常用的焊接方法简介

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：按表0-1所介绍，焊接方法种类很多，这里仅简单介绍较常用的焊接方法。埋弧焊埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，是焊接生产中应用较广泛的工艺方法之一。利用等离子弧可进行焊接、喷涂和切割等工艺方法。药芯焊丝电弧焊它也是利用连续送进的焊丝与工件之间形成的电弧不断熔化焊丝及母材形成熔池，冷却后形成焊缝的一种焊接方法。

按表0-1所介绍，焊接方法种类很多，这里仅简单介绍较常用的焊接方法。

1.电弧焊

电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法。它包括焊条电弧焊、埋弧焊、钨极惰性气体保护电弧焊（简称钨极氩弧焊或TIG焊）、等离子弧焊及切割、熔化极气体保护电弧焊（CO₂焊、MIG焊、MAG焊）、药芯焊丝电弧焊、水下焊接与切割、螺柱焊、碳弧气刨、高效电弧焊等。绝大部分电弧焊是以电极与工件之间燃烧的电弧作为热源。在形成接头时，可采用或不采用填充金属。电极是在焊接过程中熔化的焊丝时，叫做熔化极电弧焊，如焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护电弧焊、药芯焊丝电弧焊等。电极是在焊接过程中不熔化的钨棒或碳棒时，叫做不熔化极电弧焊，如钨极惰性气体保护电弧焊、等离子弧焊等。

（1）焊条电弧焊焊条电弧焊是以焊条作为电极和填充金属，用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。它是电弧焊方法中最简单、基本、灵活和应用得最多的焊接方法。在焊接过程中，在焊条与工件之间建立起稳定燃烧的电弧，电弧高温将焊条与工件的局部熔化，熔化的焊芯以熔滴的形式过渡到局部熔化的工件表面，与工件熔合在一起形成熔池。焊条药皮在电弧热的作用下产生气体和液态熔渣，起隔绝大气和保护液体金属的作用。随着电弧的移动，熔池金属逐步冷却结晶形成焊缝。它所用的设备简单，操作轻便，特别适合于装配、修补中的短焊缝和难以到达部位的焊接，配用相应的焊条可适用于大多数工业用的碳钢、不锈钢、铸铁、铜、镍、铝及其合金的焊接。

（2）埋弧焊埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，是焊接生产中应用较广泛的工艺方法之一。埋弧焊时，焊丝通过导电嘴穿过覆盖在待焊区表面的颗粒状焊剂层，与母材之间产生电弧。在电弧热使焊丝、焊剂和母材熔化并被部分蒸发后，在电弧区便由金属蒸气和液态焊剂构成一个弹性外膜的空腔，使整个空间与空气隔绝，电弧就在这个空腔中稳定燃烧。空腔底部是熔化的焊丝和母材形成的金属熔池，顶部则是熔融焊剂形成的熔渣。随着电弧向前移动，电弧力将熔池金属推向后方并逐渐冷却凝固成焊缝；密度较轻的熔渣覆盖在熔池的表面，有效地保护熔池金属不被氧化，冷却后凝固成渣壳覆盖在焊缝表面。焊接时焊丝连续不断地送进，其端部在电弧热作用下不断地熔化，焊丝送进速度和熔化速度相互平衡，以保持焊接过程的稳定进行。

它的焊接熔深大、生产效率高、机械化程度高，特别适用于中厚板长焊缝的焊接。在造船、锅炉与压力容器、化工设备、桥梁、起重机械、工程机械、冶金机械以及海洋结构、核电设备等制造中埋弧焊都是主要的焊接方法。埋弧焊最适于焊接低碳钢和低合金高强度结构钢或不锈钢。

（3）钨极惰性气体保护电弧焊简称TIG焊，是用纯钨极或活化钨（常用钍钨、铈钨等）作为非熔化电极，并用惰性气体（如氩气、氦气或它们的混合气体等）作为保护气体，利用电极与母材金属之间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝（也可以不填充焊丝）的电弧焊方法。它通常被用于焊接厚度为6mm以下的焊件。从生产效率考虑，以3mm以下为宜。脉冲TIG焊还可用于焊接厚度在0.8mm以下的薄板，特别适用于全位置管道对接焊。TIG焊可以采用手工焊也可以采用自动焊，对于某些厚壁重要构件（如压力容器及管道），在根部熔透焊道焊接（打底焊）、全位置焊接和窄间隙焊时，为了保证提高焊接质量，有时也采用它。TIG焊用于几乎所有金属和合金的焊接，特别是对铝、镁、铜等有色金属及其合金、不锈钢、耐热钢、高温合金和钼、铌、锆等难熔金属等的焊接最具优势。它已广泛应用于航空航天、核能、化工、压力容器、电器、医疗器械、金属家具、炊饮器具等设备制造工业。

（4）等离子弧焊等离子弧是电弧的一种特殊形式，使气体充分电离而形成由数量相等的带正电的正离子和带负电的电子所组成的电离气体称为等离子体。等离子弧具有温度高、能流密度高、化学活性高和可控性好等特点。利用等离子弧可进行焊接、喷涂和切割等工艺方法。它不仅能用于对一般材料进行焊接、切割和喷涂，而且还能用于难以加工的材料。等离子弧焊生产效率高，利用小孔效应，也可对一定厚度范围的多数金属进行不开坡口的对接焊，节省焊接材料。等离子弧焊适用于绝大多数金属的焊接，特别适合不锈钢、铝、铜、镍基合金、钴基合金、铜基合金及各种铝合金的焊接和切割。

（5）熔化极气体保护电弧焊气体保护电弧焊（简称气体保护焊）有熔化极和不熔化极两种。熔化极气体保护电弧焊（GMAW）是在气体保护下，利用连续送进的焊丝与工件之间形成的电弧不断地熔化焊丝及母材形成熔池，冷却后形成焊缝的一种焊接方法。由于它效率高，对工件的热输入低及易实现焊接自动化等优点而得到广泛应用。

按保护气体种类不同及其中惰性气体比例不同熔化极气体保护电弧焊可细分为如下4类：

1）MIG焊：用氩气Ar或氦气He保护，称为熔化极惰性气体保护电弧焊，简称MIG焊，用于铝、钛、铜、镍等及其合金的焊接。

2）MAG焊：在氩气中加入少量的CO₂、O₂，称为熔化极混合气体保护电弧焊，简称MAG焊，用于对焊缝成形、冲击韧度要求较高的低碳钢、低合金钢及不锈钢的焊接。

3）混合气体保护电弧焊：保护气体是两种或两种以上的惰性气体，用于铝、钛、铜等及其合金的焊接。

4）CO₂焊：用纯CO₂气体作为保护气体，称为二氧化碳气体保护电弧焊，简称CO₂焊，用于对焊缝成形、冲击韧度要求不高的低碳钢及低合金钢的焊接。

根据被焊工件材料的种类和厚度不同，配以不同品种、直径的焊丝，GMAW方法越来越广泛用于航空航天、原子能、造船、石油化工、汽车制造、冶金、机械制造、电力、仪表、建筑等行业，部分取代了焊条电弧焊及埋弧焊，成为一种常用的高效优质的焊接方法。

（6）药芯焊丝电弧焊它也是利用连续送进的焊丝与工件之间形成的电弧不断熔化焊丝及母材形成熔池，冷却后形成焊缝的一种焊接方法。焊丝有两大类：一类是实心焊丝；另一类是由金属外皮和药芯（即芯部药粉）构成的药芯焊丝。采用药芯焊丝作为电极和填充材料的电弧焊称为药芯焊丝电弧焊。它又分为外加保护气（主要是CO₂）的气体保护药芯焊丝电弧焊和不加保护气的自保护药芯焊丝电弧焊两种。后者以管内药芯焊剂分解和熔化所产生的气体和熔渣，起保护熔池、渗合金及稳弧作用，而且焊丝伸出长度变化不会影响保护效果。药芯焊丝电弧焊可应用于大多数黑色金属的各种接头的焊接，越来越多地被我国和其他工业发达国家推广应用。

2.压焊

压焊是在焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热）以完成焊接的方法。在少数压焊过程中，焊接区金属熔化并同时被施加压力。多数压焊过程中，焊接区金属仍处于固相状态，依赖于在压力（不加热或伴以加热）作用下产生的塑性变形、再结晶和扩散等作用形成接头。

依照“族系法”分类规则，根据主要工艺特征，将压焊分为十大类：电阻焊、高频焊、扩散焊、摩擦焊、超声波焊、爆炸焊、变形焊、气压焊、旋弧焊、磁力脉冲焊等。每个大类又可细分为若干小类，如电阻焊（大类），以工艺方法又可细分如下小类：点焊、凸焊、缝焊、对焊、对接缝焊等。压焊广泛应用于航空、航天、核能、信息工程、汽车制造等工业部门。用压焊完成的焊接量，每年约占世界总焊接量的1/3，并有继续增加的趋势。

3.高能束焊

高能束焊包括激光焊和电子束焊。

（1）激光焊1960年美国人T.H.梅曼（Maiman）制成了世界上第一台激光器（红宝石激光器），标志着激光（LASER）技术的诞生。激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性四大特点，当功率密度足够高时激光可使金属材料熔化，熔化凝固后形成焊缝。激光器易于控制，可与计算机数控系统或机械手、机器人配合，实现自动焊接。激光束可通过光纤传输，使激光焊接系统的加工柔性大大增加。激光焊接设备的组成可基本划分为激光器、光路系统、电器控制系统、加工机和辅助装置五个部分。激光焊可获得高精度、高质量、变形极小、美观的焊缝和接头。为充分利用其优越的特性和适应各种材料（含难熔和异种金属）、结构的高效优质焊接工艺需求，不断创新、开发和应用激光焊新方法，如激光热传导焊、激光深熔焊、激光填丝焊、激光-电弧（含MIG、TIG）复合焊、双光束激光焊、激光钎焊等。

（2）电子束焊以集中的高速电子束轰击工件表面时所产生的热能进行焊接的方法称为电子束焊。常用的有高真空电子束焊、低真空电子束焊和非真空电子束焊3种，前两种因抽真空，焊接质量较好，但准备的时间较长，工件尺寸受真空室限制。电子束也可与电弧复合进行高效优质焊接。与电弧焊相比，电子束焊的主要特点是焊缝熔深大、熔宽小、焊缝金属纯度高。既可对电子束进行精密控制，又可获得高密度能束，既可精密焊很薄的材料，又可焊厚达300mm以上的厚板。很适合用于焊接易氧化或难熔金属。设备成本较高，不适于大批量产品的焊接。

4.钎焊

钎焊、熔焊和压焊是现代焊接技术最重要的三大组成部分。钎焊和其他焊接方法最大的差别是采用比母材熔点低的填充材料（钎料），在低于母材固相线温度、高于钎料液相线温度的操作温度下，通过熔化的钎料填充待连接母材的间隙，随后冷却凝固，形成钎焊接头。

根据使用的钎料不同，钎焊可分为：硬钎焊，钎料液相线温度高于450℃的钎焊；软钎焊，钎料液相线温度低于450℃的钎焊。

随着人类社会进入21世纪，以微电子技术为基础，以计算机、通信技术为核心的电子信息技术已成为人类社会进步的主要推动力量。微电子封装中的互连技术也逐渐从传统的通孔组装技术（Through Hole Technology，THT）向表面组装技术（Surface Mount Technology，SMT）、球栅阵列（Ball Grid Array，BGA）、倒装芯片（Flip-Chip）和芯片级封装（Chip Scale Package，CSP）等高密度封装技术方向发展，极大地促进了计算机、通信等众多高技术领域的进步。微钎焊、无铅波峰焊、回流焊等新工艺技术得以迅速发展。

5.其他焊接方法

（1）电渣焊它是一种利用电流通过熔渣产生的电阻热作为热源的熔焊方法，是一种在垂直位置或接近垂直位置使用的高效单道焊焊接工艺，生产效率高。由前苏联巴顿焊接研究所于1951年发明，用它代替大电流埋弧焊焊接厚壁压力容器上的纵向焊缝。电渣焊适用于焊接厚度30～1000mm的厚板或大断面钢结构，在水压机、轧钢机、重型机械、桥梁、石化、锅炉压力容器、冶金、高层建筑等大型设备制造业中得到广泛使用。电渣焊适用于碳钢、合金钢、不锈钢、铝等金属材料的焊接。

（2）气焊它是利用可燃气体与助燃气体混合燃烧生成的火焰为热源，熔化焊件和焊丝使之达到原子间结合的一种焊接方法。它的设备简单、使用灵活、成本低，但变形大、生产效率低、热影响区宽，操作危险性较大。

（3）摩擦焊和搅拌摩擦焊它们都是以摩擦或搅拌产生的机械能为能源，进行金属的固相焊接。其生产效率高，热影响区小，主要用于横断面直径为100mm或更大直径零件的焊接。搅拌摩擦焊也可用于平板的焊接，其发展也非常迅速。

（4）其他焊接方法如以高频电流在工件中产生固体电阻热的接触高频焊和感应高频焊；以化学反应热为能源的固相焊的另一种焊接方法——爆炸焊；以超声波-机械能为能源的超声波焊；在高温和加压条件下，以间接热能为能源，经过原子互相扩散而结合的扩散焊。这些焊接方法不仅可用于多种材料焊接，还可用于异种材料焊接，它们的发展也是多种多样和迅速的。

常用的焊接方法简介

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