2017年造價工程師安裝計量講義：焊接

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　　二、焊接

　　(一)焊接的分類及特點

　　焊接是借助于能源使兩個分離的物體產(chǎn)生原子(分子)間結(jié)合而連接成整體的過程，可以連接金屬材料和非金屬材料。按照焊接過程中金屬所處的狀態(tài)及工藝的特點，可以將焊接方法分為熔化焊、壓力焊和釬焊三大類。

　　熔化焊是利用局部加熱的方法將連接處的金屬加熱至熔化狀態(tài)而完成的焊接方法，可形成牢固的焊接接頭。

　　壓力焊是利用焊接時施加一定壓力而完成焊接的方法。這類焊接有兩種形式，可加熱后施壓，亦可直接冷壓焊接，其壓接接頭較牢固。

　　釬焊是把比被焊金屬熔點低的釬料金屬加熱熔化至液態(tài)，然后使其滲透到被焊金屬接縫的間隙中而達(dá)到結(jié)合的方法。釬焊接頭一般強度較低，耐熱性差。

　　1.熔化焊

　　(1)氣焊。氣焊所用的可燃?xì)怏w與氣割相同，主要有乙炔、液化石油氣(丙烷、丁烷、丙烯等)和氫氣等，氧氣為助燃?xì)怏w。

　　氣焊用的焊絲起填充金屬的作用，焊接時與熔化的母材一起組成焊縫金屬。因此，應(yīng)根據(jù)工件的化學(xué)成分和機械性能選用相應(yīng)成分或性能的焊絲，有時也可以用從被焊板材上切下的條料作焊絲。

　　氣焊主要應(yīng)用于薄鋼板、低熔點材料(有色金屬及其合金)、鑄鐵件和硬質(zhì)合金刀具等材料的焊接，以及磨損、報廢車件的補焊、構(gòu)件變形的火焰矯正等。

　　氣焊的優(yōu)點是設(shè)備簡單(氧氣瓶、乙炔瓶、回火保險器、焊炬、減壓器、氧氣、乙炔、輸送管等)、使用靈活;對鑄鐵及有色金屬的焊接有較好的適應(yīng)性;在電力供應(yīng)不足的地方需要焊接時，氣焊可以發(fā)揮更大的作用。缺點是生產(chǎn)效率較低，焊接后工件變形和熱影響區(qū)較大，較難實現(xiàn)自動化。

　　(2)電弧焊。

　　1)手弧焊。手工電弧焊可以進行平焊、立焊、橫焊和仰焊等多位置焊接。由于電弧焊設(shè)備輕便，搬運靈活，可以在任何有電源的地方進行維修及裝配中短縫的焊接作業(yè)，特別適用于難以達(dá)到部位的焊接。適用于各種金屬材料、各種厚度和各種結(jié)構(gòu)形狀的焊接。

　　如工業(yè)用碳鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅、鋁、鎳及合金。

　　2)埋弧焊。埋弧焊也是利用電弧作為熱源的焊接方法。埋弧焊時電弧是在一層顆粒狀的可熔化焊劑覆蓋下燃燒，電弧光不外露。埋弧焊有自動埋弧焊和半自動埋弧焊兩種方式。前者的焊絲送進和電弧移動都由專門的機頭自動完成;后者的焊絲送進由機械完成，電弧移動則由人工進行 。埋弧焊的主要優(yōu)點是：

　　①熱效率較高，熔深大，工件的坡口可較小，減少了填充金屬量;

　?、诤附铀俣雀?。

　?、酆竸┑拇嬖诓粌H能隔開熔化金屬與空氣的接觸，而且使熔池金屬較慢地凝固，減少了焊縫中產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷的可能性。

　　但由于采用顆粒狀焊劑，這種焊接方法一般只適用于平焊位置，且不能直接觀察電弧與坡口的相對位置，容易焊偏。不適于焊接厚度小于1mm的薄板。

　　由于埋弧焊熔深大，生產(chǎn)效率高，機械化操作的程度高，因而適于焊接中厚板結(jié)構(gòu)的長焊縫。

　　(3)氣體保護電弧焊(氣電焊)用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護電弧和焊接區(qū)的電弧焊稱為氣體保護電弧焊，簡稱氣電焊。

　　氣電焊與其他焊接方法相比，具有以下特點：

　　•電弧和熔池的可見性好，焊接過程中可根據(jù)熔池情況調(diào)節(jié)焊接參數(shù);

　　•焊接過程操作方便，沒有熔渣或很少有熔渣，焊后基本上不需清渣;

　　•電弧在保護氣流的壓縮下熱量集中，焊接速度較快，熔池較小，熱影響區(qū)窄，焊件焊后變形小;

　　•有利于焊接過程的機械化和自動化，特別是空間位置的機械化焊接;

　　•可以焊接化學(xué)活潑性強和易形成高熔點氧化膜的鎂、鋁、鈦及其合金;

　　•可以焊接薄板;

　　•在室外作業(yè)時，需設(shè)擋風(fēng)裝置，否則氣體保護效果不好，甚至很差;

　?、冁u極(不熔化極)惰性氣體保護焊。鎢極惰性氣體保護焊是在惰性氣體的保護下，利用鎢電極與工件間產(chǎn)生的電弧熱熔化母材和填充焊絲(如果使用填充焊絲)的一種焊接方法。焊接時隋性氣體形成氣體保護層隔絕空氣，以防止其對鎢極、熔池及鄰近熱影響區(qū)的有害影響，從而可獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫。惰性氣體主要采用氬氣。

　　鎢極氬弧焊接操作方式分為手工焊、半自動焊和自動焊三類。鎢極惰性氣體保護焊具有下列優(yōu)點：不和金屬反應(yīng)，并自動清除工件表面氧化膜的作用，可焊接化學(xué)活潑性強的有色金屬、不銹鋼、耐熱鋼等和各種合金;適用于薄板及超薄板材料焊接;可進行各種位置的焊接，也是實現(xiàn)單面焊雙面成形的理想方法。不足之處是熔深淺，熔敷速度小，生產(chǎn)率較低;其微粒有可能進入熔池，造成污染(夾鎢);惰性氣體(氬氣、氦氣)較貴，生產(chǎn)成本較高。

　　鎢極惰性氣體保護焊所焊接的板材厚度范圍，從生產(chǎn)率考慮以3mm以下為宜。對于某些黑色和有色金屬的厚壁重要構(gòu)件(如壓力容器及管道)，為了保證高的焊接質(zhì)量，也采用鎢極惰性氣體保護焊。

　　②熔化極氣體保護焊。這種方法也是利用連續(xù)的焊絲與工件之間燃燒的電弧作熱源，由焊炬噴嘴噴出的氣體保護電弧來進行焊接。與鎢極氣體保護焊不同的是，作為焊極的焊絲在焊接過程中熔化為液態(tài)金屬，填充在焊縫處。因此其除具備不熔化極氣體保護焊的主要優(yōu)點(可進行各種位置的焊接;適用于有色金屬、不銹鋼、耐熱鋼、碳鋼、合金鋼絕大多數(shù)金屬的焊接)外，同時也具有焊接速度較快、熔敷效率較高等優(yōu)點。

　?、跜02氣體保護焊。屬熔化極氣體保護焊，具有生產(chǎn)效率高、焊接變形小、適用范圍廣等特點。焊接時電弧為明弧焊，可見性好，采用半自動焊接法進行曲線焊縫和空間位置焊縫的焊接十分方便，操作簡單，容易掌握。不足之處是焊接飛濺較大，防風(fēng)能力差。

　　(4)等離子弧焊。等離子弧焊也是一種不熔化極電弧焊，其等離子弧是自由電弧壓縮而成的，叫轉(zhuǎn)移電弧。其離子氣為氬氣、氮氣、氦氣或其中二者之混合氣。等離子弧的能量集中，溫度高，焰流速度大。這些特性使得等離子弧廣泛應(yīng)用于焊接、噴涂和堆焊。

　　等離子弧焊與鎢極惰性氣體保護焊相比，有以下特點：

　　1)等離子弧能量集中、溫度高，對于大多數(shù)金屬在一定厚度范圍內(nèi)都能獲得小孔效應(yīng)，可以得到充分熔透，反面成形均勻的焊縫;

　　2)電弧挺度好，等離子弧的擴散角僅5 °左右，基本上是圓柱形，弧長變化對工件上的加熱面積和電流密度影響比較小。所以，等離子弧焊弧長變化對焊縫成形的影響不明顯;

　　3)焊接速度比鎢極惰性氣體保護焊快;

　　4)能夠焊接更細(xì)、更薄的工件(如1mm以下極薄金屬的焊接);

　　5)設(shè)備比較復(fù)雜、費用較高，工藝參數(shù)調(diào)節(jié)匹配也比較復(fù)雜。

　　(5)電渣焊。電渣焊是利用電流通過液體熔渣時所產(chǎn)生的電阻熱進行焊接的方法。

　　電渣焊的焊接效率可比埋弧焊提高2～5倍，焊接時坡口準(zhǔn)備簡單，焊接熔池體積較大，焊接區(qū)在高溫停留時問較長，冷卻速度緩慢，焊縫及近縫區(qū)不易形成淬硬組織、冷裂紋、氣孔和夾渣等缺陷，但極易產(chǎn)生熱裂紋，這在一定程度上阻礙了這種高效焊接法在大型重要焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。電渣焊可以焊接各種碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強度鋼、耐熱鋼和中合金鋼，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于鍋爐、壓力容器、重型機械、冶金設(shè)備和船舶等的制造中。另外，用電渣焊可進行大面積堆焊和補焊。

　　(6)激光焊。

　　(7)電子束焊。

　　2.壓力焊

　　(1)電阻焊。

　　電阻焊方法主要有四種，即點焊、縫焊、凸焊和對焊。

　　電阻焊廣泛用于汽車駕駛室、金屬車廂復(fù)板、家具等低碳鋼產(chǎn)品的焊接和低合金鋼、不銹鋼、鋁合金和鐵合金等材料的焊接。

　　1)點焊是一種高速、經(jīng)濟的連接方法。點焊適用于可以采用搭接、接頭不要求氣密、厚度小于3mm的沖壓、軋制的薄板構(gòu)件。

　　2)縫焊廣泛應(yīng)用于油桶、罐頭罐、暖氣片、飛機和汽車油箱的薄板焊接。

　　3)凸焊主要用于焊接低碳鋼和低合金鋼的沖壓件。凸焊的種類多，除板件凸焊外，還有螺帽、螺釘類零件的凸焊、線材交叉凸焊、管子凸焊和板材T形凸焊等。板件凸焊最適宜的厚度為0.5～4.0mm.

　　4)對焊時，兩工件端面相接觸，經(jīng)過電阻加熱和加壓后沿整個接觸面被焊接起來。

　　3.釬焊

　　釬焊的優(yōu)點是容易保證焊件的尺寸精度，同時對于焊件母材的組織及性能的影響也比較小;適用于各種金屬材料、異種金屬和金屬與非金屬的連接;一次完成多個零件或多條釬縫的釬焊;可以釬焊極薄或極細(xì)的零件，以及粗細(xì)、厚薄相差很大的零件。釬焊的缺點是釬焊接頭的耐熱能力比較差，接頭強度比較低，釬焊時表面清理及焊件裝配質(zhì)量的要求比較高。

　　(1)火焰釬焊。

　　(2)電阻釬焊。

　　(3)感應(yīng)釬焊。

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　　(二)常用焊接材料及設(shè)備

　　1.焊接材料

　　(1)手工電弧焊焊接材料。

　　1)焊條的組成。焊條是涂有藥皮的供電弧焊使用的熔化電極，由藥皮和焊芯兩部分組成。焊條的直徑通常為3.2、4、5或6mm等幾種規(guī)格，常用的是3.2、4和5mm三種，其長度一般在250～450mm之間。

　?、俸感?。焊條中被藥皮包覆的金屬芯稱為焊芯。焊芯一般是一根具有一定長度及直徑的鋼絲。焊接時，焊芯本身熔化為填充金屬與母材金屬熔合形成焊縫。

　?、谒幤?。壓涂在焊芯表面的涂層稱為藥皮。藥皮是由各種礦物類、鐵合金有機物和化工產(chǎn)品(水玻璃類)原料組成。藥皮在焊接過程中起著極為重要的作用。若采用無藥皮的光桿焊條焊接，則在焊接過程中，空氣中的氧和氮會大量侵入熔化金屬，將金屬鐵和有益元素碳、硅、錳等氧化和氮化，并形成各種氧化物和氮化物殘留在焊縫中，造成焊縫夾渣或裂紋。而熔入熔池中的氣體可能使焊縫產(chǎn)生大量氣孔，這些因素都能使焊縫的機械性能(強度、沖擊值等)大大降低，同時使焊縫變脆。此外采用光桿焊條焊接，電弧很不穩(wěn)定，飛濺嚴(yán)重，焊縫成形很差。

　　藥皮除具有機械保護作用，還要加入一些還原劑，使電弧燃燒中產(chǎn)生的氧化物還原，以保證焊縫質(zhì)量。

　　通過在焊條藥皮中加入鐵合金或純合金元素，使之隨著藥皮的熔化而過渡到焊縫金屬中去，以彌補合金元素?zé)龘p和提高焊縫金屬的機械性能。

　　總之，藥皮的作用改善了焊接工藝性能，使電弧穩(wěn)定燃燒、飛濺少、焊縫成形好、易脫渣和熔敷效率高。同時也保證焊縫金屬獲得具有合乎要求的化學(xué)成分和機械性能。

　　2)焊條分類。

　?、侔春笚l的用途分類。

　　②按藥皮的主要成分分類。

　?、郯此幤と刍蟮娜墼鼔A度分類。

　?、馨刺厥庑阅芊诸?。

　　3)焊條的選用原則。電弧焊時，通常應(yīng)根據(jù)組成焊接結(jié)構(gòu)鋼材的化學(xué)成分、力學(xué)性能、焊接性和工作環(huán)境等要求，以及焊接結(jié)構(gòu)的形狀、受力情況和焊接設(shè)備類型等方面綜合考慮，以決定選用哪種焊條。

　　①焊接材料的機械性能、化學(xué)成分。

　　a.對于低碳鋼、中碳鋼和低合金鋼，可選用與母材強度等級相應(yīng)的焊條，其抗拉強度等于或稍高于母材。當(dāng)受力情況復(fù)雜時，應(yīng)選用比母材強度低一級的焊條，以保證焊縫既有一定的強度，又能有滿意的塑性。

　　b.對于合金結(jié)構(gòu)鋼，通常要求焊縫金屬的合金成分與母材金屬相同或相近。

　　c.在對焊接結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜、剛性大、接頭應(yīng)力高、焊縫易產(chǎn)生裂紋的情況下，可以考慮選用比母材強度低一級別的焊條。以保證焊縫既有一定的強度，又能有良好的塑性。

　　d.在母材中C、P、S等元素含量偏高時，焊縫易產(chǎn)生裂紋的情況下，應(yīng)選用抗裂性能好的低氫型焊條。

　　e.在焊條的強度確定之后，對于塑性、沖擊性和抗裂性能要求較高(結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、鋼材厚、焊件受動荷載)，低溫條件下工作的焊縫應(yīng)選用堿性焊條。

　　f.當(dāng)焊件焊口處有較多的鐵銹、油污和氧化皮、水分等臟物，且又無法清理時，應(yīng)選用對鐵銹、油污和氧化皮、水分敏感性小和抗氣孔性能較強的酸性焊條。

　　g.低碳鋼與低合金鋼、不同強度等級的低合金鋼等異種鋼間的焊接，一般選用與較低強度等級鋼材相匹配的焊條。

　?、诤讣墓ぷ鳁l件與使用性能。

　　4)焊接參數(shù)的選擇方法。電弧焊的焊接參數(shù)主要有焊條直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接層數(shù)、電源種類及極性等。

　　①焊條直徑的選擇。焊條直徑的選擇主要取決于焊件厚度、接頭型式、焊縫位置及焊接層次等因素。在不影響焊接質(zhì)量的前提下，為了提高勞動生產(chǎn)率，一般傾向于選擇大直徑的焊條。

　?、诤附与娏鞯倪x擇。焊接電流的大小，對焊接質(zhì)量及生產(chǎn)率有較大影響。主要根據(jù)焊條類型、焊條直徑、焊件厚度、接頭型式、焊縫空間位置及焊接層次等因素來決定，其中，最主要的因素是焊條直徑和焊縫空間位置。另外，焊縫的空間位置不同，焊接電流的大小也不同。含合金元素較多的合金鋼焊條，一般電阻較大，熱膨脹系數(shù)大，焊接過程中電流大，焊條易發(fā)紅，造成藥皮過早脫落，影響焊接質(zhì)量，且合金元素?zé)龘p多，因此焊接電流相應(yīng)減小。

　?、垭娀‰妷旱倪x擇。電弧電壓是由電弧長來決定。電弧長，則電弧電壓高;電弧短，則電弧電壓低。在焊接過程中，電弧過長，會使電弧燃燒不穩(wěn)定，飛濺增加，熔深減小，且外部空氣易侵入，造成氣孔等缺陷。因此，要求電弧長度小于或等于焊條直徑，即短弧焊。在使用酸性焊條焊接時，為了預(yù)熱待焊部位或降低熔池溫度，有時將電弧稍微拉長進行焊接，即所謂的長弧焊。

　?、芎附訉訑?shù)的選擇。

　?、蓦娫捶N類和極性的選擇。

　　極性的選擇，則是根據(jù)焊條的性質(zhì)和焊接特點的不同，利用電弧中陽極溫度比陰極溫度高的特點，選用不同的極性來焊接各種不同的焊件。一般情況下，使用堿性焊條或薄板的焊接，采用直流反接;而酸性焊條，通常選用正接。

　　(2)埋弧焊焊接材料。

　　1)焊絲。埋弧焊所用焊絲有實心焊絲與藥芯焊絲兩種。普遍使用的是實心焊絲，有特殊要求時使用藥芯焊絲。

　　2)焊劑。埋弧焊焊劑按用途分為鋼用焊劑和有色金屬用焊劑，按制造方法分為熔煉焊劑、燒結(jié)焊劑和陶質(zhì)焊劑。

　　2.焊接設(shè)備

　　電弧焊的主要設(shè)備是弧焊機?；『笝C可分為交流弧焊機和直流弧焊機兩類。交流弧焊機具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、保養(yǎng)和維護方便等優(yōu)點。直流弧焊機具有焊接電流穩(wěn)定、焊接質(zhì)量高等優(yōu)點。電弧焊的類型很多，包括手弧焊、埋弧焊、氬弧焊、等離子弧焊、水下電弧焊等。

　　(1)手弧焊設(shè)備。

　　(2)埋弧焊設(shè)備。

　　(3)C0 2氣體保護焊設(shè)備。

　　(4)惰性氣體保護焊設(shè)備。

　　(5)等離子弧焊設(shè)備。

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