金属工艺学17

1、第二章第二章 熔化焊熔化焊第一节第一节 电弧焊电弧焊 电弧焊利用焊条与焊件之间产生的电弧热，熔电弧焊利用焊条与焊件之间产生的电弧热，熔化工件和焊条，常用的方法有手工电弧焊、埋弧自化工件和焊条，常用的方法有手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊等。动焊、气体保护焊等。一、手工电弧焊和埋弧焊一、手工电弧焊和埋弧焊1手工电弧焊手工电弧焊手工电弧焊是熔化焊中最基本的、应用最广泛的焊手工电弧焊是熔化焊中最基本的、应用最广泛的焊接方法。设备简单、操作方便，特别适于尺寸小、形状接方法。设备简单、操作方便，特别适于尺寸小、形状复杂、短缝或弯曲焊缝的焊件。复杂、短缝或弯曲焊缝的焊件。2埋弧自动焊埋弧自动焊埋弧焊的电

2、弧形成后，焊丝末端周围的焊剂加热熔化并埋弧焊的电弧形成后，焊丝末端周围的焊剂加热熔化并有部分蒸发，焊剂蒸气将电弧周围的熔渣排开，形成一个封有部分蒸发，焊剂蒸气将电弧周围的熔渣排开，形成一个封闭的空间，使电弧与外界空气隔绝，电弧不断地熔化焊丝和闭的空间，使电弧与外界空气隔绝，电弧不断地熔化焊丝和母材接头，形成焊接熔池。电弧向前移动后，熔池金属凝结母材接头，形成焊接熔池。电弧向前移动后，熔池金属凝结为焊缝，浮在液态金属表面的熔渣冷却后形成渣壳。为焊缝，浮在液态金属表面的熔渣冷却后形成渣壳。 埋弧自动焊设备主要由焊接电源、控制箱和焊接小车三部埋弧自动焊设备主要由焊接电源、控制箱和焊接小车三部分组成。

3、焊丝送进机构、焊丝盘、焊剂漏斗、操作盘等全部装分组成。焊丝送进机构、焊丝盘、焊剂漏斗、操作盘等全部装在焊车上。电弧的引燃、焊丝的送进、电弧沿着焊接方向移动在焊车上。电弧的引燃、焊丝的送进、电弧沿着焊接方向移动等动作是自动进行的。等动作是自动进行的。自动引弧后，焊丝由送丝滚轮经导电嘴不断送入电弧区，自动引弧后，焊丝由送丝滚轮经导电嘴不断送入电弧区，电弧随着焊车匀速向前移动，焊剂从漏斗流出撒在焊件上。电弧随着焊车匀速向前移动，焊剂从漏斗流出撒在焊件上。理弧焊焊剂的作用与焊条药皮相似，使用前需烘干。理弧焊焊剂的作用与焊条药皮相似，使用前需烘干。理弧焊用的焊丝成分及作用与电焊条相似，卷成盘状，使理弧焊

4、用的焊丝成分及作用与电焊条相似，卷成盘状，使用前应清除铁锈、油污等。用前应清除铁锈、油污等。选择焊丝时必须与焊件材料及焊剂结合起来考虑，才能获选择焊丝时必须与焊件材料及焊剂结合起来考虑，才能获得要求的化学成分，保证焊接接头的性能。得要求的化学成分，保证焊接接头的性能。埋弧自动焊特点：埋弧自动焊特点：由于埋弧自动焊的焊接电流大、熔深大、电弧受焊剂层的由于埋弧自动焊的焊接电流大、熔深大、电弧受焊剂层的保护作用好、焊接过程稳定、速度快，因此埋弧自动焊具有生保护作用好、焊接过程稳定、速度快，因此埋弧自动焊具有生产效率高、焊缝质量好、成形美观、焊件变形小、节约金属和产效率高、焊缝质量好、成形美观、焊件变

5、形小、节约金属和电能、劳动强度低等优点，容易实现焊接过程的机械化与自动电能、劳动强度低等优点，容易实现焊接过程的机械化与自动化，故应用于大量生产中。化，故应用于大量生产中。受其本身特点限制，埋弧自动焊一般用于焊接较长、较厚受其本身特点限制，埋弧自动焊一般用于焊接较长、较厚的水平直焊缝和大直径圆形工件的环形焊缝。的水平直焊缝和大直径圆形工件的环形焊缝。3埋弧半自动焊埋弧半自动焊埋弧半自动焊又称软管埋弧半自动焊又称软管半自动焊。焊丝通过特制的半自动焊。焊丝通过特制的软管自动地送入焊接区，但软管自动地送入焊接区，但焊丝沿着焊缝移动是手动的。焊丝沿着焊缝移动是手动的。由于采用的是细焊丝、由于采用的是细

6、焊丝、小电流，故一般适用于焊接小电流，故一般适用于焊接薄钢板，也用于厚钢板的焊薄钢板，也用于厚钢板的焊接。埋弧半自动焊操作灵活，接。埋弧半自动焊操作灵活，用于焊接对接焊缝、搭接焊用于焊接对接焊缝、搭接焊缝、角焊缝、曲线及断续焊缝、角焊缝、曲线及断续焊缝更为方便。缝更为方便。 二、气体保护焊二、气体保护焊气体保护焊简称气电焊，是利用气体为保护介质的一气体保护焊简称气电焊，是利用气体为保护介质的一种电弧熔焊的方法。种电弧熔焊的方法。常用的保护气体有氩、二氧化碳、氢、氮、氦等，分常用的保护气体有氩、二氧化碳、氢、氮、氦等，分别称为氩弧焊、二氧化碳保护焊、原子氢焊、氮弧焊、氦别称为氩弧焊、二氧化碳保护

7、焊、原子氢焊、氮弧焊、氦弧焊等。弧焊等。目前工业生产上以氩弧焊、二氧化碳保护焊用的最为目前工业生产上以氩弧焊、二氧化碳保护焊用的最为广泛。广泛。 1氩弧焊氩弧焊以氩气作为保护气体，按电极的不同，氩弧焊可分为以氩气作为保护气体，按电极的不同，氩弧焊可分为熔化极和不熔化极两种。熔化极和不熔化极两种。 （1）熔化极氩弧焊）熔化极氩弧焊以焊丝作为电极，多用直流反接法，可采用较大的焊接电以焊丝作为电极，多用直流反接法，可采用较大的焊接电流，适于较厚（流，适于较厚（25mm以下）的焊件。可用于自动、半自动焊以下）的焊件。可用于自动、半自动焊接。接。（2）不熔化极氩弧焊）不熔化极氩弧焊不熔化极氩弧焊的电极不

8、熔化，只导电产生电弧，需另加不熔化极氩弧焊的电极不熔化，只导电产生电弧，需另加焊丝，故为手工焊。焊丝，故为手工焊。为减少钨极损耗，多用直流正接法，焊接电流较小，适于为减少钨极损耗，多用直流正接法，焊接电流较小，适于焊接焊接4mm以下的薄件。以下的薄件。在焊铝镁及其合金时，焊件和熔池表面易形成熔点很高的在焊铝镁及其合金时，焊件和熔池表面易形成熔点很高的氧化物薄膜，阻碍金属熔合和电弧稳定燃烧，可采用交流焊机氧化物薄膜，阻碍金属熔合和电弧稳定燃烧，可采用交流焊机或直流反接法，靠或直流反接法，靠“阳极破碎阳极破碎”用较大氩正离子撞击氧化用较大氩正离子撞击氧化膜，使之破碎，以利于焊合，一般多用交流焊机，

9、焊接电流不膜，使之破碎，以利于焊合，一般多用交流焊机，焊接电流不能太大。能太大。 氩弧焊的主要特点：氩弧焊的主要特点：（1）焊区受到保护，焊缝表面成形好，焊接质量好。）焊区受到保护，焊缝表面成形好，焊接质量好。（2）氩气导热小，电弧热损失少，电弧稳定，飞溅少。）氩气导热小，电弧热损失少，电弧稳定，飞溅少。（3）热量集中，熔池小，热影响区小，焊接变形小。）热量集中，熔池小，热影响区小，焊接变形小。（4）明弧可见，便于操作，可用于全位置自动焊接，生）明弧可见，便于操作，可用于全位置自动焊接，生产率高。产率高。（5）适于焊接各类合金钢，易氧化的有色金属。）适于焊接各类合金钢，易氧化的有色金属。（6）

10、焊前工件清理严格，氩气较贵，成本高。）焊前工件清理严格，氩气较贵，成本高。（7）为防止保护气流被破坏，一般只在室内操作。）为防止保护气流被破坏，一般只在室内操作。氩弧焊可用于低合金高强度钢、高合金钢、不锈钢、高温氩弧焊可用于低合金高强度钢、高合金钢、不锈钢、高温合金、有色金属（铝、铜、镁等）、稀有金属（锆、钼、钽等）合金、有色金属（铝、铜、镁等）、稀有金属（锆、钼、钽等）以及异种材料的焊接，并可用于以及异种材料的焊接，并可用于1mm以下薄板的焊接，在造以下薄板的焊接，在造船、航空、石油、化工、电子、空间技术等行业得到广泛应用。船、航空、石油、化工、电子、空间技术等行业得到广泛应用。 2二氧化碳

11、气体保妒焊二氧化碳气体保妒焊以以CO2气体为保护气体，按焊丝直径不同，可分为细丝、气体为保护气体，按焊丝直径不同，可分为细丝、粗丝两种，细丝适于粗丝两种，细丝适于0.84mm的薄板，粗丝适于的薄板，粗丝适于530mm的中厚板。的中厚板。CO2气体是以液态装瓶供应的，其纯度直接影响气体是以液态装瓶供应的，其纯度直接影响焊接质量，焊接质量要求高的焊缝，纯度应高于焊接质量，焊接质量要求高的焊缝，纯度应高于99.5%。 CO2气体在电弧高温作用下，分解为气体在电弧高温作用下，分解为CO和原子氧和原子氧O。CO气体是还原性气体，具有保护作用，而原子氧则具有很气体是还原性气体，具有保护作用，而原子氧则具有

12、很强的氧化性，导致强的氧化性，导致FeO的生成和合金元素（的生成和合金元素（Mn、Si等）的等）的烧损。烧损。为了弥补合金元素的烧损，加强焊缝的脱氧，防止气为了弥补合金元素的烧损，加强焊缝的脱氧，防止气孔、裂缝缺陷的产生，提高焊缝的性能，通常在焊丝中增孔、裂缝缺陷的产生，提高焊缝的性能，通常在焊丝中增加加Mn、Si等合金元素的含量，使用高硅高等合金元素的含量，使用高硅高 锰型合金焊丝如锰型合金焊丝如H08MnSi、Hl0MnSiMo等。等。CO2保护焊是一种较先进的焊接方法，具有效率高、质保护焊是一种较先进的焊接方法，具有效率高、质量好、成本低、变形小、无熔渣、明弧可见、操作性好、量好、成本低

13、、变形小、无熔渣、明弧可见、操作性好、能全位置焊接、易于实现自动化等优点，但飞溅大，弧光能全位置焊接、易于实现自动化等优点，但飞溅大，弧光强，焊缝不美观，易产生气孔。强，焊缝不美观，易产生气孔。三、碳弧焊与碳弧气刨三、碳弧焊与碳弧气刨1碳弧焊碳弧焊碳弧焊属于非熔化极电弧焊的一种，电弧在碳棒与焊件之碳弧焊属于非熔化极电弧焊的一种，电弧在碳棒与焊件之间燃烧，通常需采用直流电源和正接法，才能达到电弧稳定、间燃烧，通常需采用直流电源和正接法，才能达到电弧稳定、提高焊接质量的目的。提高焊接质量的目的。 2碳弧气刨碳弧气刨碳弧气刨是借碳弧气刨是借助于气刨枪，在碳助于气刨枪，在碳棒周围射出压缩空棒周围射出压

14、缩空气，将熔化的金属气，将熔化的金属吹走，从而在金属吹走，从而在金属 表面切出一条沟槽表面切出一条沟槽或者把金属割断的或者把金属割断的一种工艺方法。一种工艺方法。一般碳弧气刨使用镀铜实心碳棒，其断面形状有圆形和扁一般碳弧气刨使用镀铜实心碳棒，其断面形状有圆形和扁形两种，后者适用于大面积刨槽或刨平面。形两种，后者适用于大面积刨槽或刨平面。 碳弧气刨是一项新技术，目前已代替风铲用于清除焊根、碳弧气刨是一项新技术，目前已代替风铲用于清除焊根、修正焊接缺陷、清理铸件以及切割各种金属材料等。修正焊接缺陷、清理铸件以及切割各种金属材料等。第二节第二节 等离子弧焊等离子弧焊一、等离子弧焊一、等离子弧焊电弧焊

15、产生的电弧不受外界约束，称为自由电弧。电弧焊产生的电弧不受外界约束，称为自由电弧。由于电弧区内的气体并未完全电离，能量也非高度集由于电弧区内的气体并未完全电离，能量也非高度集中，电弧区的弧柱温度约在中，电弧区的弧柱温度约在60008000左右。左右。若将自由电弧强迫压缩，就会得到温度比自由电若将自由电弧强迫压缩，就会得到温度比自由电弧高得多的等离子弧。此时，电弧区内的气体几乎完弧高得多的等离子弧。此时，电弧区内的气体几乎完全电离而达到等离子状态。全电离而达到等离子状态。 等离子弧发生装置在钨极（负极）和工件（正极）等离子弧发生装置在钨极（负极）和工件（正极）之间加上一较高电压，经过高频振荡器的

16、激发，使气体之间加上一较高电压，经过高频振荡器的激发，使气体电离形成电弧。电离形成电弧。 在在“机械压缩效应机械压缩效应”、 “热收缩效应热收缩效应”、 “ “电磁电磁收缩效应收缩效应”三种效应的作三种效应的作用下，弧柱被压缩到很细用下，弧柱被压缩到很细的范围内，电弧的能量高的范围内，电弧的能量高度集中，温度也达到极高度集中，温度也达到极高的程度，弧柱内的气体达的程度，弧柱内的气体达到了高度的电离。到了高度的电离。当压缩效应的作用与电弧内部的热扩散达到平衡后，当压缩效应的作用与电弧内部的热扩散达到平衡后，电弧便成为稳定的等离子弧。电弧便成为稳定的等离子弧。等离子弧的能量高度集中，具有比自由电弧

17、更高的等离子弧的能量高度集中，具有比自由电弧更高的温度，可达温度，可达1500030000，而且等离子流从喷嘴内喷，而且等离子流从喷嘴内喷出时速度很高，超过声速，冲击力很强。出时速度很高，超过声速，冲击力很强。等离子弧焊接实际上是一种压缩的钨极气体保护焊，等离子弧焊接实际上是一种压缩的钨极气体保护焊，电弧稳定，热力集中，电弧稳定，热力集中，12mm以下可不开坡口，变形小，以下可不开坡口，变形小，焊接质量好，可焊薄板、箔材。焊接质量好，可焊薄板、箔材。主要用来焊接难熔、易氧化及热敏感性强的材料，主要用来焊接难熔、易氧化及热敏感性强的材料，如不锈钢、耐热钢、钨、钼、镍、钛等金属。如不锈钢、耐热钢、

18、钨、钼、镍、钛等金属。 二、等离子弧切割二、等离子弧切割利用等离子弧作热源，将被利用等离子弧作热源，将被割金属局部熔化，同时利用被压割金属局部熔化，同时利用被压缩的高速气流将熔化的金属吹掉，缩的高速气流将熔化的金属吹掉，最后将金属切开。最后将金属切开。等离子弧切割用的电弧功率等离子弧切割用的电弧功率和电弧压缩程度都比等离子弧焊和电弧压缩程度都比等离子弧焊时大得多，电弧能量更集中，气时大得多，电弧能量更集中，气流速度更高，吹力更大。流速度更高，吹力更大。等离子弧切割与氧气切割的实质完全不同，切割速度快、等离子弧切割与氧气切割的实质完全不同，切割速度快、质量好、热影响小、割后变形小，能自如地切割不

19、锈钢、高质量好、热影响小、割后变形小，能自如地切割不锈钢、高合金钢、铸铁、铝、铜及其合金，以及钨、钼、陶瓷、水泥、合金钢、铸铁、铝、铜及其合金，以及钨、钼、陶瓷、水泥、耐火材料等难熔金属和非金属材料。耐火材料等难熔金属和非金属材料。第三节第三节 其它熔化焊方法其它熔化焊方法一、电渣焊一、电渣焊电渣焊是利用电渣焊是利用电流通过液态的熔电流通过液态的熔渣所产生的电阻热渣所产生的电阻热熔化电极和焊件而熔化电极和焊件而形成焊缝的一种焊形成焊缝的一种焊接方法。接方法。1焊件焊件 2冷却滑块冷却滑块 3熔池熔池 4渣池渣池 5焊丝焊丝 6焊缝焊缝7冷却水管冷却水管 8熔滴熔滴 9送丝轮送丝轮 10导丝管导

20、丝管 11导电嘴导电嘴 12电源电源 开始焊接时，先使焊丝（电极）与引弧板之间产生电开始焊接时，先使焊丝（电极）与引弧板之间产生电弧，利用电弧的热量熔化焊剂而形成液态熔渣，待熔渣在弧，利用电弧的热量熔化焊剂而形成液态熔渣，待熔渣在焊件和冷却滑块（内通冷却水）的空间内达到一定的深度焊件和冷却滑块（内通冷却水）的空间内达到一定的深度形成渣池后，电弧即熄灭，由电弧过程转入电渣过程。形成渣池后，电弧即熄灭，由电弧过程转入电渣过程。高温渣池具有一定的导电性，由于熔渣有较大电阻，高温渣池具有一定的导电性，由于熔渣有较大电阻，于是就产生很大的电阻热，将焊丝和焊件边缘熔化。熔化于是就产生很大的电阻热，将焊丝和

21、焊件边缘熔化。熔化后的金属，沉积到渣池下面形成金属熔池。后的金属，沉积到渣池下面形成金属熔池。随着焊丝的熔化并不断向熔池送进，金属熔池逐渐升随着焊丝的熔化并不断向熔池送进，金属熔池逐渐升高，渣池亦不断上升。渣池下面的金属熔池在冷却滑块的高，渣池亦不断上升。渣池下面的金属熔池在冷却滑块的强迫冷却下逐渐凝固，形成焊缝，从而把两个分离的焊件强迫冷却下逐渐凝固，形成焊缝，从而把两个分离的焊件连接起来。连接起来。 电渣焊用的焊剂与埋弧焊用的焊剂相似，在使用前应电渣焊用的焊剂与埋弧焊用的焊剂相似，在使用前应烘干。电渣焊使用的焊丝通常是合金钢焊丝，由于电渣焊烘干。电渣焊使用的焊丝通常是合金钢焊丝，由于电渣焊

22、时通过焊剂向焊缝添加合金元素比较困难，一般通过焊丝时通过焊剂向焊缝添加合金元素比较困难，一般通过焊丝向焊缝添加合金元素。向焊缝添加合金元素。电渣焊具有成本低、缺陷少以及一次可以焊成很厚的电渣焊具有成本低、缺陷少以及一次可以焊成很厚的工件等特点，故在工业生产，尤其在重型机械制造和造船工件等特点，故在工业生产，尤其在重型机械制造和造船工业中应用较广，适于以小拼大，组成大型铸工业中应用较广，适于以小拼大，组成大型铸-焊、锻焊、锻-焊焊结构，解决大型铸锻设备不足的困难。例如万吨水压机的结构，解决大型铸锻设备不足的困难。例如万吨水压机的立柱、机身、缸体、大型机座、船壳厚板、舵杆等都广泛立柱、机身、缸体、

23、大型机座、船壳厚板、舵杆等都广泛应用电渣焊。电渣焊可以焊接的材料有低碳钢、低合金高应用电渣焊。电渣焊可以焊接的材料有低碳钢、低合金高强度钢、合金结构钢、不锈钢、耐热钢、铸铁、铝等。强度钢、合金结构钢、不锈钢、耐热钢、铸铁、铝等。二、堆焊二、堆焊堆焊是利用电弧焊、气焊、电渣焊、等离子弧焊等焊堆焊是利用电弧焊、气焊、电渣焊、等离子弧焊等焊接方法在工件表面上堆敷一层金属的工艺方法。堆焊主要接方法在工件表面上堆敷一层金属的工艺方法。堆焊主要用于：用于：1获得耐腐蚀、耐热、耐磨等特殊性能金属表面层，获得耐腐蚀、耐热、耐磨等特殊性能金属表面层，如不锈钢堆焊、高锰钢堆焊等；如不锈钢堆焊、高锰钢堆焊等；2修复

24、磨损的机械零件，如修复轴、齿轮、汽轮机修复磨损的机械零件，如修复轴、齿轮、汽轮机叶片等；叶片等；3制造与修复各种刀具、模具，如高速钢堆焊、冲制造与修复各种刀具、模具，如高速钢堆焊、冲模及热锻模堆焊等。模及热锻模堆焊等。堆焊具有延长零部件或结构件的使用寿命，节约大量堆焊具有延长零部件或结构件的使用寿命，节约大量贵重金属材料及缩短生产周期等优点，广泛用于机器零件贵重金属材料及缩短生产周期等优点，广泛用于机器零件以及工具、模具等的制造与修理。以及工具、模具等的制造与修理。 生产上常用的堆焊方法有氧乙炔焰堆焊、手工电弧堆生产上常用的堆焊方法有氧乙炔焰堆焊、手工电弧堆焊、埋弧堆焊、电渣堆焊等。焊、埋弧堆

25、焊、电渣堆焊等。埋弧堆焊可以堆焊各种平面、圆锥面、圆柱面、大直埋弧堆焊可以堆焊各种平面、圆锥面、圆柱面、大直径容器内壁等，是应用最广泛的一种堆焊方法。径容器内壁等，是应用最广泛的一种堆焊方法。埋弧堆焊又可分为丝极埋弧堆焊和带极埋弧堆焊两种。埋弧堆焊又可分为丝极埋弧堆焊和带极埋弧堆焊两种。两者无多大区别，只不过将丝极换成厚度为两者无多大区别，只不过将丝极换成厚度为0.40.9mm、宽度约为宽度约为60mm的带极。带极埋弧堆焊具有效率高、焊道的带极。带极埋弧堆焊具有效率高、焊道宽、外形光滑美观、变形小、堆焊厚度大（一次可堆宽、外形光滑美观、变形小、堆焊厚度大（一次可堆67mm）等优点，可适于大面积

26、的堆焊工件。）等优点，可适于大面积的堆焊工件。 三、电子束焊接三、电子束焊接电子束焊接是利用电子束焊接是利用电子枪发射高能的电子电子枪发射高能的电子束，轰击焊件连接处，束，轰击焊件连接处，电子束的动能变成热能，电子束的动能变成热能，熔化焊件形成牢固接头熔化焊件形成牢固接头的一种熔化焊方法。的一种熔化焊方法。 电子束焊接的特点是能量密度高度集中、焊缝熔深大，电子束焊接的特点是能量密度高度集中、焊缝熔深大，可达可达200mm、光滑平整、组织致密、热影响区及焊接变、光滑平整、组织致密、热影响区及焊接变形均小、电子束大小可调，可焊薄件、易于实现自动控制。形均小、电子束大小可调，可焊薄件、易于实现自动控

27、制。但设备复杂、造价高、操作、维护技术水平要求高。但设备复杂、造价高、操作、维护技术水平要求高。电子束焊接可分为真空电子束焊接和非真空电子束焊电子束焊接可分为真空电子束焊接和非真空电子束焊接两种。接两种。真空电子束焊在真空中进行，焊缝不会被空气氧化和真空电子束焊在真空中进行，焊缝不会被空气氧化和氮化，或被其它物质侵蚀，可用来焊接活泼性强、高熔点氮化，或被其它物质侵蚀，可用来焊接活泼性强、高熔点和高纯度的金属，如钼、钛、钨、铍、锆、钽等。和高纯度的金属，如钼、钛、钨、铍、锆、钽等。非真空电子束焊接因其不受真空室尺寸的限制，可用非真空电子束焊接因其不受真空室尺寸的限制，可用来焊接尺寸较大的工件，但电子束能量散失较多，质量也来焊接尺寸较大的工件，但电子束能量散失较多，质量也不如前者，适于焊接不锈钢等材料。不如前者，适于焊接不锈钢等材料。 四、激光焊接四、激光焊接激光焊接是利用激光发生器产生的单色性和方向性都激光焊接是利用激光发生器产生的单色性和方向性都非常好的激光，经聚焦后具有高功率密度的激光束作为热非常好的激光，经聚焦后具有高