焊接方法与设备课件

焊接方法与设备

（内训资料）

童庆莫编制

２００７年8月2日金属焊接金属焊接是指通过适当的手段，使两个分离的金属物件（同种金属或异种金属）产生原子（分子）间接合而连成一体的连接方法。焊接不仅可以解决各种钢材的连接，而且还可以解决铝、铜等有色金属及钛、锆等特种金属材料的连接。焊接方法的分类(族系法)螺柱焊焊条电弧焊埋弧焊熔化极气体保护焊药芯焊丝电弧焊钨极气体保护焊等离子弧焊气焊气压焊铝热焊电渣焊电子束焊激光焊电阻焊：点凸对缝冷压焊超声波焊爆炸焊摩擦焊扩散焊炉中钎焊火焰钎焊浸沾钎焊电阻钎焊感应钎焊电弧焊压焊钎焊熔焊基本焊接方法螺柱焊将金属螺柱或类似的其他金属紧固件（栓、钉等）焊接到工件（一般为板件）上的方法叫做螺柱焊。螺柱焊接的方法：电阻焊、摩擦焊、爆炸焊、电弧焊。（电弧法）螺柱焊：在螺柱焊接过种中，通过电源的输出和螺柱机械运动的协调作用，首先在焊接螺柱和工件之间引燃焊接电弧，螺柱和工件被部分熔化，在工件上形成熔池，同时螺柱端形成熔化层后，然后在压力的作用下，将螺柱端部浸入熔池，并将液态金属部分挤出接头，从面形成再结晶的塑性连接或再结晶和重结晶混合连接接头。当电弧熄灭后，保持几毫秒的短路电流，形成加压顶锻。螺柱焊分为：电容放电尖端引燃螺柱焊拉弧式螺柱焊螺柱焊广泛应用于汽车、铁路、钢结构建筑、锅炉制造、造船工业、金属容器制造、电器设备制造、装饰行业、钣金加工等行业。熔化极电弧焊熔化极电弧焊是指用焊接过程中熔化的焊丝做电极的一类电弧焊方法。这类焊接设备主要有：焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊（MAG\CO2）、药芯焊丝电弧焊等。不熔化极电弧焊不熔化极电弧焊是指用焊接过程中不熔化的碳棒或钨棒做焊接电极的这一类弧焊法。这类焊接设备主要有：钨极气体保护焊、等离子弧焊等。埋弧焊埋弧焊是以连续送进的焊丝作为电极和填充金属。焊接时，在焊接区的上面覆盖一层颗粒状焊剂，电弧在焊剂层下燃烧，将焊材端部和局部母材熔化，形成焊缝。在电弧热的作用下，一部分焊剂熔化成熔渣并与液态金属发生冶金反应。熔渣浮在金属熔池的表面，一方面可以保护焊缝金属，防止空气的污染，并与熔化金属产生物理化学反应，改善焊缝金属的成分及性能；另一方面还可以使焊缝金属缓慢冷却。埋弧焊的特点：焊接速度高、焊缝质量好；适合配自动机械使用；主要焊大型构件的直缝与环缝。；埋弧焊的应用范围：碳钢、低合金结构钢、不锈钢、高强度结构钢、高碳钢。熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊是利用连续送进的焊丝与工件之间燃烧的电弧作热源，由焊矩喷嘴喷出的气体来保护电弧进行焊接的。保护气体有氩气、氦气、CO2、O2或这些气体的混合气。用氩气或氦气作为保护气时，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）的混合气体作为保护气时，或以CO2气体或CO2+O2的混合气为保护气时，统称为熔化极活性气体保护电弧焊（在国际上简称为MAG焊）。熔化极气体保护焊的特点：焊接速度快、熔敷率高，可以进行各种位置焊接。熔化极气体保护焊的应用范围：

MIG焊：不锈钢、铝、镁、铜、钛、锆及镍合金。

MAG焊：碳钢、合金钢。药芯焊丝电弧焊药芯焊丝电弧焊是利用连续送进的焊丝与工件之间燃烧的电弧作热源来进行焊接的，可以认为是熔化极气体保护焊的一种类型。所使用的焊丝是药芯焊丝，焊丝的心部装有不同组成成分的药粉。焊接时，外加保护气体（主要是CO2）,药粉受热分解或熔化，起着造气、造渣保护熔池、渗合金及稳弧等作用。不加保护气体时，叫做自保护药芯焊丝电弧焊。这种方法的焊丝伸出长度不会影响保护效果。药芯焊丝电弧焊的特点：除具有熔化极气体保护电弧焊的优点外，由于药粉的作用，在冶金上更具优点。药芯焊丝电弧焊的应用范围：用于大多数黑色金属各种厚度、各种接头的焊接。等离子弧焊等离子弧焊是利用电极和工件之间的压缩电弧（转移电弧）实行焊接的。所用的电极通常是钨极。产生等离子弧的等离子气可用氩气、氦气、氮气或其中二者的混合气。同时还通过喷嘴喷惰性气体保护。焊接时可以外加填充金属，也可以不加填充金属。等离子弧焊的特点：电弧挺直、能量密度大，电弧穿透能力强；对一定厚度范围内的金属，可以进行不开坡口对接焊；生产率高，焊缝质量好。设备复杂、焊接工艺参数的控制要求较高。等离子弧的应用范围：钨极气体保护电弧焊可焊接的绝大多数金属，均可采用等离子弧焊接，与之相比，对于1mm以下的极薄的金属焊接，用微束等离子弧焊接优势更大。气焊气焊是用气体火焰为热源的一种焊接方法。应用最多的是以乙炔气作燃料的氧乙炔火焰。气焊的特点：设备简单、操作方便；加热温度、速度及生产率较低；热影响区较大，容易引起变形。气焊的应用范围：可用于黑色金属、有色金属及合金的焊接。一般适用于维修及单件薄板的焊接。气压焊气压焊也是以气体火焰为热源。焊接时将两对接的工件的端部加热到一定温度，然后再施加足够的压力，以获得牢固的接头，气压焊是一种固相焊接。气压焊是不加填充金属，常用于铁轨和钢筋焊接。电渣焊是以熔渣的电阻热为能源的焊接方法。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的装配间隙内进行。焊接时利用电流流过熔渣产生的电阻热将工件端部熔化。根据焊接时所用电极形状不同，电渣焊分为丝极电渣焊、板极电渣焊和熔嘴电渣焊。电渣焊的特点：可焊工件厚度大（从30mm到300mm）,生产率高；由于加热及冷却较慢，热影响区宽，显微组织粗大、韧性低，焊接后需正火处理。电渣焊的应用：主要用于大断面对接接头及丁字接头的焊接。其次用于钢结构的焊接及铸铁的组焊。电渣焊电子束焊电子束焊是利用高速电子聚焦后所形成的电子束轰击工件表面时所产生的热能进行焊接的方法。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。电子束焊的特点：焊缝熔深大，熔宽小，焊缝金属纯度高。电子束焊的应用范围：能进行熔化焊的金属及合金都可以用电子束焊接。但主要用于异种金属、易氧化金属及难熔金属的焊接以及高质量的产品的焊接。

激光焊激光焊是利用大功率单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接。这种焊接方法通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。激光焊的优点是不需在真空中进行，焊接的接头和位置可达到微米级精度。点焊点焊是在焊件之间形成搭接面并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材形成焊点的电阻焊方法。点焊的应用范围：广泛用于汽车壳体、配件、家具等低碳钢产品的焊接。在航空、航天工业中，多用于连接飞机、发动机、导弹、火箭等由合金钢、不锈钢、铝合金、钛合金等材料制成的部件。点焊通常适于焊接厚度小于3mm的冲压、轧制薄板构件，有时也可焊接6mm或更厚的金属板。但与熔焊相比，其接头承载能力低，搭接接头又增加了构件的重量和成本，且需要昂贵的特殊焊机，因而用于厚件焊接是不经济的。凸焊凸焊与点焊的差别在于，凸焊的工件上需要预制一定形状和尺寸的凸点，焊接过程中电流通过这些凸点实施放电熔合金属，达到金属工件连接的目的。凸焊主要用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件，凸焊最适宜的厚度为0.5—4mm,其它厚度因凸点难制，所以不适合凸焊。凸焊的种类：有板件凸焊、线材交叉凸焊、管子凸焊、板材T型凸焊、螺钉螺帽类零件凸焊等。凸焊的优点（同点焊相比）：一次通电可同时焊接多个焊点，不仅生产效率高，而且没有分流的影响。由于电流密集于凸点，焊接区电流分布更集中，故可用较小的电流进行焊接，并能可靠地形成较小的熔核。凸点的位置准确，尺寸一致，各点的强度比较均匀。由于采用大平面电极，且凸点设置在一个工件上，所以可最大限度地减轻另一工件外露表面的压痕。同时电极电流密度小、散热好、磨损小。工件表面的油、锈、氧化皮、镀层和其它涂层对凸焊的影响较小，但干净的表面更有利于焊接质量的稳定。可以焊接一些点焊难以焊接的板厚组合。凸焊可焊接6：1甚至更高的板厚组合。缝焊缝焊是用一对滚轮电极代替点焊的圆柱形电极，在焊接过程中滚轮压紧工件，滚轮转动驱动工件运动，同时滚轮向工件馈送连续焊接电流，从而产生一个个熔核相互搭叠的密封焊缝的焊接方法。缝焊广泛地应用于油桶、罐头罐、暖气片、厨卫产品、汽车摩托车油箱等密封容器的薄板焊接。缝焊常见的接头形式有：典型搭接偏置搭接折边搭接压平搭接

超声波焊超声波焊是利用超声波（频率16kHz以上）的高频机械振动能量，对工件接头进行内部加热和表面清理，同时对工件施加压力来实现焊接的一种压焊方法。超声波焊可用于大多数金属材料之间的焊接，能实现金属、异种金属及金属与非金属间的焊接。可适用于金属丝、箔或2—3mm以下薄板金属接头的重复生产。超声波焊的特点：工件不通电，不外加热源，焊接金属不熔化，不会形成任何铸态组织或脆性金属间化合物。焊接区金属的物理和力学性能不发生宏观变化，焊接接头的静载强度和疲劳强度高，且稳定性好。可焊的材料范围广，可以用于金属与金属之间的焊接，也可用于性能相差悬殊的异种金属的焊接，以及金属与塑料等非金属材料的焊接。可焊接厚度比及多层箔片等特殊构件。对工件表面焊前的准备要求不严格，焊后也无须进行热处理。焊接时所需电能少，仅为电阻焊的5%左右。工件变形小。不能进行对接焊；受设备功率制约，它可焊材料的厚度有限。

爆炸焊爆炸焊是以炸药为能源进行金属间焊接的一种焊接方法。这种方法是利用炸药爆轰的能量，使被焊金属面发生高速倾斜撞击，在撞击面上造成一薄层金属的塑性变形，以及适量熔化和原子间的相互扩散等过程。同种和异种金属就在这一十分短暂的冶金过程中形成了冶金结合。爆炸焊的特点：能将相同的、特别是异种的金属材料迅速和强固地焊接在一起。工艺十分简单和容易掌握。不需要厂房，不需要大型设备和大量投资。不仅可以进行点焊和线焊，而且可以进行面焊—爆炸复合，从而获得大面积的复合板、复合管、复合管棒和复合异型件等。能源为低爆速的混合炸药。它们价廉、易得、安全和使用方便。摩擦焊摩擦焊是利用工件表面相互摩擦所产生的热，使端面达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法。摩擦焊的特点：接头质量高。焊合区金属为锻造组织，不产生与熔化和凝固相关的焊接缺陷适合异种材质的连接。铝—铜、铝—钢、钛—铜等都可进行焊接。生产效率高。发动机排气门双头自动摩擦焊机生产率达800—1200件/小时尺寸精度高。用摩擦焊生产的柴油发动机预燃烧室，全长误差为±0.1mm。设备易于机械化、自动化，操作简单。环境清洁。工作时不产生烟雾、弧光以及有害气体等。节能省电。与闪光焊相比，电能节约5—10倍。对非圆形截面焊接较困难，所需设备复杂。对盘状薄零件和薄壁管件，由于不易夹固，施焊也很困难。焊机的一次性投资较大，大批量生产时才能降低生产成本。钎焊钎焊就是在低于母材熔点、高于钎料熔点的某一温度下加热母材，通过液态钎料在母材表面或间隙中润湿、铺展、毛细流动填缝，最终凝固结晶，而实现原子间结合的一种材料连接方法。它与熔焊、压焊一起构成现代焊接技术的三大组成部分。根据使用钎料的不同，钎焊一般分为软钎焊（低于450℃）和硬钎焊（高于450℃）钎焊的优点（同熔焊相比）：钎焊加热温度较低，对母材组织和性能的影响较小。钎焊接头平整光滑，外观美观。工件变形较小，尤其是采用均匀加热的钎焊方法，工件的变形可减小到最低程度，容易保证工件的尺寸精度。某些钎焊方法一次可焊成几十条或成百条钎缝，生产率高。可以实现异种金属或合金、金属与非金属的连接。钎焊根据加热方式分类，常用的有炉中钎焊、火焰钎焊、浸沾钎焊、感应钎焊和电阻钎焊。精品●创新

炉中钎焊按钎焊过程中钎焊区的气氛组成，炉中钎焊分为三大类，即空气炉中钎焊、保护气氛炉中钎焊和真空炉中钎焊。空气炉中钎焊是把装配好的加有钎料和钎剂的工件放入普通的工业炉中加热至钎焊温度。依靠钎剂去除钎焊表面的氧化膜，钎料熔化后流入钎缝间隙，冷凝后形成接头。保护气氛炉中钎焊亦称控制气氛炉中钎焊。其特点是加有钎料的工件是在活性或中性气氛保护下加热钎焊的。活性气体以氢和一氧化碳为主要成分，不仅能防止空气侵入，还能还原工件表面的氧化物，有助于钎料润湿母材。真空炉中钎焊是在抽出空气的炉中或钎焊室中钎焊，特别适合于钎焊面积很大而连续的接头。这种接头在普通钎焊时难以彻底清除钎焊界面的固态或液态钎剂，或保护气体不能排尽藏在紧贴钎焊界面中的气体。真空钎焊也适用于连接某些特殊的金属，包括钛、锆、铌、钼我钽。这些金属的特点是，甚至很少量的大气中的气体也会使其脆化，有时在钎焊温度下就会碎裂。火焰钎焊火焰钎焊是利用可燃气体（包括液体燃料的蒸气）吹以空气或纯氧点燃后的火焰进行加热。火焰钎焊加热温度范围宽，从酒精灯的数百摄氏度到氧乙炔火焰超过3000℃。最常用的是氧乙炔焰。火焰钎焊的主要工具是钎炬，钎焊时只需把母材加热到比钎料熔点高一些的温度即可，故对火焰的使用应与气焊不同，常用火焰的外焰区加热，因为该区火焰的温度较低而横截面积较大。应当使用中性焰或碳化焰，以防止母材和钎料氧化。由于氧乙炔焰的高温在钎焊时易造成母材过热甚至熔化，因此可采用压缩空气来代替纯氧，用其他可燃气体代替乙炔，如压缩空气雾化汽油火焰、空气丙烷火焰等，使这种钎焊方法具有就地取材的灵活性。火焰钎焊的应用很广，主要用于铜基、银基钎料钎焊碳钢、低合金钢、不锈钢、铜及铜合金的薄壁和小型工件，也用于铝基钎料钎焊铝及铝合金。火焰钎焊的缺点：手工操作时加热温度难掌握，因此要求工人有较高的技术；火焰钎焊是一个局部加热过程，可能在母材中引起应力或变形。浸沾钎焊浸沾钎焊是把钎焊工件的局部或整体浸入盐混合物熔体或钎料熔体中，依靠这些液体介质的热量来实现钎焊过程。由于液体介质的热容量大、导热快、能迅速而均匀地加热钎焊工件，因此这种方法生产率高，工件的变形、晶粒长大和脱碳等现象都不显著。浸沾钎焊分为盐浴钎焊和金属浴钎焊。盐浴钎焊：盐浴钎焊时，工件的加热和保护都是靠盐浴来实现的。因此，盐混合物的成分选择对其影响很大。一般多用氯盐的混合物。盐浴钎焊适用于以铜基和银基钎料钎焊钢、合金钢、铜及铜合金和高温合金。金属浴钎焊：是将经过表面清理并装配好的工件进行钎剂处理，然后浸入熔化的钎料中。熔化的钎料把零件钎焊处加热到钎焊温度、同时渗入钎缝间隙中，并在工件提起时保持在间隙内，凝固形成接头。这种钎焊方法的最大优点是能够一次完成大量多种和复杂钎缝的钎焊，工艺简单，生产率高。波峰钎焊：是金属浴钎焊的一种，主要用于印制电路板的钎焊。在熔化钎料的底部安放一泵，依靠泵的作用使钎料不断地向上涌动，印制电路板在与钎料的波峰接触的同时随传送带向前移动，从而实现元器件引线与焊盘的连接波峰钎焊分为：单波峰钎焊、双波峰钎焊以及喷射空心波钎焊等。电阻钎焊电阻钎焊是利用电流通过工件与工件接触的加热块所产生的电阻热，加热工件和熔化钎料的钎焊方法。钎焊时对钎焊处应施加一定的压力。电阻钎焊分为：直接加热和间接加热两种方式。直接加热电阻钎焊：钎焊处由通过的电流直接加热，加热很快，但要求钎焊面紧密贴合。加热程度视电流大小和压力而定，加热电流在6000—15000A，压力在100—2000N之间。电极材料可选用铜、铬铜、钼、钨、石墨和铜钨烧结合金。间接加热电阻钎焊：电流可只通过一个工件，另一个工件的加热和钎料的熔化是依靠被通电加热的工件的热传导来实现的。也可以将电流通过一个较大的石墨板，工件放在此板上，依靠由电流加热的石墨板的传热实行加热。间接加热电阻钎焊的加热电流介于100—3000A之间，电极压力为50—500N。间接加热电阻钎焊的灵活性较大，对工件接触面配合的要求较低。电阻钎焊的特点：加热迅速、生产率高；加热十分集中，对周围的热影响小；工艺较简单、劳动条件好，而且过程容易实现自动化；适于钎焊的接头尺寸不能太大，形状也不