其他焊接方法介绍

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：图3-42 埋弧焊方法埋弧焊的焊接过程如图3-42所示，埋弧焊时，焊剂由给送焊剂管流出，均匀地堆敷在装配好的焊件(母材)表面。由于钨极的载流能力有限，其电功率受到限制，所以钨极氩弧焊一般只用于焊接厚度小于6mm的工件。CO2气体保护焊可分为自动焊和半自动焊。

1.埋弧焊

埋弧焊(SAW)又称为焊剂层下电弧焊，它是通过保持在光焊丝和工件之间的电弧将金属加热，使被焊件之间形成刚性连接。按自动化程度的不同，埋弧焊分为半自动埋弧焊(移动电弧是手工操作)和自动埋弧焊。

图3-42 埋弧焊方法

(1)埋弧焊的焊接过程如图3-42所示，埋弧焊时，焊剂由给送焊剂管流出，均匀地堆敷在装配好的焊件(母材)表面。焊丝由自动送丝机构自动送进，经导电嘴进入电弧区。焊接电源分别接在导电嘴和焊件上，以便产生电弧。给送焊剂管、自动送丝机构和控制盘等通常都装在一台电动小车上，小车可以按调定的速度沿着焊缝自动行走。

颗粒状焊剂层下的焊丝末端与母材之间产生电弧，电弧热使临近的母材、焊丝和焊剂熔化，并有部分被蒸发。焊剂蒸汽将熔化的焊剂(熔渣)排开，形成一个与外部空气隔绝的封闭空间，这个封闭空间不仅很好地隔绝了空气与电弧和熔池的接触，而且可完全阻挡有害电弧光的辐射。电弧在这里继续燃烧，焊丝便不断地熔化，呈滴状进入熔池并与母材中熔化的金属以及焊剂提供的合金元素相混合。随着焊接过程地进行，电弧向前移动，焊接熔池随之冷却而凝固，形成焊缝。密度较小的熔化焊剂在焊缝表面形成熔渣层，未熔化的焊剂可回收再利用。

(2)埋弧焊的特点及应用埋弧焊具有以下优点:

1)焊接质量好。焊接过程能够自动控制；各项工艺参数可调到最佳数值；焊缝的化学成分比较均匀和稳定；焊缝光洁平整，有害气体难以侵入，熔池金属冶金反应充分，焊接缺陷较少。

2)生产率高。焊丝从导电嘴伸出长度较短，可用较大的焊接电流，而且连续施焊时间较长，这样就能提高焊接速度。同时，焊件厚度在14mm以内的对接焊缝可不开坡口，不留间隙，一次焊成，生产率高。

3)节省焊接材料。焊接件可不开坡口或开小坡口，可减少焊缝中焊丝的填充量，同时，焊接时金属飞溅少，又没有焊条头的损失，所以节省焊接材料。

4)易实现自动化，劳动条件好，强度低，操作简单。

埋弧焊的缺点是适应性差，通常只适应焊接水平位置的直缝和环缝，不能焊接空间焊缝和不规律的焊缝，对坡口的加工、清理和装配质量要求较高。

埋弧焊通常用于碳钢、低合金结构钢、不锈钢和耐热钢等中厚板结构的长直缝，以及直径大于300mm环缝的平焊。此外还用于耐磨、耐腐蚀合金的堆焊、大型球墨铸铁曲轴以及镍合金、铜合金等材料的焊接。

2.气体保护电弧焊

气体保护电弧焊是指外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。

气体保护电弧焊是明弧焊接，焊接时便于监视焊接过程，故操作方便，可实现全位置自动焊接，焊后不用清渣，可节省大量辅助时间，提高生产率。另外，由于保护气流对电弧有冷却压缩作用，电弧热量集中，因而焊接影响区窄，工件变形小，特别适应于薄板焊接。

(1)氩弧焊氩弧焊是以氩(Ar)气作为保护气体的气体保护电弧焊。氩气是一种惰性气体，在高温下，它不与金属和其他元素起化学反应，也不溶于金属，因此保护效果好，焊接头质量高。

按使用的电极不同，氩弧焊可分为不熔化极氩弧焊即钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊两种，如图3-43所示。

1)钨极氩弧焊(TIG焊)。采用熔点较高的钍钨棒或铈钨棒作为电极，焊接过程中电极本身不熔化，故属不熔化极电弧焊。钨极氩弧焊又分为手工焊和自动焊两种。焊接时填充丝在钨极前方添加。当焊接薄板时，一般不需要开坡口和加填充焊丝。

钨极氩弧焊的电流种类与极性的选择原则是:焊接铝、镁合金时，采用交流电；焊接其他金属(低合金钢、不锈钢、耐热钢、钛及钛合金、铜及铜合金等)采用直流正接。由于钨极的载流能力有限，其电功率受到限制，所以钨极氩弧焊一般只用于焊接厚度小于6mm的工件。

图3-43 氩弧焊示意图

a)熔化极氩弧焊 b)钨极氩弧焊

1—送丝轮 2—焊丝 3—导电嘴 4—喷嘴 5—进气管 6—氩气流

7—电弧 8—工件 9—钨极 10—填充焊丝

2)熔化极氩弧焊(MIG焊)。熔化极氩弧焊是以连续送进的焊丝作为电极，电弧产生在焊丝与工件之间，焊丝不断送进，并熔化过渡到焊缝中去，因此焊接电流可大大提高。熔化极氩弧焊可分为半自动焊和自动焊两种，一般采用直流反接法。

与TIG焊相比，MIG焊可采用高密度电流，母材熔深大，填充金属熔敷速度快，生产率高。MIG焊和TIG焊一样，几乎可焊接所有的金属，尤其适合于焊接铝及铝合金、铜及铜合金及不锈钢材料，主要用于中、厚板的焊接。

(2)CO₂气体保护焊 CO₂气体保护焊是利用廉价的CO₂气体作为保护气体的电弧焊。CO₂气体保护焊的焊接装置如图3-44所示。它是利用焊丝作电极，焊丝由送丝机构通过软管经导电嘴送出。电弧在焊丝与工件之间产生。CO₂气体从喷嘴中以一定的流量喷出，包围电弧和熔池，从而防止空气对液体金属的有害作用。CO₂气体保护焊可分为自动焊和半自动焊。

图3-44 CO₂气体保护焊示意图

CO₂气体保护焊除具有前述的气体保护焊的优点以外，还有焊缝含氢量低、抗裂性能好、生产成本低的优点。

由于CO₂气体是氧化性气体，高温时分解成CO和氧原子，易造成合金元素烧损，焊缝吸氧，导致电弧稳定性差、飞溅较多、弧光强烈、焊缝表面成形不美观等缺点。若控制或操作不当，还容易产生气孔。为保护焊缝合金元素，须采用含锰、硅较高的焊接钢焊丝或含有相应合金元素的合金钢焊丝。

3.气割和气焊

(1)气焊气焊是利用气体火焰做热源的焊接方法。最常用的是氧乙炔焊，利用氧乙炔焰进行焊接。乙炔(C₂H₂)是可燃气体，氧气是助燃气体。乙炔和氧气在焊炬中混合均匀后从焊嘴喷出燃烧，将焊件和焊丝熔化形成熔池，冷却凝固后形成焊缝，如图3-45所示。气焊时气体燃烧，产生大量的CO₂、CO、H₂气体笼罩熔池，起到保护作用。气焊使用不带药皮的光焊丝做填充金属。

图3-45 气焊示意图

气焊设备简单，操作灵活方便、不需电源，但火焰温度较低，且热量较分散，生产率低，工件变形大，所以应用不如电弧焊广泛。主要用于焊接厚度在3mm以下的薄钢板，铜、铝等有色金属及其合金，低熔点材料以及铸铁补焊等。气焊设备由氧气瓶、乙炔瓶、减压器、回火保险器及焊炬等组成，如图3-46、图3-47所示。

图3-47 焊炬

1)气焊火焰的种类及应用。气焊时通过调节氧气阀和乙炔阀，可以改变氧气和乙炔的混合比例，从而得到三种不同的气焊火焰:中性焰、碳化焰和氧化焰，如图3-48所示。

①中性焰(正常焰)。中性焰是指在一次燃烧区内既无过量氧又无游离碳的火焰(最高温度3100～3200℃)，中性焰中氧和乙炔的比例为1～1.2。其火焰由焰心、内焰、外焰三部分组成。焰心呈亮白色清晰明亮的圆锥形，内焰的颜色呈淡橘红色，外焰为橙黄色不甚明亮。由于内焰温度高(约3150℃)，又具有还原性(含有一氧化碳和氧气)，故最适宜气焊工作。中性焰使用较多，如焊接低碳钢、中碳钢、低合金钢、纯铜、铝合金等。

②碳化焰。当氧气和乙炔的比例小于1时，得到的火焰是碳化焰。由于向火焰中提供的氧气量不足而乙炔过剩，使火焰焰心拉长，白炽的碳层加厚呈羽翅状延伸到内焰区中。整个火焰燃烧软弱无力，冒黑烟。用此种火焰焊接金属能使金属增碳，通常用于焊接高碳钢、高速钢、铸铁及硬质合金等。

图3-48 气焊火焰

③氧化焰。当氧气和乙炔的比例大于1.2时，得到的火焰是氧化焰。火焰中有过量的氧，焰心变短变尖，内焰区消失，整个火焰长度变短，燃烧有力并发出响声。用此种火焰焊接金属能使熔池氧化沸腾，钢性能变脆，故除焊接黄铜之外，一般很少使用。

2)接头形式和焊接准备。气焊可以进行平、立、横、仰等各种空间位置的焊接。其接头形式有对接、搭接、角接和T型接头等。在气焊前，必须彻底清除焊丝和焊件接头处的表面的油污、油漆、铁锈以及水分等，否则不能焊接。

3)焊丝和焊剂。在焊接时，气焊的焊丝作为填充金属，与熔化的母材一起形成焊缝，因此焊丝质量对焊件性能有很大影响。焊接时应根据焊件材料选择相应的焊丝。

焊剂的作用是保护熔池金属，除去焊接过程中形成的氧化物，增加液态金属的流动性。焊接低碳钢时，由于中性焰本身具有相当的保护作用，可不用焊剂。我国气焊剂主要牌号有CJ101(用于焊接不锈钢、耐热钢)、CJ201(用于焊接铸铁)、CJ301(用于焊接铜合金)、CJ401(用于焊接铝合金)。焊剂的主要成分有硼酸、硼砂、碳酸钠等。

(2)气割气割是利用高温的金属在纯氧中燃烧而将工件分离的加工方法。气割使用的气体和供气装置可与气焊通用。

图3-49 气割

气割时，先用氧乙炔焰将金属加热到燃点，然后打开切割氧阀门，放出一股纯氧气流，使高温金属燃烧。燃烧后生成的液体熔渣，被高压氧流吹走，形成切口，如图3-49所示。金属燃烧放出大量的热，又预热了待切割的金属。所以气割是预热-燃烧-吹渣形成切口不断重复进行的过程。气割所用的割炬与焊炬有所不同，多了一个切割氧气管和切割氧阀门。

符合下列条件的金属才能进行气割:

1)金属的燃点应低于本身的熔点，否则变为熔割，使切割质量降低，甚至不能切割。

2)金属氧化物的熔点应低于金属本身的熔点，否则高熔点的金属氧化物会阻碍下层金属与氧气流接触，使气割无法进行。

3)金属的导热性不能太高，否则使气割处热量不足，造成气割困难。

4)金属在燃烧时所产生的大量热能应能维持气割地进行。

碳素钢和低合金钢具有很好的气割性能，因钢种主要成分是铁，其燃烧时生成FeO、Fe₃O₄、Fe₂O₃，放出大量的热。并且熔点低流动性好，故切口光洁，整体质量好。但铸铁因其燃点高于熔点，且渣中有大量黏稠的SiO₂妨碍切割进行，因此铸铁难于切割。铝和不锈钢因存在高熔点Al₂O₃和Cr₂O₃膜，故也不能用一般气割方法切割。

4.等离子弧焊

等离子弧产生的原理如图3-50所示。钨极与工件之间加以高压，经高频振荡器的激发，使气体电离形成电弧，电弧通过细孔喷嘴时，弧柱截面缩小，产生机械压缩效应；向喷嘴内通入高速保护气流(如氩气、氮气等)，此冷气流均匀地包围着电弧，使弧柱外围受到强烈冷却，于是弧柱截面进一步缩小，产生了热压缩效应。

此外，带电离子在弧柱中的运动可看成是无数根平行的通电“导体”，其自身磁场所产生的电磁力使这些“导体”互相吸引靠拢，电弧受到进一步压缩，这种作用称为电磁压缩效应。以上三种压缩效应作用在弧柱上，使弧柱被压缩的很细，电流密度极大，能量高度集中，弧柱区内的气体完全电离，从而获得等离子弧。这种等离子弧的热力学温度可高达15000～16000K，能够用于焊接和切割。

图3-50 等离子弧焊原理图

利用等离子弧作为热源的焊接方法称为等离子弧焊。焊接时，在等离子弧周围还要喷射保护气体以保护熔池，一般保护气体和等离子气体相同，通常为氩气。

等离子弧焊具有能量集中、穿透力强、电弧稳定等优点。因此，焊接12mm厚的工件可不开坡口，能一次单面焊透双面成形；焊接影响区小，焊件变形小；而且焊接速度快，生产率高。但等离子弧焊设备复杂，气体消耗大，焊接成本高，并且只适宜室内焊接，因此应用受到一定限制。

此外利用高温高速等离子弧还可以切割任何金属和非金属材料，包括氧乙炔焰不能切割的材料，而且切口窄而光滑，切割效率比氧乙炔焰切割提高1～3倍。

其他焊接方法介绍

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