金屬材料的焊接技術分享各種焊接技術知識匯總

已浏览: 106次 日期:2020-09-04 作者:万博体育平台网址

電弧:一種強烈而持久的氣體放電征象,正負電極間具有一定的電壓,而且兩電極間的氣體介質應處在電離狀態。引燃焊接電弧時,通常是將兩電極(一極為工件,另一極為加添金屬絲或焊條)接通電源,短暫接觸并迅速分離,兩極相互接觸時發生短路,形成電弧。這類方式稱為接觸引弧。電弧形成后,只需電源保持兩極之間一定的電位差,即可維持電弧的燃燒。

電弧特點:電壓低、電流大、溫度高、能量密度大、移動性好等,一般20~30V的電壓即可維持電弧的穩定燃燒,而電弧中的電流可以從幾十安培到幾千安培以滿足不同工件的焊接請求,電弧的溫度可達5000K以上,可以熔化各種金屬。

首先,焊接冶金溫度高,相界大,反應速率快,當電弧中有空氣侵入時,液態金屬會發生強烈的氧化、氮化反應,還有大批金屬蒸發,而空氣中的水分以及工件和焊接材料中的油、銹、水在電弧高溫下分解出的氫原子可溶入液態金屬中,導致接頭塑性和韌度降低(氫脆),以至產生裂紋。

手弧焊是各種電弧焊方法中發展最早、目前仍舊應用最廣的一種焊接方法。它是之外部涂有涂料的焊條作電極和加添金屬,電弧是在焊條的端部和被焊工件表面之間燃燒。涂料在電弧熱作用下一方面可以產生氣體以保護電弧,另一方面可以產生熔渣覆蓋在熔池表面,防止熔化金屬與周圍氣體的相互作用。熔渣的更重要作用是與熔化金屬產生物理化學反應或添加合金元素,改善焊縫金屬能。手弧焊設備簡單、輕便,操作靈活。可以應用于維修及裝配中的短縫的焊接,特別是可以用于難以達到的部位的焊接。手弧焊配用相應的焊條可適用于大多數工業用碳鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅、鋁、鎳及其合金。

埋弧焊是以顆粒狀焊劑為保護介質,電弧掩藏在焊劑層下的一種熔化極電焊接方法。埋弧焊的施焊過程由三個環節組成:1在焊件待焊接縫處均勻堆敷充足的顆粒狀焊劑;2導電嘴和焊件分別接通焊接電源兩級以產生焊接電弧;3自動送進焊絲并移動電弧實施焊接。

CO2,焊縫金屬中含氮量、含氧量大大降低,焊接參數自動調節,電弧行走機械化,熔池存在時間長,冶金反應充分,抗風能力強,以是焊縫成分穩定,力學性能好;(2)勞動條件好熔渣隔離弧光有益于焊接操作;機械化行走,勞動強度較低。

電源:直流電源用于小電流情況,等速送絲,自身電弧調節;大電流一般用交流電源,變速送絲(SAW焊絲一般較粗),弧壓反饋電弧調節焊接材料:焊絲和焊劑。焊絲和焊劑的選配必須保證獲得高質量的焊接接頭,同時又要盡可能減低成本,還要注意適用的電流種類和極性。

適用范圍:由于埋弧焊熔深大、生產率高、機械操作的程度高,因而適于焊接中厚板結構的長焊縫。在造船、鍋爐與壓力容器、橋梁、超重機械、核電站結構、海洋結構、武器等建造部門有著廣泛的應用,是當今焊接生產中最普遍使用的焊接方法之一。埋弧焊除了用于金屬結構中構件的連接外,還可在基體金屬表面堆焊耐磨或耐腐蝕的合金層。隨著焊接冶金技術與焊接材料生產技術的發展,埋弧焊能焊的材料已從碳素結構鋼發展到低合金結構鋼、不銹鋼、耐熱鋼等以及某些有色金屬,如鎳基合金、鈦合金、銅合金等。由于自己的特點,其應用也有一定的局限性,主要為:(1)焊接地位的限定,由于焊劑保持的原因,如不采用特殊措施,埋弧焊主要用于水平俯地位焊縫焊接,而不能用于橫、立、仰焊;(2)焊接材料的局限,不能焊接鋁、鈦等氧化性強的金屬及其合金,主要用于焊接黑色金屬;(3)只適合于長焊縫焊接切,且不能焊接空間地位有限的焊縫;(4)不能直接觀察電弧;(5)不適用于薄板、小電流焊。

這是一種不熔化極氣體保護電弧焊,是利用鎢極和工件之間的電弧使金屬熔化而形成焊縫的。焊接過程中鎢極不熔化,只起電極的作用。同時由焊炬的噴嘴送進氬氣或氦氣作保護。還可根據需要另外添加金屬。在國際上通稱為TIG焊。鎢極氣體保護電弧焊由于能很好地控制熱輸入,以是它是連接薄板金屬和打底焊的一種極好方法。這類方法幾乎可以用于所有金屬的連接,尤其適用于焊接鋁、鎂這些能形成難熔氧化物的金屬以及象鈦和鋯這些活潑金屬。這類焊接方法的焊縫質量高,但與其它電弧焊相比,其焊接速率較慢。

(1)在焊接電弧高溫作用下CO2會分解成CO、O2和O,對電弧具有叫強烈的壓縮作用,從而導致該焊接方法的電弧形態具有弧柱直徑較小,弧跟面積小且往往難于覆蓋焊絲端部全部熔滴的特點,因此熔滴受到的過渡阻力(斑點力)較大而使熔滴粗化,過渡路徑軸向性變差,飛濺率大;

適用范圍:目前CO2氣體保護焊廣泛應用于機車建造、船舶建造、汽車建造、采煤機械建造等領域。適用于焊接低碳鋼、低合金鋼、低合金高強鋼,但是不適合于焊接有色金屬、不銹鋼。盡管有資料顯CO2氣體保護焊可以用于不銹鋼的焊接,但不是焊接不銹鋼的首選。

穿孔型等離子弧:焊接電流在100~300A,接頭無需開坡口,不要留間隙。焊接時,等離子弧可以將焊件完全熔透并形成一個小通孔,熔化金屬被排擠在小孔的周圍,電弧移動,小孔隨之移動,并在后方形成焊縫,從而完成單面焊雙面一次成形。這類方法可以焊接的板厚上限為:碳鋼7mm,不銹鋼10mm。

微束等離子弧:焊接電流為01~30A,焊接厚度為0025~25mm。此外,還有適用于銅及銅合金焊接的熔入型等離子弧焊,可用于厚板深熔焊或薄板高速焊以及堆焊的熔化極等離子弧焊,可解決鋁合金等離子弧焊的交流(變極性)等離子弧焊等工藝方法。等離子弧焊的主要工藝參數有焊接電流、焊接速率、保護氣流量、離子氣流量、焊槍噴嘴結構與孔徑等。

管狀焊絲電弧焊也是利用連續送進的焊絲與工件之間燃燒的電弧為熱源來進行焊接的,可以認為是熔化極氣體保護焊的一種類型。所使用的焊絲是管狀焊絲,管內裝有各種組分的焊劑。焊接時,外加保護氣體,主如果CO2。焊劑受熱分解或熔化,起著造渣保護溶池、滲合金及穩弧等作用。管狀焊絲電弧焊除具有上述熔化極氣體保護電弧焊的優點外,由于管內焊劑的作用,使之在冶金上更具優點。管狀焊絲電弧焊可以應用于大多數黑色金屬各種接頭的焊接。管狀焊絲電弧焊在一些工業先輩國家已得到廣泛應用。“管狀焊絲”即現在所說的“藥芯焊絲”

氣焊:利用可燃氣體在氧氣中燃燒時所產生的熱量,將母材焊接處熔化而完成連接的一種熔焊方法。氣焊是用氣體火焰為熱源的一種焊接方法。應用最多的是以乙炔氣作燃料的氧-乙炔火焰。由于設備簡單操作方便,但氣焊加熱速率及生產率較低,熱影響區較大,且容易引起較大的變形。氣焊可用于很多黑色金屬、有色金屬及合金的焊接。

氣焊火焰溫度低,加熱速率慢,加熱地區寬,焊接熱影響區寬,焊接變形大,且焊接過程中,熔化金屬受到的保護差,焊接質量不易保證,因而其應用已很少。但氣焊又具有無需電源、設備簡單、費用低、移動方便、通用性強等特點,因而在無電源場合和田野工作時有實用價值。目前,主要用于薄鋼板(厚度05~3mm)、銅及銅合金的焊接和鑄鐵的補焊。

電渣焊是以熔渣的電阻熱為能源的焊接方法。焊接過程是在立焊地位、在由兩工件端面與兩側水冷銅滑塊形成的裝配間隙內進行。焊接時利用電流通過熔渣產生的電阻熱將工件端部熔化。根據焊接時所用的電極形狀,電渣焊分為絲極電渣焊、板極電渣焊和熔嘴電渣焊。

電渣焊的優點:可焊的工件厚度大(從30mm到大于1000mm),生產率高。主要用于在斷面對接接頭及丁字接頭的焊接。電渣焊可用于各種鋼結構的焊接,也可用于鑄件的組焊。電渣焊接頭由于加熱及冷卻均較慢,熱影響區寬、顯微構造粗大、韌、因此焊接以后一般須進行正火處理。

絲極電渣焊是最常用的電渣焊方法,它采用焊絲作電極,根據焊件厚度的不同,可采用一根或多根焊絲,單絲焊能夠焊接的焊件厚度為40~60mm,當焊件厚度大于60mm時,焊絲要作橫向擺動;三絲擺動可以焊接450mm厚的焊件。絲極電渣焊主要用于焊接厚度為40~450mm的焊件及較長焊縫的焊件,也可用于大型焊件的環焊縫。

電子束焊是以集中的高速電子束轟擊工件表面時所產生的熱能進行焊接的方法。電子束焊接時,由電子槍產生電子束并加速。常用的電子束焊有:高真空電子束焊、低真空電子束焊和非真空電子束焊。前兩種方法都是在真空室內進行。焊接準備時間(主如果抽真空時間)較長,工件尺寸受真空室大小限定。電子束焊與電弧焊相比,主要的特點是焊縫熔深大、熔寬小、焊縫金屬純度高。它既可以用在很薄材料的精密焊接,又可以用在很厚的(最厚達300mm)構件焊接。所有用其它焊接方法能進行熔化焊的金屬及合金都可以用電子束焊接。主要用于請求高質量的產品的焊接。還能解決異種金屬、易氧化金屬及難熔金屬的焊接。但不適于大批量產品。

電子束焊機:核心是電子槍,它是完成電子的產生、電子束的形成和會聚的裝置,主要由燈絲、陰極、陽極、聚焦線圈等組成。燈絲通電升溫并加熱陰極,當陰極達到2400K左右時即發射電子,在陰極和陽極之間的高壓電場作用下,電子被加速(約為1/2光速),穿過陽極孔射出,然后經聚焦線圈,會聚成直徑為08~32mm的電子束射向焊件,并在焊件表面將動能轉化為熱能,使焊件連接處迅速熔化,經冷卻結晶后形成焊縫。

(3)非真空電子束焊。需另加惰性氣體保護罩或噴嘴,焊件與電子束流出口的距離應控制在10mm左右,以減少電子束與氣體分子碰撞造成的散射。非真空電子束焊適用于碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、難熔金屬及銅、鋁合金等的焊接,焊件尺寸不受限定。

應用:特別適合焊接一些難熔金屬、活性或高純度金屬以及熱敏理性強的金屬。但設備復雜,成本高,焊件尺寸受真空室限定,裝配精度請求高,且易激發X射線,焊接輔助時間長,生產率低,這些缺點都限定了電子束焊的廣泛應用。

激光焊是利用大功率相干單色光子流聚焦而成的激光束為熱源進行的焊接。這類焊接方法通常有連續功率激光焊和脈沖功率激光焊。激光焊優點是不需要在真空中進行,缺點則是穿透力不如電子束焊強。激光焊時能進行精確的能量控制,因而可以完成精密微型器件的焊接。它能應用于很多金屬,特別是能解決一些難焊金屬及異種金屬的焊接。

激光的特點:具有單色性好、方向性好、能量密度高的特點,激光經透射或反射鏡聚焦后,可獲得直徑小于001mm、功率密度高達1013W/cm2的能束,可以作為焊接、切割、鉆孔及表面處理的熱源。產生激光的物質有固體、半導體、液體、氣體等,其中用于焊接、切割等工業加工的主如果釔鋁石榴石(YAG)固體激光和CO2氣體激光。

這是以電阻熱為能源的一類焊接方法,包括以熔渣電阻熱為能源的電渣焊和以固體電阻熱為能源的電阻焊。由于電渣焊更具有獨特的特點,故放在后面介紹。這里主要介紹幾種固體電阻熱為能源的電阻焊,主要有點焊、縫焊、凸焊及對焊等。電阻焊一般是使工件處在一定電極壓力作用下并利用電流通過工件時所產生的電阻熱將兩工件之間的接觸表面熔化而完成連接的焊接方法。通常使用較大的電流。為了防止在接觸面上發生電弧并且為了鍛壓焊縫金屬,焊接過程中一直要施加壓力。進行這一類電阻焊時,被焊工件的表面善對于獲得穩定的焊接質量是甲等重要的。因此,焊前必須將電極與工件以及工件與工件間的接觸表面進行清理。

優點:1)熔核形成時,一直被塑性環包圍,熔化金屬與空氣隔絕,冶金過程簡單。2)加熱時間短、熱量集中、故熱影響區小,變形與應力也小,通常在焊后不必安排校正和熱處理工序。3)不需要焊絲、焊條等加添金屬,以及氧、乙炔、氬等焊接材料,焊接成本低。4)操作簡單,易于完成機械化和自動化,改善了勞動條件。5)生產率高,且無噪聲及有害氣體,在大批量生產中,可以和其他建造工序一起編到組裝線上。但閃光對焊因有火花噴濺,需要隔離。

缺點:1)目前還缺乏可靠的無損檢測方法,焊接質量只能靠工藝試樣和工件的破壞性試驗來檢查,以及靠各種監控技術來保證。2)點、縫焊的搭接接頭不僅增長了構件的重量,且因在兩板間熔核周圍形成夾角,致使接頭的抗拉強度和疲勞強度較低。3)設備功率大,機械化自動化程度較高,使設備成本較高、維修較困難,并且常用的大功率單相交流焊機不利于電網的正常運行。

適用范圍:在汽車、飛機、儀器、家電、建筑用的鋼筋、等行業有廣泛應用,適用材料廣泛,只是易氧化金屬的電阻焊焊接性稍差。主要用于焊接厚度小于3mm的薄板組件。各類鋼材、鋁、鎂等有色金屬及其合金、不銹鋼等均可焊接。

磨擦焊是以機械能為能源的固相焊接。它是利用兩表面間機械磨擦所產生的熱來完成金屬的連接的。磨擦焊的熱量集中在接合面處,因此熱影響區窄。兩表面間須施加壓力,多數情況是在加熱停止時增大壓力,使熱態金屬受頂鍛而結合,一般結合面并不熔化。磨擦焊生產率較高,道理上幾乎所有能進行熱鍛的金屬都能磨擦焊接。磨擦焊還可以用于異種金屬的焊接。要適用于橫斷面為圓形的最大直徑為100mm的工件。

缺點:靠工件扭轉完成,焊接非圓截面較困難。盤狀工件及薄壁管件,由于不易夾持也很難焊接。受焊機主軸電機功率的限定,目前磨擦焊可焊接的最大截面為20000mm2。磨擦焊機一次性投資費用大,適于大批量生產。

擴散焊一般是以間接熱能為能源的固相焊接方法。通常是在真空或保護氣氛下進行。焊接時使兩被焊工件的表面在高溫和較大壓力下接觸并保溫一定時間,以達到原子間距離,經過原子樸素相互擴散而結合。焊前不僅需要清洗工件表面的氧化物等雜質,而且表面粗糙度要低于一定值才能保證焊接質量。

擴散焊在真空或保護氣氛的保護下,在一定溫度(低于母材的熔點)和壓力條件下,使相互接觸的平坦光潔的待焊表面發生微觀塑性流變后緊密接觸,原子相互擴散,經過一段較長時間后,原始界面消失,達到完全冶金結合的焊接方法。

釬焊的能源可以是化學反應熱,也可以是間接熱能。它是利用熔點比被焊材料的熔點低的金屬作釬料,經過加熱使釬料熔化,毛細管作用將釬料及入到接頭接觸面的間隙內,潤濕被焊金屬表面,使液相與固相之間互擴散而形成釬焊接頭。因此,釬焊是一種固相兼液相的焊接方法。

釬焊采用熔點低于母材的合金作釬料,加熱時釬料熔化,并靠潤濕作用和毛細作用填滿并保持在接頭間隙內,而母材處于固態,依靠液態釬料和固態母材間的相互擴散形成釬焊接頭。釬焊對母材的物理化學性能影響小,焊接應力和變形較小,可焊接性能差別較大的異種金屬,能同時完成多條焊縫,接頭外表美觀整潔,設備簡單,生產投資小。但釬焊接頭的強度較低,耐熱能力差。

釬料是形成釬焊接頭的加添金屬,釬焊接頭的質量在很大程度上取決釬料。釬料應該具有合適的熔點、良好的潤濕性和填縫能力,能與母材相互擴散,還應具有一定的力學性能和物理化學性能,以滿足接頭的使用性能請求。按釬料熔點的不同,釬焊分為兩大類:軟釬焊與硬釬焊。

(2)硬釬焊。釬料熔點高于450℃的釬焊稱為硬釬焊,常用釬料是黃銅釬料和銀基釬料。用銀基釬料的接頭具有較高的強度、導電性和耐蝕性,釬料熔點較低、工藝性良好,但釬料價格較高,多用于請求較高的焊件,一般焊件多采用黃銅釬料。硬釬焊多用于受力較大的鋼和銅合金工件,以及工具的釬焊。硬釬焊的接頭強度為200~490MPa,

注意:母材的接觸面應很干凈,因此要用釬劑。釬劑的作用是去除母材和釬料表面的氧化物和油污雜質,保護釬料和母材接觸面不被氧化,增長釬料的潤濕性和毛細流動性。釬劑的熔點應低于釬料,釬劑殘渣對母材和接頭的腐蝕性應較小。軟釬焊常用的釬劑是松香或氯化鋅溶液,硬釬焊常用的釬劑是硼砂、硼酸和堿性氟化物的混合物。

根據熱源或加熱方法不同釬焊可分為:火焰釬焊、感應釬焊、爐中釬焊、浸沾釬焊、電阻釬焊等。釬焊時由于加熱溫度比較低,故對工件材料的性能影響較小,焊件的應力變形也較小。但釬焊接頭的強度一般比較低,耐熱能力較差。

高頻焊是以固體電阻熱為能源。焊接時利用高頻電流在工件內產生的電阻熱使工件焊接區表層加熱到熔化或接近的塑*狀態,隨即施加(或不施加)頂鍛力而完成金屬的結合。因此它是一種固相電阻焊方法。高頻焊根據高頻電流在工件中產生熱的方式可分為接觸高頻焊和感應高頻焊。接觸高頻焊時,高頻電流通過與工件機械接觸而傳入工件。感應高頻焊時,高頻電流通過工件外部感應圈的耦合作用而在工件內產生感應電流。高頻焊是專業化較強的焊接方法,要根據產品配備專用設備。生產率高,焊接速率可達30m/min。主要用于建造管子時縱縫或螺旋縫的焊接。

爆炸焊也是以化學反應熱為能源的另一種固相焊接方法。但它是利用炸藥爆炸所產生的能量來完成金屬連接的。在爆炸波作用下,兩件金屬在不到一秒的時間內即可被加速撞擊形成金屬的結合。在各種焊接方法中,爆炸焊可以焊接的異種金屬的組合的范圍最廣。可以用爆炸焊將冶金上不相容的兩種金屬焊成為各種過渡接頭。爆炸焊多用于表面積相稱大的平板包覆,是建造復合板的高效方法。

超聲波焊也是一種以機械能為能源的固相焊接方法。進行超聲波焊時,焊接工件在較低的靜壓力下,由聲極發出的高頻振動能使接合面產生強裂磨擦并加熱到焊接溫度而形成結合。超聲波焊可以用于大多數金屬材料之間的焊接,能完成金屬、異種金屬及金屬與非金屬間的焊接。可適用于金屬絲、箔或2~3mm以下的薄板金屬接頭的重復生產。

示教型機器人:通過示教,記憶焊接軌跡及焊接參數,并嚴格按照示教程序完成產品的焊接。只需一次示教,機器人便可以精確地再現示教的每一步操作。這類焊接機器人的應用較為廣泛,相宜于大批量生產,用于流水線的固定工位上,其功能主如果示教再現,對環境變化的應變能力較差。對于大型結構在工地上的小批量生產沒有用武之地。

智能型機器人:可以根據簡單的控制指令自動確定焊縫的起點、空間軌跡及有關參數,并能根據實際情況自動跟蹤焊縫軌跡、調整焊炬姿態、調整焊接參數、控制焊接質量。這是開始進的焊接機器人,具有靈巧、輕便、容易移動等特點,能適應不同結構、不同地點的焊接任務,目前實際應用很少,尚處在研究開發階段。

(1)計算機模擬技術包括模擬焊接熱過程、焊接冶金過程、焊接應力和變形等。焊接是一個觸及到電弧物理、傳熱、冶金和力學等學科的復雜過程。一旦焊接中的各個過程都完成了計算機模擬,就能夠通過計算機體系來確定焊接各種結構和各種材料時的最好設計方案、工藝方法和焊接參數。傳統上,焊接工藝老是要通過一系列的實驗或根據經驗來確定,以獲得可靠而經濟的焊接結構,計算機模擬只需通過少量驗證試驗證實數值方法在處理某一問題上的適用性,大批篩選工作即可由計算機完成,省去了大批的試驗工作,從而大大節約了人力、物力和時間,在新的工程結構及新材料的焊接方面具有很重要的意義。計算機模擬技術的水平還決定了自動化焊接的范圍。此外,計算機模擬還廣泛用于分析焊接結構和接頭的強度和性能等問題。

數據庫技術目前已經滲透到焊接領域的各個方面,從原材料、焊接試驗、焊接工藝到焊接生產。典型的數據庫體系有焊接工藝評定、焊接工藝規程、焊工檔案管理、焊接材料、材料成分和性能、焊接性、焊接CCT圖管理和焊接標準咨詢體系等。這些數據庫體系為焊接領域內各種數據和信息管理提供了有益條件。