工程基础焊接篇.doc

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焊 接
【焊接在机械制造中是一种十分重要的加工工艺。据工业发达国家统计，每年用于制造焊接结构的钢材占钢总产量的70％左右。
焊接不仅能解决各种钢材的连接，而且还能解决有色金属和钛、锆等特种金属材料的连接。焊接既能连接异种金属，又能连接厚薄相差悬殊的金属。因而己广泛地应用于机械、汽车、船舶、石油化工、电力、建筑、原子能、海洋工程、宇航工程、电子技术等工业部门。】

一、焊接过程的物理本质
焊接是两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程。
促使原子或分子之间产生结合和扩散的方法是加热或加压，或同时加热又加压。
【两材料原子之间不能产生结合和扩散的主要原因是材料的连接表面有氧化膜、水和油等吸附层以及两材料原子之间尚未达到产生结合力的距离，对金属而言该距离约3～5A(1A＝10-7mm)。焊接时，加热、加压可以破坏连接表面的氧化膜，产生塑性变形以增加接触面，使原子间达到产生结合力和扩散的条件。】

二、焊接的分类：熔焊、压焊和钎焊
（一）、熔焊 在连接部位需加热至熔化状态，一般不加压。
熔焊属液相焊接，除了被连接的(同质或异质)母材外，还可以填加同质或异质的填充材料共同构成统一的液相物质，冷凝后形成起连结母材作用的焊缝。常用的填充材料是焊条或焊丝。
熔焊又分为
1、 气焊：利用氧气和可燃气体混合燃烧的火焰熔化母材和焊丝进行焊接。
气体混合方式有氧－氢、氧－乙炔、空气－乙炔等。
【气焊是利用焊焰喷出的氧、乙炔 (或液化石油气)火焰燃烧产生的高温，将两焊接件的接缝处熔化形成熔池、然后不断地向熔池填充焊丝，使接缝处熔合—体，冷却后形成焊缝。其特点是火焰温度可以调节，热量不够集中，热影响区较广，生产效率低。】
气焊可应用于低碳钢、不锈钢薄板的焊接和有色金属的焊接。
【现代工程材料切割的方法很多，大致可归纳为冷切割和热切割两大类。冷切割是在常温下利用机械能使材料分离，最常见的是剪切、锯切(如条锯、圆片锯、砂片锯等)、铣切等，也包括近年发展的水射流切割；热切割是利用热能使材料分离，最常见的是气体火焰切割，等离子弧切割和激光切割等，由于切割时都伴随有热过程，故统称为热切割。
现代焊接生产中钢材的切割主要采用热切割，热切割几乎可以切割所有工程材料。】
氧燃气火焰气割：气割是利用气体火焰的热能将工件切割处预热到一定温度后，喷出高速切割氧流，使金属燃烧并放出热量而实现热切割的方法。
【普通低碳钢之所以好切割并且切割质量好，这是因为燃烧生成的氧化物熔点低于钢本身，同时燃烧热能将其加热到熔融状态，然后被气流吹扫干净。氧燃气火焰切割不锈钢（不锈钢是铬含量大于12％的合金钢的总称，它在空气作用下能保持金属光泽，也就是具有不生锈的特性）时，主要困难是切口表面形成高熔点的氧化铬，它阻止金属的燃烧生成Fe2O3和Fe3O4，造成不能连续切割的困难。为了顺利地切割不锈钢，除了具有足够纯的、有一定压力的氧气和良好的切割风线(即要有足够长而有力的圆柱状的切割氧气流)外，还要采取一些特殊的工艺措施。】
2、 电弧焊：主要利用电弧产生的热能来熔化焊接材料和母材，达到连接金属的目的。
【电弧产生原理：电弧是各种弧焊方法的热源，是在两电极之间的气体介质产生强烈而持久的放电现象。（自由电子得到能量，摆脱电极表面约束，形成电子发射）】
分为焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊。
（1）焊条电弧焊（即手工电弧焊）：【特点是机动、灵活、适应性强，设备简单，维护费低，劳动强度大，焊接质量受工人技术水平影响，不稳定。】在单件小批生产和修理中最适用，可焊3mm以上的碳钢、低合金钢、不锈钢和同、铝等有色金属。【焊芯是电弧的一个极，药皮对熔滴和熔池起保护作用，防止氧化。低压高流，焊接电压为16～40V，电流为20～500A，产生的热能为I2R，所以增大电流可以显著增大产生的热能。】
（2）埋弧焊：电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。
（3）气体保护焊：气体保护焊是以金属焊丝作电极，熔化的焊丝进入熔池与母材融合，并用惰性气体（氩、氦或氩氦混合）、CO2等作保护气的电弧焊。使用保护气体是为了防止熔融态的焊丝和母材受到空气中其它气体的侵蚀。
保护气为氩、氦或氩氦混合气体时，最适于焊接易氧化的铝、铜、钛及其合金，也可用于钢材，如不锈钢、耐热钢等的焊接（不锈钢雕塑品使用的是氩弧焊），可焊厚度在0.5mm以上。
当保护气为惰性气体和少量氧化性气体(如O2、CO2或其混合气体)时，用于黑色金属材料的焊接。【加入少量氧化性气体的目的，是在不改变或基本上不改变惰性气体电弧特性的条件下，进一步提高电弧稳定性，改善焊缝成形和降低电弧辐射强度。】
CO2气体保护焊，简称CO2焊。CO2获取容易，价格低廉，生产率高，易操作，但是焊缝成形不够美观。CO2气体保护焊是黑色金属材料最重要的焊接方法之一，适用于板厚1.6mm以上由低碳钢、低合金钢制造的各种金属结构。
3、电子束焊：利用加速和聚焦的电子束轰击位于真空或非真空的焊件所产生的热进行焊接。主要用于要求高质量产品的焊接，可焊很薄的精密器件，也可以焊接厚达300mm的构件。
4、激光焊：将激光束投射到焊件上，光能转化为热能熔化焊件进行焊接，最适于精密器件的焊接。
5、电渣焊
6、铝热焊

（二）、压焊 必须施加压力，加热是为了加速实现焊接。
压焊属同相焊接，若需加热，其温度通常低于母材的熔点，一般不使用填充材料。
电阻焊为压焊中最重要的一种，电阻焊是工件组合后通过电极施加压力，利用电流流过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。
电阻焊有两大显著特点：一是焊接的热源是电阻热，故称电阻焊；二是焊接时需施加压力，故属于压焊。
按工艺特点分电阻焊有点焊、凸焊、缝焊、对接焊。
1、点焊：两棒状铜合金电极将焊件压紧后通电（低压高流）加热，在焊件之间生成椭球状的点状焊缝。
【按供电方式不同，点焊分单面点焊和双面点焊，前者只从工件一侧供电，后者从工件两侧供电。按一次形成焊点的数量分有单点焊和多点焊。多点焊时使用两对以上的电极，在同一工序上完成多个焊点的焊接。每一个焊点可以根据需要一次连续通电，或多次通电完成焊接，前者称单脉冲焊，后者称多脉冲焊。】
点焊的接头形式必须是搭接。
应用：低碳钢薄壁（t < 3mm）冲压结构，也可焊铝、镁及其合金，适于大批量生产。
【在薄板的冲压－焊接构件中，点焊的应用十分广泛。往往是将比较简单的冲压件通过点焊而组合成复杂的部件。现代的汽车制造中大量使用点焊，一辆普通的轿车至少有5000个焊点，例如国产帕萨特B5车身焊点有5892个。家用电冰箱、洗衣机等的外壳也都采用冲压—点焊的结构。在航天飞行器和飞机的制造中，点焊可用于铝合金、低合金钢或钛合金等制成的零部件的组装加工。】
2、缝焊：缝焊原理与点焊相同，区别在于缝焊是以圆盘状铜合金电极(又称滚轮电极)代替点焊的棒状电极。
【焊接时，滚轮电极压紧工件的同时，并作滚动。使工件产生移动。电极在滚动过程中通电，每通一次电就在工件间形成一个焊点。连续通电，在工件间便出现相互重叠的焊点，从而形成连续的焊缝。】
缝焊接头也是搭接形式，由于焊缝是焊点的连续，所以用于焊接要求气密或液密的薄壁容器，如油箱、水箱等。
3、凸焊：是点焊的一种变型。焊接前首先在一个工件上预制凸点(或凸环等)，焊接时在电极压力下电流集中从凸点通过，电流密度很大，凸点很快被加热、变形和熔化而形成焊点。在汽车、飞机、仪器、无线电等工业部门应用较多，如紧固件、金属网的焊接和无线电元器件的封装等。
4、对接焊：焊接时将焊件置于夹具(电极)中夹紧，并使两焊件端面压紧，然后通电加热；当焊件端面及附近金属被加热到一定温度时，断电并突然增大压力进行顶锻、两工件使在固态下对接起来。
【电阻对焊的接头表面较光滑，无毛刺。但高温时对接的端面易受空气侵蚀，形成夹杂而降低接头力学性能。若质量要求较高时，则在保护气（如氩气、氮气等）中进行焊接。】
接头形式多为对接，焊件断面形状一般是圆形，如轴、杆、管子等，在钢筋、管道、拉杆、小链环等的生产中使用。

(三)、钎焊：是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，利用加热成液态的钎料填充接头间隙，并与母材相互扩散，实现连接焊件的焊接方法。在钎焊中，当钎料的熔点温度高于450摄氏度时称为硬钎焊，当钎料的熔点温度低于450摄氏度时称为软钎焊。
钎焊时母材不熔化，只熔化起连接作用的钎料。
【钎焊适用范围极广，可以钎焊的材料有同种金属、异种金属、金属与非金属、非金属与非金属。】
钎焊最适于薄件、小件、精密件或形状复杂而多钎缝的焊件的焊接。最宜于采用搭接接头的结构形式，因为钎缝强度较母材低，往往是通过扩大搭接面积来提高接头的承载能力。
【钎焊应用领域很多。在国防和尖端技术部门中，如喷气发动机、火箭发动机、原子能设备制造中都大量采用钎焊技术。在机电制造业中，钎焊技术己用于制造硬质合金刀具、钻探钻头、换热器、散热器、自行车车架、导管、各类容器、电机、变压器、触头、电缆、汇流排、汽轮机叶片等，在电子工业和仪表制造业中，在许多情况下钎焊甚至是唯一可能的连接的方法，如制造微波波管、电子管、电子真空器件和无线电接线等。】
锡焊是软钎焊中应用最广的一种。由于钎焊对焊件加热温度较低，因而焊件的金相组织和机械性能变化都不大，变形较小。焊后接头光滑平整，而且焊接过程简单，但仅适应于一般对焊接强度要求不高的薄板焊件。