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第三章
金属连接及切割工艺
3.1焊接工艺
焊接是“经过将材料加热到焊接温度、加压或不加压，或仅经过加压，使用或不使用填充材料而将金属或非金属在局部接合过程”，接合即“连接在一起”。
手工电弧焊（SMAW）
定义：就是我们通常所说“手把焊”，它是经过带药皮焊条和被焊金属间电弧将被焊金属加热，从而达成焊接目标。
焊条药皮不一样造成了不一样焊条种类，焊条药皮有以下五种作用：
（1） 保护——药皮分解后产生气体为熔融金属提供保护。
（2） 脱氧——药皮为焊剂去除氧气和其它气体。
（3） 合金化——药皮为焊缝提供合金化元素。
（4） 电离——药皮改善电特征以增强电弧稳定性。
（5） 保温——凝固焊渣在焊缝金属上覆盖降低了焊缝金属冷却速度（次要影响）。

E X X X X： E代表焊条。
前二个数字代表熔敷金属最小抗拉强度，单位为千磅每平方英寸。接下来数字代表焊条可焊位置。数字“1”表示焊条可用于任何焊接位置，数字“2”表示熔融金属流动性很好，只能用于平焊或角焊缝横焊，数字“4”表示焊条可用于立向下焊，数字“3”不再使用。最终一个数字表示焊条药皮组成和性能，药皮决定了可焊性和推荐电流类别，AC（交流），DCEP（直流反接）或DCEN（直流正接）。
焊条最终一个数字为“5”、“6”和“8”，表示其为“低氢焊条”。 大多数规范均要求低氢焊条在拆封后放入温度不低于250°F（120°C）烘箱中。

手工电弧焊优缺点：优点：第一，设备简单而廉价，这就使得手工电弧焊很轻便。
第二，携带方便。
第三，焊接工艺被认为是万能。
缺点：1.不足是焊接速度
2.是影响生产率
产生缺点：未熔合、未焊透、裂纹、咬边、焊瘤、焊缝尺寸不对和不妥焊缝断面。

气体保护电弧焊（GMAW）
定义：气体保护电弧焊是经过焊枪连续不停送丝，由焊丝和工件之间产生电弧热量将母材和焊丝熔化，从而达成焊接目标。
分类：射流过渡、熔滴过渡、脉冲过渡和短途经渡。
ERXXS-X：ER代表焊丝既可用作电极，也可用作填充金属，或仅用作填充金属（对其它焊接工艺而言）。二到三个数字表示焊缝金属最小抗拉强度，单位为千磅每平方英寸。所以，和手工电弧焊一样，“70”就表示填充金属最小抗拉强度为70,000磅每平方英寸（PSI）。字母S表示为实芯焊丝，连字符后最终一个数字表示电极化学成份，说明了其操作特征和焊缝性能。经典气体保护电弧焊电极均增加脱氧剂如锰、硅和铝等，从而避免了气孔发生。

射流过渡被认为热量最高，接下来是脉冲过渡、熔滴过渡，最终是短途经渡。
优点：第一，每小时金属熔敷量，这极大地降低了劳动力成本。
第二，洁净工艺，这关键归功于没有使用焊剂。
第三，可见性。因为没有焊渣，焊工能够很轻易地观察电弧和熔池情况，从而改善控制。
缺点：第一，母材过脏，会产生气孔。
第一，GMAW还对气流和风尤其敏感，它们会将保护气体吹开，留下未保护金属。
第二，设备要求比手工电弧焊设备复杂。
药芯焊丝电弧焊(FCAW)

EXXT-X：第一位数字表示焊缝熔敷金属抗拉强度，单位是10000磅/英寸2，如“7”表示焊缝熔敷金属抗拉强度最少为70,000psi.第二个数字是“0”或“1”。“0”表示这种焊丝只适适用于平焊或角焊缝横焊，而“1”说明该焊丝可用于全部位置。
接下来一位是字母“T”，它表示管状焊丝。然后是一横线和一个数字，数字表示按焊缝熔敷金属化学成份进行特定分类，电流类型，极性，是否需要保护气体，和其它用于分类特定信息。后缀G和GS分别表示多道焊和单道焊。

优点：第一，它能提供很高生产效率，即单位时间内所熔敷焊缝金属量
第二，。该工艺还被分类为大熔深弧焊，这有利于降低熔合性缺点可能性
第三，因为该方法关键用于半自动工艺，其操作技能要求远低于手工方法要求
第四，FCAW适合工地焊接，在现场，风使得保护气体流失
缺点：第一，焊接过程中会产生大量烟
第二，在层间清理不妥或操作技术不妥时，会有焊渣残留在焊缝金属中可能性。
第三，焊接速度要足够快，以保持电弧在熔池前缘
钨极氩弧焊（GTAW）

“E”开头表示电极。接下来字母“W”是钨化学符号。然后是字符数字，它们表示合金类型。
优点：第一，能焊几乎全部材料。
第二，它特有清洁和操作可控特征，使 它成为苛刻条件下应用首选
第三，焊缝含有很高质量和优异外观 质量
缺点：第一，GTAW是全部可选择焊接方法中最慢
第二，在它产生洁净焊缝熔敷时，它却对污染许可程度很低
夹钨产生原因
第三, 夹钨
1.钨极端部和熔化金属接触；
2.填充材料和热电极端部接触；
3.电极端部被飞溅污染；
4.电流过大超出了电极规格和型号限制；
5.电极伸出夹头过大，超出了正常距离，造成电极过热；
6.电极夹头夹紧不妥；
7.保护气体流量不妥或过大风造成电极端部氧化；
8.电极有缺点，如开裂、裂纹；
9.使用了错误保护气体；和
10.电极端部打磨不妥。

埋弧焊(SAW)
定义：SAW用实芯焊丝连续送进，焊丝产生电弧完全被颗粒状焊剂层所覆盖；所以被命名成“埋弧”焊。

FXXX-EXXX： 依据所给定焊接条件，在所表示焊剂焊丝匹配下，焊缝金属最小拉伸强度，以10,000psi递增。
表示试验时热处理状态：A为焊态，P为焊后热处理态。焊后热处理时间及温度按要求。
表示焊缝金属冲击强度能够达成或超出20ft-lb(27J)最低温度。
E指是实芯焊丝；EC指是复合焊丝
L(低)，M（中）或H（高）锰含量，或C（复合焊丝）

优点：第一，高熔敷效率。
第二，比其它部分焊接方法产生更少烟
缺点：第一，只能在焊剂能够被支撑在焊接接头位置进行焊接
第二，是它可能需要很多工具工装和变位设备
第三，假如电弧方向不妥，则会产生未熔合
等离子焊(PAW)

优点：第一，它能提供很集中热源。
缺点：第一，PAW被局限在焊接1英寸及以下厚度材料
第二，PAW操作人员技能要求更高。
电渣焊（ESW）
ESW一个有趣特征是ESW不属于弧焊工艺。ESW用于很厚材料焊接。
优点；第一，ESW关键优势在于它高熔敷效率。
第二，另一个好处是对接头不需要作尤其处理。
缺点：ESW关键局限是花大量时间来进行设置和准备工作。假如焊剂潮湿或一个水冷滑块缺水，会产生大量气孔。因为电渣焊工艺过程和铸造工艺在很多方面类似，所以焊缝金属收缩会引发中心裂纹。另外，因为产生大量热量，会引发焊缝金属晶粒粗大。粗大晶粒会造成焊缝机械性能下降。
氧乙炔焊（OWA）
这种工艺能够认为是一个化学焊接方法。
用于OAW填充材料标识系统很简单。如两个例子RG-45和RG-60。“R”代表焊丝，“G”代表气体，45和60代表熔敷金属最低抗拉强度，单位千磅每平方英寸(psi) 。这么，45代表焊缝金属抗拉强度最少为45,000psi。
优点：第一，十分廉价并能够做成便携式。
缺点：第一，火焰不能提供如电弧那样集中热源。
第二，OAW需要很高操作技能以取得良好结果。
螺柱焊（SW）
SW被认为是一个弧焊工艺，因为焊接热量是由螺柱和基材之间电弧产生。
优点：第一，焊接过程是由连接在枪上控制器控制，所以，当控制部分设置完成后，对操作人员技能要求很低。
第二，SW是极其经济和有效方法将多种附件焊接到表面上。
缺点：电气或机械故障会造成不良焊接质量。另外，螺柱形状要受焊枪夹具配置限制。
SW可能出现两种缺点。它们是360°方位上飞边不全和结合面上未熔合。它们全部是因为设备设置不妥或是接触不充足造成。母材上有水或大量锈或铁屑，一样会影响焊接质量。
激光束焊（LBW）
激光束焊关键优点包含：
l 总热输入量低，所以热影响区晶粒不易长大且工件变形小。
l 采取小孔焊接技术焊接时能够得到大熔深-宽度比(on the order of 10:1)。
l 单道激光焊可用于厚达1-1/4英寸(32mm)材料焊接。
l 激光束能够聚焦很小区域，能够焊接薄、小和空间很小部件。
l 能够焊接多种多样材料，包含物理特征不一样异种材料。
l 激光束能轻易地使用光学器件进行聚焦，排列及改变方向。所以，激光器能够放置在离开工件地方，而且，激光束能够改变方向以绕过工装和障碍物达成工件。
l 激光束不会象电弧和电子束焊那样受磁场影响。
l 不需要象电子束焊那样真空和X射线保护。激光束能够使用光学变换装置传送到一个以上工位。
激光束焊有以下部分局限：
l 接头必需正确地定位在激光束下。
l 要求使用I形坡口对接接头。
l 工件通常必需用力夹紧。
l 高反射性和高热传导性材料，如铝和铜及合金，会影响它们可焊性。
l 快速冷却速度会在热影响区中产生裂纹、材料变脆，并在焊缝中留下气孔。
l 高能量激光常会在焊接接头上方产生羽毛状气化物，这会影响激光抵达接头能力。所以需要一个等离子装置，经过惰性气体来吹开这些羽毛状气化。
l 设备昂贵，通常在100,000美元。
电子束焊（EBW）
EBW是一个熔化连接工艺，它经过带有高能量电子束撞击要焊接接头来连接材料。
下面是电子束焊优点：
l 总热输入量低，所以热影响区晶粒不易长大且工件变形小。
l 采取小孔焊接技术焊接时能够得到大熔深-宽度比(大于 10:1)。
l 单道电子束焊可用于厚达4英寸(102mm)材料焊接。
l 高度纯净焊接环境(真空)使金属被氧和氮污染情况减到最小。
l 因为有高度集中热源所得到快速熔化速率，使高速焊接成为可能。
l 能够采取高真空或中真空方法焊接方法焊接需要内部保持真空密闭容器。
l 电子束能使用磁偏转来产生多种形状或利用磁振荡来改善焊接质量或提升熔深。
l 聚焦电子束有相当景深，能够适适用于一定范围内距离不等焊接。
l 能够得到全焊透、两侧近似平行单道焊缝及近似对称收缩。
l 能够焊接异种金属和含有高热导性材料，如铜。

电子束焊有以下部分局限：
l 接头必需正确地定位在电子束下。
l 要求使用I形坡口对接接头。
l 工件通常必需用力夹紧。
l 快速冷却速度会在热影响区中产生裂纹、材料变脆，并在焊缝中留下气孔。
l 设备昂贵，通常在1,000,000美元。
l 真空和中真空焊接，真空室要足够大方便容纳整个组件。将真空室抽真空所需要时间会影响产品成本。
l 因为电子束能够由磁场进行偏转，所以在电子束通径上工装夹具要使用非磁性材料或正确消磁金属材料。
l 全部EBW全部必需有射线防护方法以确保没有任何人员暴露在电子束焊所产生X-射线之下。
l 对于非真空EBW，要求有合适通风条件，以确保将EBW焊接时产生臭氧和其它有害气体排开。
电阻焊（RW）
它通常见于薄板焊接，厚度可达1/8英寸(3mm)。不需要填充材料或焊剂。
关键有三种关键电阻焊工艺：电阻点焊(RSW)、电阻缝焊(RSEW)和凸焊。
钎焊
优点：第一，能够用于连接不一样金属。
第二，并不昂贵设备。
缺点：被焊部件在焊前要很洁净。

切割工艺
氧-可然气体切割（OFC）
这温度是大约1700°F（925°C）。所以能够认为OFC是一个化学切割工艺。
为了使氧燃料切割有效地完成，材料必需符合下列条件：（1）它必需有能在氧气中燃烧能力（可燃性），
（2）它燃点要比熔点低，
（3）它热导性应该相正确低，
（4）所产生金属氧化物必需在低于该金属熔点某个温度下熔化，
（5）所形成渣必需低粘度。所以，为了用这种工艺切割铸铁或不锈钢，要求必需特殊技术和附加设备。这些技术包含火炬摆动，废板利用，送丝，铁粉切割和熔剂切割。

优点： OFC优点包含它相对廉价及便携式设备，使得它能够在车间和现场使用。
缺点：第一，切割完成后需要深入清理或打磨才能够焊接。
第二，因为它要求高温，会产生高硬度热影响区。
第三，所产生火焰和热渣会造成在切割操作周围人员安全危害。
空气碳弧切割（CAC－A）
优点：它是去除金属相对有效方法。它有能力切割任何金属。
缺点：第一，这种工艺关键缺点是相关安全。因为它固有噪杂和肮脏加工过程。
第二，另一缺点就是所切好金属在深入焊接前需要清理。

等离子弧切割（PAC）
优点：优点包含能切割OFC切割不了金属，高质量切割和增加了碳钢切割速度。
缺点： 第一，总切口太大而且切割边缘可能不平整。
第二，是和氧燃料切割相比，其设备成本较高。
关键术语和定义
AC－交流电流；在美国，极性改变是每秒60次。
合金－含有金属特征物质，并由二个或更多元素组成，其中最少有一个是金属元素。
字母数字－利用于命名中数字和字母组合。
安培－测量电流强度标准单位。
电弧偏吹－因为电磁力作用，焊接电弧偏移其正常路径。
电弧长度－从电极尖端到熔池表面距离。
钎焊（硬钎焊）－使用填充金属连接材料而母材不熔化，熔点大于840°F（450°C）。见软钎焊。
毛细作用－在钎焊中，使和固体所接触液体在要钎焊接头紧密接触表面之间分布力。
碳钢－铁和小量碳混合物。
渗碳－在焊接中，用于描述多出碳渗透热金属表面术语。在空气碳弧切割，CAC－A中可能出现。
结合－二个或多个材料连接在一起
规范－由一城市，市政当局，州或国家所采取文件，含有法律效应。
DC－直流；恒定电极
DCEN－直流电流，电极接负极。称为直流正接。
DCEP－直流电流，电极接正极。称为直流反接。
不连续－在材料结构中任何中止；并不一定是缺点。
后拖量－在OFC和PAC中，在切割进入点和退出点之间沿着切割边缘测量偏移量。
电极－在电弧，熔化导电焊渣或母材上终止电路上一元件。
接合面－一个部件和另一部件连接时接触或很靠近配合表面。
铁基－描述金属关键由铁为基础而组成，如钢术语。
填充金属－加入焊接，钎接金属或合金。
焊剂－用于阻止氧化物或其它不期望物在熔化金属和固体金属表面材料，并能熔化或帮助去除这些物质。
夹渣－陷入杂质材料，如焊渣，焊剂，钨或氧化物。
未熔合－在焊接金属熔合面或连接焊道之间没有熔合出现一焊接不连续。
接头未焊透－在坡口焊缝中跟部焊缝金属没有贯穿整个接头厚度。
惰性气体－不能和其它材料化学地相结合气体。氩和氦是在焊接中最常见到。
切口宽度－在切割工艺中产生切口宽度。
小孔效应焊接－在工件上穿透工件孔。当进行焊接时，熔化了金属在小孔后流动形成焊缝。
ksi－每平方英寸一千磅命名。70,000psi就等于70ksi。
低合金钢－是一个铁和碳合金，加入其它元素以提升强度。
非铁基－除铁基合金外合金。铜，镍和铝合金全部是非铁基。
阻尼孔－在焊接中，用于控制或压缩材料流动小孔。
等离子－在焊接中，离子化气体流
气孔－因为在固化中由残留气体而形成空穴状不连续。
位置－在焊接中，焊池，接头，连接件和焊接加热源之间相互关系。比如，平面，水平，垂直和上面。
前缀－一字母或数字加在一项目标开始以改变它意义。
方向－在焊接中，该术语用于垂直焊接方向，上坡焊和下坡焊。
psi－每平方英寸磅
活泼气体－能够和其它材料化学地相结合气体。
沸腾钢－含碳量极低，带有框或表面有浅深钢钢。通常在炼钢时出现。
保护－预防污染。
渣－在一些焊接和钎焊工艺中，焊剂和非金属杂质熔化产生非金属物。
软钎焊－用金属熔点低于840°F（450°C）填充金属，而不熔化母材连接材料方法。
固溶体－对金属言，就是一个固体熔于另一固体中。
飞溅－在熔化焊中，没有形成焊缝那部分飞出金属颗粒。
后缀－一字母或数字跟在一项目后面通常改变它意义。
拉伸强度－通常是以每平方英寸多少磅来计；用横截面积除以最大载荷来计算。国际标准单位是兆帕。
咬边－熔入靠近焊趾或焊根部母材并被留下而未填满沟槽，。
电压－电动力，或电势差，以伏特表示。
废板－碳钢板放在奥氏体不锈钢板上以许可用OFC方法切割。CAC－A或PAC对于切割不锈钢更有效。
焊缝－加热材料至焊接温度，有或没有压力，或单独用压力，有或没有填充材料，形成金属或非金属间局部结合。