特種焊接

真空電子束焊是利用定向高速運(yùn)動(dòng)的電子束流撞擊工件使動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能而使工件熔化，形成焊縫。

真空電子束焊的特點(diǎn)

1、在真空中進(jìn)行焊接，焊縫純凈、光潔，呈鏡面，無氧化等缺陷。

2、電子束能量密度高達(dá)108瓦/厘米2，能把焊件金屬迅速加熱到很高溫度，因而能熔化任何難熔金屬與合金。熔深大、焊速快，熱影響區(qū)極小，因此對(duì)接頭性能影響小，接頭基本無變形。

編輯本段五、激光焊

激光焊是以聚焦的激光束作為能源轟擊焊件所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行焊接的方法。

激光焊的特點(diǎn)：

1、激光焊能量密度大，作用時(shí)間短，熱影響區(qū)和變形小，可在大氣中焊接，而不需氣體保護(hù)或真空環(huán)境。

2、激光束可用反光鏡改變方向，焊接過程中不用電極去接觸焊件，因而可以焊接一般電焊工藝難以焊到的部位。

3、激光可對(duì)絕緣材料直接焊接，焊接異種金屬材料比較容易，甚至能把金屬與非金屬焊在一起。

4、功率較小，焊接厚度受一定限制。

（一）、焊接電弧

電弧是兩帶電導(dǎo)體之間持久而強(qiáng)烈的氣體放電現(xiàn)象。

1．電弧的形成

（1）焊條與工件接觸短路

短路時(shí)，電流密集的個(gè)別接觸點(diǎn)被電阻熱Q=I2Rt所加熱，極小的氣隙的電場(chǎng)強(qiáng)度很高。

結(jié)果：①少量電子逸出。②個(gè)別接觸點(diǎn)被加熱、熔化，甚至蒸發(fā)、汽化。③出現(xiàn)很多低電離電位的金屬蒸汽。

（2）提起焊條保持恰當(dāng)距離

在熱激發(fā)和強(qiáng)電場(chǎng)作用下，負(fù)極發(fā)射電子并作高速定向運(yùn)動(dòng)，撞擊中性分子和原子使之激發(fā)或電離。

結(jié)果：氣隙間的氣體迅速電離，在撞擊、激發(fā)和正負(fù)帶電粒子復(fù)合中，其能量轉(zhuǎn)換，發(fā)出光和熱。

2．電弧的構(gòu)造與溫度分布

電弧由三部分構(gòu)成，即陰極區(qū)（一般為焊條端面的白亮斑點(diǎn)）、陽極區(qū)（工件上對(duì)應(yīng)焊條端部的溶池中的薄亮區(qū)）和弧柱區(qū)（為兩電極間空氣隙）。

3、電弧穩(wěn)定燃燒的條件

（1）應(yīng)有符合焊接電弧電特性要求的電源

a）當(dāng)電流過小時(shí)，氣隙間氣體電離不充分，電弧電阻大，要求較高的電弧電壓，方能維持必需的電離程度。

b）隨著電流增大，氣體電離程度增加，導(dǎo)電能力增加，電弧電阻減小，電弧電壓降低。但當(dāng)降低到一定程度后，為了維持必要的電場(chǎng)強(qiáng)度，保證電子的發(fā)射與帶電粒子的運(yùn)動(dòng)能量，電壓須不隨電流增大而變化。

（2）做好清理工作，選用合適藥皮的焊條。

（3）防止偏吹。

（4）電極的極性

在焊接中，采用直流電焊機(jī)時(shí)，有正接和反接兩種方法。而大量使用的是交流電弧焊設(shè)備，電極的極性頻繁交變，不存在極性問題，

1）正接——焊件接電源正極，焊條接負(fù)極。一般焊接作業(yè)均采用正接法。

2）反接——焊件接電源負(fù)極，焊條接正極。一般焊接薄板時(shí)，為了防止燒穿，采用反接法進(jìn)行焊接作業(yè)。

（二）、焊條電弧焊的焊接過程

1．焊接過程

2．焊條電弧焊加熱特點(diǎn)

（1）加熱溫度高，而且使局部加熱。焊縫附近金屬受熱極不均勻，可能造成工件變形、產(chǎn)生殘余應(yīng)力以及組織轉(zhuǎn)變與性能變化的不均勻。

（2）加熱速度快（1500度/秒），溫度分布不均勻，可能出現(xiàn)在熱處理中不應(yīng)出現(xiàn)的組織和缺陷。

（3）熱源是移動(dòng)的，加熱和冷卻的區(qū)域不斷變化。

（三）、電弧焊的冶金特點(diǎn)

（1）反應(yīng)區(qū)溫度高，使合金元素強(qiáng)烈蒸發(fā)和氧化燒損。

（2）金屬熔池體積小，處于液態(tài)的時(shí)間很短，導(dǎo)致化學(xué)成分均勻，氣體和雜質(zhì)來不及浮出而易產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷。

(3)精度高，時(shí)間短。

（四）、焊條

1．焊條的組成

手弧焊焊條由焊芯和藥皮兩部分組成。

（1）焊芯

①作為電弧焊的一個(gè)電極，與焊件之間導(dǎo)電形成電弧；

②在焊接過程中不斷熔化，并過渡到移動(dòng)的熔池中，與熔化的母材共同結(jié)晶形成焊縫；

（2）焊條藥皮

①藥皮的作用

a）對(duì)熔池造成有效的氣渣聯(lián)合保護(hù)；

b）使熔池內(nèi)金屬液脫氧、脫硫以及向熔池金屬中滲合金，提高焊縫的力學(xué)性能；

c）起穩(wěn)弧作用，以改善焊接的工藝性。

②藥皮的組成

a）穩(wěn)弧劑：主要使用易于電離的鉀、鈉、鈣的化合物。

b）造渣劑：形成熔渣覆蓋在熔池表面，不讓大氣侵入熔池，且起冶金作用。

c）造氣劑：分解出CO和H2等氣體包圍在電弧和熔池周圍，起到隔絕大氣、保護(hù)熔滴和熔池的作用。

d）脫氧劑：主要應(yīng)用錳鐵、硅鐵、鈦鐵、鋁鐵和石墨等，脫去熔池中的氧。

e）合金劑：主要應(yīng)用錳鐵、硅鐵、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵和鎢鐵等鐵合金。

f）粘結(jié)劑：常用鉀、鈉水玻璃。

（3）焊條藥皮的種類

a）酸性焊條——藥皮中含有多量酸性氧化物，如SiO2、TiO2、Fe2O3等。

b）堿性焊條——藥皮中含有多量堿性氧化物，如CaO、FeO、MnO、Na2O、MgO等。

2．焊條的種類

焊條共分為十大類，即結(jié)構(gòu)鋼焊條、低溫鋼焊條、鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條和特殊用途焊條。

3．焊條的選用原則

（1）選擇與母材化學(xué)成分相同或相近的焊條

（2）選擇與母材等強(qiáng)度的焊條

（3）根據(jù)結(jié)構(gòu)的使用條件選擇焊條藥皮的類型

（五）、焊接接頭的金屬組織和性能的變化

1．焊件上溫度的變化與分布

焊縫區(qū)金屬經(jīng)受有償穩(wěn)狀態(tài)開始被加熱大較高的溫度，然后在逐漸冷卻到常溫這樣一個(gè)熱循環(huán)。

2．焊接接頭處的組織和性能的變化（以低碳鋼為例）

3．焊接接頭的主要缺陷

（1）氣孔

氣孔是焊接時(shí)熔池中的氣泡在焊縫凝固時(shí)未能逸出而留下來形成的空穴。

防治措施：

a）烘干焊條，仔細(xì)清理焊件的帶焊表面及附近區(qū)域；

b）采用合適的焊接電流，正確操作。

（2）夾渣

夾渣是焊后殘留在焊縫中的熔渣。

預(yù)防措施：

a）仔細(xì)清理帶焊表面；

b）多層焊時(shí)層間要徹底清渣；

c）減緩熔池的結(jié)晶速度。

（3）焊接裂紋

a）熱裂

熱裂是焊接過程中，焊接接頭的金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)產(chǎn)生的焊接裂紋。

預(yù)防措施：

減小結(jié)構(gòu)剛度、焊前預(yù)熱、減小合金化、選用抗裂性好的低氫型焊條等。

b）冷裂

焊接接頭冷卻到較低溫度時(shí)產(chǎn)生的焊接裂紋。

預(yù)防措施：

a）用低氫型焊條并烘干、清除焊件表面的油污和銹蝕；

b）焊前預(yù)熱、焊后熱處理。

（4）未焊透

未焊透是焊接接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象。

產(chǎn)生原因：

坡口角度或間隙太小、鈍邊過厚、坡口不潔、焊條太粗、焊速過快、焊接電流太小以及操作不當(dāng)?shù)人隆?

（5）未溶合

未溶合是焊縫與母材之間未完全熔化結(jié)合的現(xiàn)象。 產(chǎn)生原因：

坡口不潔、焊條直徑過大及操作不當(dāng)?shù)仍斐伞?

（6）咬邊

咬邊是沿焊趾的母材部分產(chǎn)生的溝槽或凹陷的現(xiàn)象。

產(chǎn)生原因：

焊接電流過大、電弧過長、焊條角度不當(dāng)?shù)人隆?

（六）、焊接變形

1．焊接應(yīng)力與變形的原因

焊接時(shí)局部加熱是焊件產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的根本原因。

2．焊接變形的基本形式

3．防止與減小焊接變形的工藝措施

（1）反變形法

（2）加余量法

（3）剛性夾持法

（4）選擇合理的焊接工藝

4．減小焊接應(yīng)力的工藝措施

（1）選擇合理的焊接順序

（2）預(yù)熱法

（3）焊后退火處理

（一）、等離子弧的概念

1、一般焊接電弧為自由電弧，電弧區(qū)只有部分氣體被電離，溫度不夠集中。

2、 當(dāng)自由電弧壓縮成高能量密度的電弧，弧柱氣體被充分電離，成為只含有正離子和負(fù)離子的狀態(tài)時(shí)，即出現(xiàn)物質(zhì)的第四態(tài)——等離子體。

等離子弧具有高溫（15000~30000K）、高能量密度（480千瓦/厘米2）和等離子流高速運(yùn)動(dòng)（最大可數(shù)倍與聲速） 3、等離子弧焊的三種壓縮效應(yīng)

（1）機(jī)械壓縮效應(yīng)

在等離子槍中，當(dāng)高頻震蕩引弧以后，氣體電離形成的電弧通過焊嘴細(xì)小噴孔，受到噴嘴內(nèi)壁的機(jī)械壓縮。

（2）熱壓縮效應(yīng)

由于噴嘴內(nèi)冷卻水的作用，使靠近噴嘴內(nèi)壁處的氣體溫度和電離度急劇降低，迫使電弧電流只能從弧柱中心通過，使弧柱中心電流密度急劇增加，電弧截面進(jìn)一步減小，這是對(duì)電弧的第二次壓縮。

（3）電磁收縮效應(yīng)

因?yàn)榛≈娏髅芏却蟠筇岣叨樯碾姶攀湛s力使電弧得到第三次壓縮。

因三次壓縮效應(yīng)，使等離子弧直徑僅有3mm左右，而能量密度、溫度及氣流速度大為提高。

（二）、等離子弧焊的特點(diǎn)

1、能量密度大，溫度梯度大，熱影響區(qū)小，可焊接熱敏感性強(qiáng)的材料或制造雙金屬件。

2、電弧穩(wěn)定性好，焊接速度高，可用穿透式焊接，使焊縫一次雙面成型，表面美觀，生產(chǎn)率高。

3、氣流噴速高，機(jī)械沖刷力大，可用于焊接大厚度工件或切割大厚度不銹鋼、鋁、銅、鎂等合金。

4、電弧電離充分，電流下限達(dá)0.1A以下仍能穩(wěn)定工作，適合于用微束等離子?。?.2~30A）焊接超薄板（0.01~2mm），如膜盒、熱電偶等。

特種焊接焊接項(xiàng)目包括：

各種機(jī)械設(shè)備上出現(xiàn)的磨損，斷裂，及精密補(bǔ)焊，比如缸體，開裂的發(fā)動(dòng)機(jī)基座，傳動(dòng)齒輪箱體，輪船發(fā)動(dòng)機(jī)分配閥箱，鑄造齒輪的輪齒，泵殼體，燃燒爐的爐壁，輪船的螺旋槳，渦輪機(jī)的焊接，脫氧的銅零件及板件，彈簧，釩鉬彈簧鋼及異種鋼的焊補(bǔ)等等機(jī)械行業(yè)的設(shè)備焊接維修和焊補(bǔ)服務(wù)。

（一）、釬焊的種類

根據(jù)釬料熔點(diǎn)不同，釬焊分為硬釬焊和軟釬焊兩種。

1、硬釬焊

釬料熔點(diǎn)高于450℃的釬焊為硬釬焊。

硬釬料有銅基、銀基、鋁基等合金。

釬劑常用鵬砂、硼酸、氟化物、氯化物等。

加熱方法有火焰加熱、鹽浴加熱、電阻加熱、高頻感應(yīng)加熱等。

硬釬焊接接頭強(qiáng)度高達(dá)490MPa，適用于受力較大及工作溫度較高的工件。

2、軟釬焊

釬料熔點(diǎn)低于450℃的釬焊為軟釬焊。

常用軟釬料為錫鉛合金。

常用釬劑為松香、氯化銨溶液等。

常用烙鐵及其它火焰加熱。

（二）、釬焊的特點(diǎn)

1、焊件加熱溫度低，金屬組織和力學(xué)性能變化小，焊件變形小，接頭光滑平整，焊件尺寸精確。

2、可以焊同種或異種金屬。

3、可焊由多條焊縫組成的復(fù)雜形狀的焊件。

4、設(shè)備簡單。2100433B

電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法，稱為埋弧焊。埋弧焊的引弧、送進(jìn)焊條一般均由自動(dòng)裝置來完成，因此又稱為埋弧自動(dòng)焊。

（一）、埋弧自動(dòng)焊的焊接過程

（二）、埋弧自動(dòng)焊的主要特點(diǎn)

1、生產(chǎn)率高

2、焊接質(zhì)量高而且穩(wěn)定

3、節(jié)約焊接材料

4、改善了勞動(dòng)條件

5、適用于平焊長直焊縫和較大直徑的環(huán)形焊縫。對(duì)于短焊縫、曲折焊縫、狹窄位置及薄板的焊接，不能發(fā)揮其長處。

（三）、焊絲和焊劑

（四）、埋弧自動(dòng)焊的工藝特點(diǎn)

1、焊前準(zhǔn)備工作要求嚴(yán)格

2、焊接熔深大

3、采用引弧板和引出板

4、采用焊劑墊或鋼墊板

5、采用導(dǎo)向裝置

電阻焊是在焊件組合后通過電極施加壓力，利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱進(jìn)行焊接的工藝方法。

電阻焊的種類很多，常用的有點(diǎn)焊、縫焊和對(duì)焊三種。

（一）、點(diǎn)焊

點(diǎn)焊是將焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，形成焊點(diǎn)的電阻焊方法。點(diǎn)焊主要用于薄板焊接。

點(diǎn)焊的工藝過程：

1、預(yù)壓，保證工件接觸良好。

2、通電，使焊接處形成熔核及塑性環(huán)。

3、斷點(diǎn)鍛壓，使熔核在壓力繼續(xù)作用下冷卻結(jié)晶，形成組織致密、無縮孔、裂紋的焊點(diǎn)。

（二）、縫焊

縫焊是將焊件裝配成搭接或?qū)咏宇^，并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓焊件并轉(zhuǎn)動(dòng)，連續(xù)或斷續(xù)送電，形成一條連續(xù)焊縫的電阻焊方法。

縫焊主要用于焊接焊縫較為規(guī)則、要求密封的結(jié)構(gòu)，板厚一般在3mm以下。

（三）、對(duì)焊

對(duì)焊是使焊件沿整個(gè)接觸面焊合的電阻焊方法。

1、電阻對(duì)焊

電阻對(duì)焊是將焊件裝配成對(duì)接接頭，使其端面緊密接觸，利用電阻熱加熱至塑性狀態(tài)，然后斷電并迅速施加頂鍛力完成焊接的方法，

電阻對(duì)焊主要用于截面簡單、直徑或邊長小于20mm和強(qiáng)度要求不太高的焊件。

2、閃光對(duì)焊

閃光對(duì)焊是將焊件裝配成對(duì)接接頭，接通電源，使其端面逐漸移近達(dá)到局部接觸，利用電阻熱加熱這些接觸點(diǎn)，在大電流作用下，產(chǎn)生閃光，使端面金屬熔化，直至端部在一定深度范圍內(nèi)達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，斷電并迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。

閃光焊的接頭質(zhì)量比電阻焊好，焊縫力學(xué)性能與母材相當(dāng)，而且焊前不需要清理接頭的預(yù)焊表面。閃光對(duì)焊常用于重要焊件的焊接?？珊竿N金屬，也可焊異種金屬；可焊0.01mm的金屬絲，也可焊20000mm的金屬棒和型材。

七、摩擦焊

摩擦焊是利用焊件表面相互摩擦所產(chǎn)生的熱量，使端面達(dá)到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛完成焊接的一種壓焊方法。

摩擦焊的特點(diǎn)：

1、由于摩擦，焊件接觸表面的氧化膜和雜質(zhì)被清楚，使焊接接頭組織致密，不產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷。

2、即可焊同種金屬，更適合于異種金屬的焊接。

3、生產(chǎn)率高。

《特種焊接技術(shù)問答》以問答的形式全面系統(tǒng)地介紹了特種焊接技術(shù)。全書共11章，內(nèi)容包括特種氣體保護(hù)焊、摩擦焊、超聲波焊、等離子弧焊、激光焊、電子柬焊、釬焊、電阻焊、擴(kuò)散焊、爆炸焊，以及電渣焊的有關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)、焊接設(shè)備、焊接工藝方面的問題?！短胤N焊接技術(shù)問答》語言簡潔扼要，內(nèi)容通俗易懂，實(shí)用性和針對(duì)性強(qiáng)，便于讀者有針對(duì)性地快速查閱、分析和解決生產(chǎn)中的技術(shù)問題。

《特種焊接技術(shù)問答》適合于從事焊接技術(shù)的工程技術(shù)人員、工人閱讀，也可供相關(guān)專業(yè)在校師生參考。

該書以特種焊接方法為主線，系統(tǒng)講授電子束焊、激光焊、擴(kuò)散焊、摩擦焊、高頻焊、超聲波焊、爆炸焊及變形焊的基本原理、工藝特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。