常用焊接工艺.doc

现在常见焊接工艺有:
→电弧焊（氩弧焊、 手弧焊、 埋弧焊、 钨极气体保护电弧焊、 等离子弧焊、 气体保护焊）
→电阻焊
→高能束焊（电子束焊、 激光焊）
→钎焊
→以电阻热为能源: 电渣焊、 高频焊 ;
→以化学能为焊接能源: 气焊、 气压焊、 爆炸焊;
→以机械能为焊接能源: 摩擦焊、 冷压焊、 超声波焊、 扩散焊

焊接工艺 精度 变形 热影响 焊缝质量 焊料 使用条件
激光焊 精密 小 很小 好 无
钎焊 精糙 通常 通常 通常 需要 整体加热
电阻焊 精糙 大 大 通常 无 需要电极
氩弧焊 通常 大 大 通常 需要 需要电极
等离子焊 很好 通常 通常 通常 需要 需要电极
电子束焊 精密 小 小 好 无 需要真空

1．电弧焊
电弧焊是现在应用最广泛焊接方法。它包含有: 手弧焊、 埋弧焊、 钨极气体保护电弧焊、 等离子弧焊、 熔化极 气体保护焊等。 绝大部分电弧焊是以电极与工件之间燃烧电弧作热源。在形成接头时, 能够采取也能够不采取填充金属。所用 电极是在焊接过程中熔化焊丝时, 叫作熔化极电弧焊, 诸如手弧焊、 埋弧焊、 气体保护电弧焊、 管状焊丝电 弧焊等; 所用电极是在焊接过程中不熔化碳棒或钨棒时, 叫作不熔化极电弧焊, 诸如钨极氩弧焊、 等离子弧 焊等。
（1）手弧焊
手弧焊是多种电弧焊方法中发展最早、 现在仍然应用最广一个焊接方法。它是以外部涂有涂料焊条作电极和 填充金属, 电弧是在焊条端部和被焊工件表面之间燃烧。涂料在电弧热作用下首先能够产生气体以保护电弧 , 其次能够产生熔渣覆盖在熔池表面, 预防熔化金属与周围气体相互作用。熔渣更关键作用是与熔化金 属产生物理化学反应或添加合金元素, 改善焊缝金属性能。 手弧焊设备简单、 轻便, 操作灵活。能够应用于维修及装配中短缝焊接, 尤其是能够用于难以达成部位 焊接。手弧焊配用对应焊条可适适用于大多数工业用碳钢、 不锈钢、 铸铁、 铜、 铝、 镍及其合金。
（2）埋弧焊
埋弧焊是以连续送时焊丝作为电极和填充金属。焊接时, 在焊接区上面覆盖一层颗粒状焊剂, 电弧在焊剂层 下燃烧, 将焊丝端部和局部母材熔化, 形成焊缝。 在电弧热作用下, 上部分焊剂熔化熔渣并与液态金属发生冶金反应。熔渣浮在金属熔池表面, 首先能够保 护焊缝金属, 预防空气污染, 并与熔化金属产生物理化学反应, 改善焊缝金属万分及性能; 其次还能够 使焊缝金属缓慢泠却。 埋弧焊能够采取较大焊接电流。与手弧焊相比, 其最大优点是焊缝质量好, 焊接速度高。所以, 它尤其适于 焊接大型工件直缝环缝。而且多数采取机械化焊接。 埋弧焊已广泛用于碳钢、 低合金结构钢和不锈钢焊接。因为熔渣可降低接头冷却速度, 故一些高强度结构钢、 高碳钢等也可采取埋弧焊焊接。
（3）钨极气体保护电弧焊
这是一个不熔化极气体保护电弧焊, 是利用钨极和工件之间电弧使金属熔化而形成焊缝。焊接过程中钨极不 熔化, 只起电极作用。同时由焊炬喷嘴送进氩气或氦气作保护。还可依据需要另外添加金属。在国际上通称 为TIG焊。 钨极气体保护电弧焊因为能很好地控制热输入, 所以它是连接薄板金属和打底焊一个极好方法。这种方法几乎 能够用于全部金属连接, 尤其适适用于焊接铝、 镁这些能形成难熔氧化物金属以及象钛和锆这些活泼金属。这 种焊接方法焊缝质量高, 但与其它电弧焊相比, 其焊接速度较慢。
（4）等离子弧焊
等离子弧焊也是一个不熔化极电弧焊。它是利用电极和工件之间地压缩电弧（叫转发转移电弧）实现焊接。所 用电极通常是钨极。产生等离子弧等离子气可用氩气、 氮气、 氦气或其中二者之混合气。同时还经过喷嘴用 惰性气体保护。焊接时能够外加填充金属, 也能够不加填充金属。 等离子弧焊焊接时, 因为其电弧挺直、 能量密度大、 所以电弧穿透能力强。等离子弧焊焊接时产生小孔效应, 对于一定厚度范围内大多数金属能够进行不开坡口对接, 并能确保熔透和焊缝均匀一致。所以, 等离子弧焊 生产率高、 焊缝质量好。但等离子弧焊设备（包含喷嘴）比较复杂, 对焊接工艺参数控制要求较高。 钨极气体保护电弧焊可焊接绝大多数金属, 均可采取等离子弧焊接。与之相比, 对于1mm以下极薄金属焊 接, 用等离子弧焊可较易进行。
（5）熔化极气体保护电弧焊
这种焊接方法是利用连续送进焊丝与工件之间燃烧电弧作热源, 由焊炬喷嘴喷出气体保护电弧来进行焊接 。 熔化极气体保护电弧焊通常见保护气体有: 氩气、 氦气、 CO2气或这些气体混合气。以氩气或氦气为保护气时 称为熔化极惰性气体保护电弧焊（在国际上简称为MIG焊）; 以惰性气体与氧化性气体(O2,CO2)混合气为保护气体 时, 或以CO2气体或CO2＋O2混合气为保护气时, 或以CO2气体或CO2＋O2混合气为保护气时, 统称为熔化极活性气 体保护电弧焊（在国际上简称为MAG焊）。 熔化极气体保护电弧焊关键优点是能够方便地进行多种位置焊接, 同时也含有焊接速度较快、 熔敷率高等优 点。熔化极活性气体保护电弧焊可适适用于大部分关键金属, 包含碳钢、 合金钢。熔化极惰性气体保护焊适适用于不 锈钢、 铝、 镁、 铜、 钛、 锆及镍合金。利用这种焊接方法还能够进行电弧点焊。
（6）管状焊丝电弧焊
管状焊丝电弧焊也是利用连续送进焊丝与工件之间燃烧电弧为热源来进行焊接, 能够认为是熔化极气体保 护焊一个类型。所使用焊丝是管状焊丝, 管内装有多种组分焊剂。焊接时, 外加保护气体, 关键是CO。焊 剂受热分解或熔化, 起着造渣保护溶池、 渗合金及稳弧等作用。 管状焊丝电弧焊除含有上述熔化极气体保护电弧焊优点外, 因为管内焊剂作用, 使之在冶金上更具优点。管 状焊丝电弧焊能够应用于大多数黑色金属多种接头焊接。管状焊丝电弧焊在部分工业优异国家已得到广泛应用 。
2.电阻焊
这是以电阻热为能源一类焊接方法, 包含以熔渣电阻热为能源电渣焊和以固体电阻热为能源电阻焊。电阻焊包含: 电阻点焊, 涂焊, 缝焊, 高频焊, 闪光对焊。因为 电渣焊更含有独特特点, 故放在后面介绍。这里关键介绍多个固体电阻热为能源电阻焊, 关键有点焊、 缝焊 、 凸焊及对焊等。 电阻焊通常是使工件处于一定电极压力作用下并利用电流经过工件时所产生电阻热将两工件之间接触表面熔 化而实现连接焊接方法。通常使用较大电流。为了预防在接触面上发生电弧而且为了锻压焊缝金属, 焊接过 程中一直要施加压力。 进行这一类电阻焊时, 被焊工件表面善对于取得稳定焊接质量是头等关键。所以, 焊前必需将电极与工件 以及工件与工件间接触表面进行清理。 点焊、 缝焊和凸焊牾在于焊接电流（单相）大（几千至几万安培）, 通电时间短（几周波至几秒）, 设备昂贵 、 复杂, 生产率高, 所以适于大批量生产。关键用于焊接厚度小于3mm薄板组件。各类钢材、 铝、 镁等有色金属 及其合金、 不锈钢等均可焊接。
3．高能束焊
这一类焊接方法包含: 电子束焊和激光焊。
（1）电子束焊
电子束焊是以集中高速电子束轰击工件表面时所产生热能进行焊接方法。 电子束焊接时, 由电子枪产生电子束并加速。常见电子束焊有: 高真空电子束焊、 低真空电子束焊和非真空电 子束焊。前两种方法都是在真空室内进行。焊接准备时间 （关键是抽真空时间）较长, 工件尺寸受真空室大小限 制。 电子束焊与电弧焊相比, 关键特点是焊缝熔深大、 熔宽小、 焊缝金属纯度高。它既能够用在很薄材料精密焊 接, 又能够用在很厚（最厚达300mm）构件焊接。全部用其它焊接方法能进行熔化焊金属及合金都能够用电子 束焊接。关键用于要求高质量产品焊接。还能处理异种金属、 易氧化金属及难熔金属焊接。但不适于大批 量产品。
（2）激光焊
激光焊是利用大功率相干单色光子流聚焦而成激光束为热源进行焊接。这种焊接方法通常有连续功率激光焊 和脉冲功率激光焊。 激光焊优点是不需要在真空中进行, 缺点则是穿透力不如电子束焊强。激光焊时能进行正确能量控制, 所以可 以实现精密微型器件焊接。它能应用于很多金属, 尤其是能处理部分难焊金属及异种金属焊接。
4．钎焊
钎焊能源能够是化学反应热, 也能够是间接热能。它是利用熔点比被焊材料熔点低金属作钎料, 经过加热 使钎料熔化, 靠毛细管作用将钎料及入到接头接触面间隙内, 润湿被焊金属表面, 使液相与固相之间互扩散而 形成钎焊接头。所以, 钎焊是一个固相兼液相焊接方法。 钎焊加热温度较低, 母材不熔化, 而且也不需施加压力。但焊前必需采取一定方法清除被焊工件表面油污、 灰尘、 氧化膜等。这是使工件润湿性好、 确保接头质量关键确保。 钎料液相线湿度高于450℃而低于母材金属熔点时, 称为硬钎焊; 低于450℃时, 称为软钎焊。 依据热源或加热方法不一样钎焊可分为: 火焰钎焊、 感应 钎焊、 炉中钎焊、 浸沾钎焊、 电阻钎焊等。 钎焊时因为加热温度比较低, 故对工件材料性能影响较小, 焊件应力变形也较小。但钎焊接头强度通常比 较低, 耐热能力较差。 钎焊能够用于焊接碳钢、 不锈钢、 高温合金、 铝、 铜等金属材料, 还能够连接异种金属、 金属与非金属。适于焊 接收载不大或常温下工作接头, 对于精密、 微型以及复杂多钎缝焊件尤其适用。
5．其它焊接方法
这些焊接方法属于不一样程度专门化焊接方法, 其适用范围较窄。关键包含以电阻热为能源电渣焊、 高频焊 ; 以化学能为焊接能源气焊、 气压焊、 爆炸焊; 以机械能为焊接能源摩擦焊、 冷压焊、 超声波焊、 扩散焊。
（1）电渣焊
如前面所述, 电渣焊是以熔渣电阻热为能源焊接方法。焊接过程是在立焊位置、 在由两工件端面与两侧水冷 铜滑块形成装配间隙内进行。焊接时利用电流经过熔渣产生电阻热将工件端部熔化。 依据焊接时所用电极形状, 电渣焊分为丝极电渣焊、 板极电渣焊和熔嘴电渣焊。 电渣焊优点是: 可焊工件厚度大（从30mm到大于1000mm）, 生产率高。关键用于在断面对接接头及丁字接头 焊接。 电渣焊可用于多种钢结构焊接, 也可用于铸件组焊。电渣焊接头因为加热及冷却均较慢, 热影响区宽、 显微 组织粗大、 韧性、 所以焊接以后通常须进行正火处理。
（2）高频焊
同频焊是以固体电阻热为能源。焊接时利用高频电流在工件内产生电阻热使工件焊接区表层加热到熔化或靠近 塑性状态, 随即施加（或不施加）顶锻力而实现金属结合。所以它是一个固相电阻焊方法。 高频焊依据高频电流在工件中产生热方法可分为接触高频焊和感应高频焊。接触高频焊时, 高频电流经过与工 件机械接触而传入工件。感应高频焊时, 高频电流经过工件外部感应圈耦合作用而在工件内产生感应电流。 高频焊是专业化较强焊接方法, 要依据产品配置专用设备。生产率高, 焊接速度可达30m/min。关键用于制造管 子时纵缝或螺旋缝焊接。
（3）气焊
气焊是用气体火焰为热源一个焊接方法。应用最多是以乙炔气作燃料氧－乙炔火焰。因为设备简单使操作 方便, 但气焊加热速度及生产率较低, 热影响区较大, 且轻易引发较大变形。 气焊可用于很多黑色金属、 有色金属及合金焊接。通常适适用于维修及单件薄板焊接。
（4）气压焊
气压焊和气焊一样, 气压焊也是以气体火焰为热源。焊接时将两对接工件端部加热到一定温度, 后再施加足 够压力以取得牢靠接头。是一个固相焊接。 气压焊时不加填充金属, 常见于铁轨焊接和钢筋焊接。
（5）爆炸焊
爆炸焊也是以化学反应热为能源另一个固相焊接方法。但它是利用炸药爆炸所产生能量来实现金属连接。 在爆炸波作用下, 两件金属在不到一秒时间内即可被加速撞击形成金属结合。 在多种焊接方法中, 爆炸焊能够焊接异种金属组合范围最广。能够用爆炸焊将冶金上不相容两种金属焊 成为多种过渡接头。爆炸焊多用于表面积相当大平板包覆, 是制造复合板高效方法。
（6）摩擦焊
摩擦焊是以机械能为能源固相焊接。它是利用两表面间机械摩擦所产生热来实现金属连接。 摩擦焊热量集中在接合面处, 所以热影响区窄。两表面间须施加压力, 多数情况是在加热终止时增大压力, 使 热态金属受顶锻而结合, 通常结合面并不熔化。 摩擦焊生产率较高, 原理上几乎全部能进行热锻金属都能摩擦焊接。摩擦焊还能够用于异种金属焊接。要适 用于横断面为圆形最大直径为100mm工件。
（7）超声波焊
超声波焊也是一个以机械能为能源固相焊接方法。进行超声波焊时, 焊接工件在较低静压力下, 由声极发出 高频振动能使接合面产生强裂摩擦并加热到焊接温度而形成结合。 超声波焊能够用于大多数金属材料之间焊接, 能实现金属、 异种金属及金属与非金属间焊接。可适适用于金属 丝、 箔或2～3mm以下薄板金属接头反复生产。 （8）扩散焊 扩散焊通常是以间接热能为能源固相焊接方法。通常是在真空或保护气氛下进行。焊接时使两被焊工件表面 在高温和较大压力下接触并保温一定时间, 以达成原子间距离, 经过原子朴素相互扩散而结合。焊前不仅需要清 洗工件表面氧化物等杂质, 而且表面粗糙度要低于一定值才能确保焊接质量。 扩散焊对被焊材料性能几乎不产生有害作用。它能够焊接很多同种和异种金属以及部分非金属材料, 如陶瓷等 。 扩散焊能够焊接复杂结构及厚度相差很大工件。

激光焊接工艺参数。
1、 功率密度。 功率密度是激光加工中最关键参数之一。采取较高功率密度, 在微秒时间范围内, 表层即可加热至沸点, 产生大量汽化。所以, 高功率密度对于材料去除加工, 如打孔、 切割、 雕刻有利。对于较低功率密度, 表层温度达成沸点需要经历数毫秒, 在表层汽化前, 底层达成熔点, 易形成良好熔融焊接。所以, 在传导型激光焊接中, 功率密度在范围在104~106W/CM2。
2、 激光脉冲波形。 激光脉冲波形在激光焊接中是一个关键问题, 尤其对于薄片焊接更为关键。当高强度激光束射至材料表面, 金属表面将会有60~98%激光能量反射而损失掉, 且反射率随表面温度改变。在一个激光脉冲作用期间内, 金属反射率改变很大。
3、 激光脉冲宽度。 脉宽是脉冲激光焊接关键参数之一, 它既是区分于材料去除和材料熔化关键参数, 也是决定加工设备造价及体积关键参数。
4、 离焦量对焊接质量影响。 激光焊接通常需要一定离做文章一, 因为激光焦点处光斑中心功率密度过高, 轻易蒸发成孔。离开激光焦点各平面上, 功率密度分布相对均匀。
离焦方法有两种: 正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦, 反之为负离焦。按几何光学理论, 当正负离焦平面与焊接平面距离相等时, 所对应平面上功率密度近似相同, 但实际上所取得熔池形状不一样。负离焦时, 可取得更大熔深, 这与熔池形成过程相关。试验表明, 激光加热50~200us材料开始熔化, 形成液相金属并出现问分汽化, 形成市压蒸汽, 并以极高速度喷射, 发出刺眼白光。与此同时, 高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘, 在熔池中心形成凹陷。当负离焦时, 材料内部功率密度比表面还高, 易形成更强熔化、 汽化, 使光能向材料更深处传输。所以在实际应用中, 当要求熔深较大时, 采取负离焦; 焊接薄材料时, 宜用正离焦。

1、 ERW是electric  resistance welding （电阻焊）缩写
电阻焊（又称压力焊）是一个常见焊接方法, 它是利用电流直接流过工件本身及工件间接触面所产生电阻热, 使工件局部加热到高塑性或熔化状态, 同时加压而完成焊接过程。电阻焊关键特点是:
（1）低电压, 大电流（几千 ~ 几万安培）, 完成一个焊接接头时间极短（0.01 ~几秒）, 所以生产率很高。
（2）焊接时加热加压同时进行, 接头在压力下焊合。
（3）焊接时不需要填充金属及焊药。
电阻焊焊接方法很多, 按接头形状不一样, 可分为点焊、 缝焊（滚焊）、 对焊。
2、 埋弧焊原理及特点
埋弧焊也是利用电弧作为热源焊接方法。埋弧焊时电弧是在一层颗粒状可熔化焊剂覆盖下燃烧, 电弧光不外露。埋弧焊由此得名。所用金属电极是不间断送进裸焊丝。
埋弧焊适用范围:
因为埋弧焊熔深大、 生产率高、 机械操作程度高, 所以适于焊接中厚板结构长焊缝。在造船、 锅炉与压力容器、 桥梁、 超重机械、 核电站结构、 海洋结构、 武器等制造部门有着广泛应用, 是当今焊接生产中最普遍使用焊接方法之一。 埋弧焊除了用于金属结构中构件连接外, 还可在基体金属表面堆焊耐磨或耐腐蚀合金层。 伴随焊接冶金技术与焊接材料生产技术发展, 埋弧焊能焊材料已从碳素结构钢发展到低合金结构钢、 不锈钢、 耐热钢等以及一些有色金属, 如镍基合金、 钛合金、 铜合金等。

钢管按成型工艺分为螺旋焊管、 直缝焊接钢管, 按焊接工艺分有高频电阻焊和埋弧焊。螺旋焊接管均都采取埋弧焊接工艺、 直缝焊接管有埋弧焊直缝管简称UOE, 直缝高频电阻焊简称ERW。
　　高频电阻焊钢管(ERW钢管)因它焊接过程与埋弧焊相比, ERW工艺在焊接过程中不添加任何焊接材料, 焊缝成型没有经过热熔化状态, 只是焊缝金属经过再结晶过程, 故形成焊缝与母材化学成份完全一致, 钢管焊接后经过退火处理, 制造成型冷加工内应力, 焊接内应力均得到改善, 所以ERW钢管综合机械性能很好。但现在以上海埃力生、 广东番禺珠江钢管厂为代表厂商只生产φ355mm以下管材, 大口径燃气管线无法选择。
　　直缝埋弧焊(UOE钢管)因它采取焊后冷扩径工艺涨管, 故UOE钢管几何尺寸比较正确, 采取UOE钢管对接时对口质量好从而确保了焊接质量, 经过扩管工艺一定程度消除了部分内应力。另外UOE钢管焊接时采取多丝焊接(三丝、 四丝), 这么焊接工艺焊接时产生线能量小, 对母材热影响区影响程度也小。多丝焊接后道焊丝对前道焊丝可起到消除焊接时产生应力作用, 从而对钢管机械性能有所改善。直缝埋弧焊管与螺旋焊管相比其焊缝长度短, 这么焊接产生缺点及影响相对较小。在高压管道中直缝管母材能做到逐**板100％超声波探伤, 满足高压管道对母材要求。然而尽管UOE钢管综合性能优于其它钢管, 但它高昂价格, 使资金担心用户望而却步。
　　螺旋钢管焊缝呈螺旋状分布, 通常而言钢管焊缝区域包含焊缝热影响区是钢管机械性能较差部位, 而压力管道最大内应力沿轴向分布, 螺旋焊接管则将较微弱部位避开了内应力最大方向, 从而改善了钢管性能。另外螺旋钢管焊缝成型及焊缝加强高度等原因, 在做外防腐时增加了难度, 在焊缝两则可能会形成空隙, 现在有些厂家采取侧向缠绕涂敷三层PE或二层PE工艺, 可处理螺旋钢管防腐。