護焊條中有益元素錳、硅等免于氧化而進入熔池，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)下實現(xiàn)原子間結(jié)合，又稱固態(tài)焊接。常用的壓焊工藝是電阻對焊，當電流通過兩工件的連接端時，該處因電阻很大而溫度上升，當加熱至塑性狀態(tài)時，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是在焊接過程中施加壓力而不加填充材料。多數(shù)壓焊方法如擴散焊、高頻焊、冷壓焊等都沒有熔化過程，因而沒有象熔焊那樣的有益合金元素燒損，和有害元素侵入焊縫的問題，從而簡化了焊接過程，也改善了焊接安全衛(wèi)生條件。同時由于加熱溫度比熔焊低、加熱時間短，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度的優(yōu)質(zhì)接頭。

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

焊接時形成的連接兩個被連接體的接縫稱為焊縫。焊縫的兩側(cè)在焊接時會受到焊接熱作用，而發(fā)生組織和性能變化，這一區(qū)域被稱為熱影響區(qū)。焊接時因工件材料、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，焊前對焊件接口處預(yù)熱、焊時保溫和焊后熱處理可以改善焊件的焊接質(zhì)量。

另外，焊接是一個局部的迅速加熱和冷卻過程，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)已能焊出無內(nèi)外缺陷的、機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為焊接接頭，接頭處的強度除受焊縫質(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接、搭接、丁字接(正交接)和角接等。

對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，為了焊透而在接邊處開出各種形狀的坡口，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，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用低等因素。

厚度不同的兩塊鋼板對接時，為避免截面急劇變化引起嚴重的應(yīng)力集中，常把較厚的板邊逐漸削薄，達到兩接邊處等厚。對接接頭的靜強度和疲勞強度比其他接頭高。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)先采用對接接頭的焊接。

搭接接頭的焊前準備工作簡單，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)上時常采用。一般來說，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與搭接接頭的角焊縫相似。當焊縫與外力方向垂直時便成為正面角焊縫，這時焊縫表面形狀會引起不同程度的應(yīng)力集中;焊透的角焊縫受力情況與對接接頭相似。

角接頭承載能力低，一般不單獨使用，只有在焊透時，或在內(nèi)外均有角焊縫時才有所改善，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，對于交通運輸工具來說可以減輕自重，節(jié)約能量。焊接的密封性好，適于制造各類容器。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)濟合理的鑄焊結(jié)構(gòu)和鍛焊結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟效益很高。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，達到經(jīng)濟、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，以進一步提高焊接質(zhì)量和安全可靠性，如改進現(xiàn)有電弧、等離子弧、電子束、激光等焊接能源;運用電子技術(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械化和自動化水平，如焊機實現(xiàn)程序控制、數(shù)字控制;研制從準備工序、焊接到質(zhì)量監(jiān)控全部過程自動化的專用焊機;在自動焊接生產(chǎn)線上，推廣、擴大數(shù)控的焊接機械手和焊接機器人，可以提高焊接生產(chǎn)水平，改善焊接衛(wèi)生安全條件。 (來源:焊接資訊)

1、手工焊條電弧焊焊機

2、二氧化碳保護焊機

3、氬弧焊機

4、電阻焊焊機

5、埋弧焊機

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、鐵水流動性好，易于熔合，但過高時，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，彎曲易開裂。熔池溫度低時，熔池較小，鐵水較暗，流動性差，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、電弧燃燒時間等有著密切關(guān)系，針對有關(guān)因素采取以下措施來控制熔池溫度。

直徑

焊接電流與焊條直徑:根據(jù)焊縫空間位置、焊接層次來選用焊接電流和焊條直徑，開焊時，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

運條方法，圓圈形運條熔池溫度高于月牙形運條溫度，月牙形運條溫度又高于鋸齒形運條的熔池溫度，在12mm平焊封底層，采用鋸齒形運條，并且用擺動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率有所下降，未焊透有所改善，使乎板對接平焊的單面焊接雙面成形不再是難點。

角度

焊條角度，焊條與焊接方向的夾角在90度時，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，背面成形較平整，有效地控制了接頭點內(nèi)凹的現(xiàn)象。

電弧燃燒時間，φ57×3.5管子的水平固定和垂直固定焊的實習教學中，采用斷弧法施焊，封底層焊接時，斷弧的頻率和電弧燃燒時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降低熔池溫度，易產(chǎn)生縮孔，所以，只能用電弧燃燒時間來控制熔池溫度，如果熔池溫度過高，熔孔較大時，可減少電弧燃燒時間，使熔池溫度降低，這時，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。

1.根據(jù)材料的特點選擇焊接工藝

每一種焊接工藝都對應(yīng)著一種類型的材料，不事先確定需要焊接的焊材材質(zhì)就無法進行有效焊接。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.保護氣體的選擇

保護性氣體的選擇對于Mag焊來說尤為重要，使用CO2這類的活性氣體會影響到焊接深度。而對于Mig焊、Tig焊和等離子焊接來說，使用如氬氣和氙氣這樣的惰性氣體老可以保護不銹鋼、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氣體。保護氣流速也是一個重要的需考慮的因素，這也取決于保護裝置的大小及其容量。同時應(yīng)注意避免容納的惰性氣體不與周圍氣體混合或產(chǎn)生文丘里效應(yīng)。

激光焊通常需要惰性保護氣體，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、強光燒灼、煙氣……)所以在設(shè)備周圍安置一個保護設(shè)施(如防護罩、通風氣室等)，如無條件使用保護設(shè)施，可采用個人防護裝備(如保護服、焊接手套、防護鞋、護目鏡等)。在密閉場所還要配備氣體檢測儀以防缺氧癥(氧氣含量 <17%)。

4.焊接前的準備

預(yù)處理對于焊接來說是十分重要的，通過這個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，還要通過除銹、防護等工序來提升產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。

5.對接精度

對接板的準確定位是精確錨固的前提。焊接時定位要求很高的精度，在焊接過程中也要時刻控制焊件的位置。

6.外部環(huán)境控制

控制進風口，防止其他液體或顆粒影響焊接是非常重要的。在焊接時，要加裝防風設(shè)施(在焊接時阻止外部氣體進入)。

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。如果焊接速度過快，易導(dǎo)致虛焊并不得不返工。

8.電極的特點

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

9.設(shè)備的保養(yǎng)

焊接工作的另一個重要部分是設(shè)備的維護保養(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?，要保持焊炬合適的傾斜角，否則會導(dǎo)致惰性氣體逸散、焊點表面粘損等后果。