安装工程精讲班讲义：焊接及其分类特点

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　　焊接

　　焊接是通过加热或加压或二者并用的方法，将两种或两种以上的同种或异种材料，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，可以连接金属材料和非金属材料。

　　(一)焊接的分类及特点

　　按照焊接过程中金属所处的状态及工艺的特点，可以将焊接方法分为熔化焊(熔焊)、压力焊(压焊)和钎焊三大类。如图2.1.1所示。

　　图2.1.1焊接方法的分类

　　1.熔化焊

　　熔化焊是利用局部加热的方法将连接处的金属加热至熔化状态，然后冷却结晶成一体的焊接方法，可形成牢固的焊接接头。

　　(1)气焊。

　　气焊主要应用于薄钢板、低熔点材料(有色金属及其合金)、铸铁件和硬质合金刀具等材料的焊接，以及磨损、报废车件的补焊、构件变形的火焰矫正等。

　　气焊的优点是设备简单(氧气瓶、乙炔瓶、回火保险器、焊炬、减压器、氧气、乙炔、输送管等)使用灵活;对铸铁及一些有色金属的焊接有较好的适应性;在电力供应不足的地方需要焊接时，气焊可以发挥更大的作用。其缺点是生产效率较低;焊接后工件变形和热影响区较大;较难实现自动化。

　　(2)电弧焊。它的原理是利用电弧放电(俗称电弧燃烧)所产生的热量将焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝，从而获得牢固接头的焊接过程。

　　1)手工焊条电弧焊(简称手弧焊)。

　　手弧焊可以进行平焊、立焊、横焊和仰焊等多位置焊接。

　　手弧焊的主要优点：

　　①操作灵活，可以在任何有电源的地方进行维修及安装中短缝的焊接作业。特别适用于难以达到部位的焊接。

　　②设备简单，使用方便，无论采用交流弧焊机或直流弧焊机，焊工都能很容易地掌握，而且使用方便、简单、投资少。

　　③应用范围广。选择合适的焊条可以焊接多种常用的金属材料，如碳钢、不锈钢、铸铁、铜、铝、镍及合金。可适用于各种厚度和各种结构形状的焊接。

　　手弧焊的主要缺点有;

　　①焊接生产效率低。这是焊条电弧焊最根本的缺点。由于焊条长度有限，焊接电流的选择受到很大的限制;其次需要更换焊条、清除焊渣等辅助时间延长了焊接周期;加之焊条电弧焊是一种浅熔焊接法，厚度大于5mm对接接头必须开坡口及背面清根，以完成全焊透的接头。所以焊条电弧焊是一种低效率焊接法。

　　②劳动条件差。焊工劳动强度大，还会受到弧光辐射、烟尘、臭氧、氮氧化合物、氟化物等有毒物质的危害。

　　③焊接质量不够稳定。焊接质量受焊工的操作技术、经验、情绪的影响。

　　2)埋弧焊。

　　埋弧焊的主要优点是：

　　①热效率较高，熔深大，工件的坡口可较小，减少了填充金属量。

　　②焊接速度高，当焊接厚度为8～10mm的钢板时，单丝埋弧焊速度可达 50～80cm/min。

　　③焊接质量好，焊剂的存在不仅能隔开熔化金属与空气的接触，而且使熔池金属较慢地凝固，减少了焊缝中产生气孔、裂纹等缺陷的可能性。

　　④在有风的环境中焊接时，埋弧焊的保护效果胜过其它焊接方法。

　　埋弧焊的缺点有：

　　①由于采用颗粒状焊剂，这种焊接方法一般只适用于水平位置焊缝焊接。

　　②难以用来焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金。

　　③由于不能直接观察电弧与坡口的相对位置，容易焊偏。

　　④只适于长焊缝的焊接。

　　⑤不适合焊接厚度小于1mm的薄板。

　　由于埋弧焊熔深大，生产效率高，机械化操作的程度高，因而适于焊接中厚板结构的长焊缝和大直径圆筒的环焊缝，尤其适用于大批量生产。

　　(3)气体保护电弧焊(气电焊)。用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊称为气体保护电弧焊，简称气电焊。

　　气电焊与其它焊接方法相比，具有以下特点：

　　1)电弧和熔池的可见性好，焊接过程中可根据熔池情况调节焊接参数;

　　2)焊接过程操作方便，没有熔渣或很少有熔渣，焊后基本上不需清渣;

　　3)电弧在保护气流的压缩下热量集中，焊接速度较快，熔池较小，热影响区窄，焊件焊后变形小;可以焊接薄板;

　　4)可以焊接化学活泼性强和易形成高熔点氧化膜的镁、铝、钛及其合金;

　　5)有利于焊接过程的机械化和自动化，特别是空间位置的机械化焊接;

　　6)在室外作业时，需设挡风装置，否则气体保护效果不好，甚至很差;

　　7)电弧的光辐射很强;

　　8)焊接设备比较复杂，比焊条电弧焊设备价格高。

　　1) 钨极惰性气体保护焊(TIG焊接法)。

　　由于采用非熔化钨极和惰性气体保护，使这种焊接方法具有下列优点：

　　①钨极不熔化，只起导电和产生电弧作用，比较容易维持电弧的长度，焊接过程稳定，易实现机械化;保护效果好，焊缝质量高。

　　②可焊接化学活泼性强的有色金属、不锈钢、耐热钢等和各种合金;对于某些黑色和有色金属的厚壁重要构件(如压力容器及管道)，为了保证高的焊接质量，也采用钨极惰性气体保护焊。

　　③一般不采用直流反接。焊接铝、镁及其合金时，则采用交流电源或直流反接。

　　钨极惰性气体保护焊的缺点有：

　　①熔深浅，熔敷速度小，生产率较低。

　　②只适用于薄板(6mm以下)及超薄板材料焊接。

　　③气体保护幕易受周围气流的干扰，不适宜野外作业。

　　④惰性气体(氩气、氦气)较贵，生产成本较高。

　　2)熔化极气体保护焊(MIG或MAG焊)。

　　MIG(MAG)焊的特点：

　　①和TIG焊一样，它几乎可以焊接所有的金属，尤其适合于焊接有色金属、不锈钢、耐热钢、碳钢、合金钢等材料。

　　②焊接速度较快，熔敷效率较高，劳动生产率高。

　　③MIG焊可直流反接，焊接铝、镁等金属时有良好的阴极雾化作用，可有效去除氧化膜，提高了接头的焊接质量。

　　④不采用钨极，成本比TIG焊低。

　　⑤由于氩为惰性气体，不与任何物质发生化学反应，所以对焊丝及母材表面的油污、铁锈等较为敏感，容易产生气孔，焊前必须仔细清理焊丝和工件。

　　2) CO2 气体保护焊。

　　主要优点：

　　①焊接生产效率高。

　　②焊接变形小、焊接质量较高。

　　③适用范围广。

　　④焊接成本低。

　　⑤焊接时电弧为明弧焊，可见性好，操作简便，容易掌握。

　　不足之处：

　　①焊接飞溅较大，焊缝表面成形较差。

　　②不能焊接容易氧化的有色金属。

　　③抗风能力差，给室外作业带来一定困难。

　　④很难用交流电源进行焊接，焊接设备比较复杂。

　　(4)等离子弧焊。

　　等离子弧焊与钨极惰性气体保护焊相比，有以下特点：

　　1)等离子弧能量集中、温度高，焊接速度快，生产率高。

　　2)穿透能力强，对于大多数金属在一定厚度范围内都能获得锁孔效应，可一次行程完成8mm以下直边对接接头单面焊双面成型的焊缝。焊缝致密，成形美观。

　　3)电弧挺直度和方向性好，可焊接薄壁结构(如1mm以下金属箔的焊接)。

　　4)设备比较复杂、费用较高，工艺参数调节匹配也比较复杂。

　　2.压力焊

　　3.钎焊

　　钎焊是采用熔点低于焊件(母材)的钎料与焊件一起加热，使钎料熔化(焊件不熔化)后，依靠钎料的流动充填在接头预留空隙中，并与固态的母材相互扩散、溶解，冷却后实现焊接的方法。钎焊接头一般强度较低，耐热性差。

　　钎焊可用于各种黑色及有色金属和合金以及异种金属的联接，适宜于小而薄和精度要求高的零件。

　　(1)钎焊的分类

　　(2)钎焊的优点

　　1)对母材的物理化学性能通常没有明显的不利影响(加热温度一般远低于母材的熔点);

　　2)钎焊温度低，可对焊件整体加热，引起的应力和变形小，容易保证焊件的尺寸精度;

　　3)有对焊件整体加热的可能性，可用于结构复杂、开敞性差的焊件，并可一次完成多缝多零件的连接;

　　4)容易实现异种金属、金属与非金属的连接;

　　5)对热源要求较低，工艺过程简单。

　　(3)钎焊的缺点：

　　1)钎焊接头的强度一般比较低、耐热能力差;

　　2)多采用搭接接头形式，增加了母材消耗和结构重量。

　　例题1. 在焊接方法分类中，属于熔化焊的有( )。

　　A.电阻焊

　　B.气焊

　　C.电渣焊

　　D.电子束焊

　　答案：B C D

　　例题2. 与熔化极气体保护焊相比，钨极氩弧焊所不同的特点是()

　　A.可进行各种位置的焊接

　　B.可焊接化学活泼性强的有色金属

　　C.可焊接有特殊性能的不锈钢

　　D.熔深浅，熔敷速度小

　　答案：D

　　解析：本题考点是钨极氩弧焊与熔化极气体保护焊性能比较。

　　钨极惰性气体保护焊具有下列优点：不和金属反应，并自动清除工件表面氧化膜的作用，可焊接化学活泼性强的有色金属、不锈钢、耐热钢等和各种合金;适用于薄板及超薄板材料焊接;可进行各种位置的焊接，也是实现单面焊双面成形的理想方法。不足之处是熔深浅，熔敷速度小，生产率较低;其微粒有可能进入熔池，造成污染(夹钨);惰性气体(氩气、氦气)较贵，生产成本较高。

　　熔化极气体保护焊与钨极气体保护焊不同的是，作为焊极的焊丝在焊接过程中熔化为液态金属，填充在焊缝处。因此其除具备不熔化极气体保护焊的主要优点(可进行各种位置的焊接;适用于有色金属、不锈钢、耐热钢、碳钢、合金钢绝大多数金属的焊接)外，同时也具有焊接速度较快，熔敷效率较高等优点。

　　该题是逆向思维的考核，教材是熔化极气体保护焊与钨极氩弧焊的性能比较，但考核的钨极氩弧焊与熔化极气体保护焊性能比较。所以第一二者共有特性不能选，第二“不同的是”的内容反过来。所以答案为B。

　　例题3.埋弧焊是工业生产中常用的焊接方法，其主要优点有()。

　　A.热效率较高，工件坡口可较小

　　B.焊接速度快，生产效率高

　　C.焊接中产生气孔、裂缝的可能性较小

　　D.适用于各种厚度板材的焊接

　　答案：ABC

　　解析：本题考点是焊接方法，具体为埋弧焊的特点与用途。

　　埋弧焊的主要优点是：

　　① 热效率较高，熔深大，工件的坡口可较小，减少了填充金属量;

　　② 焊接速度高，当焊接厚度为8～10mm的钢板时，单丝埋弧焊速度可达 50～80cm/min;

　　③ 焊剂的存在不仅能隔开熔化金属与空气的接触，而且使熔池金属较慢地凝固，减少了焊缝中产生气孔、裂纹等缺陷的可能性。

　　但由于采用颗粒状焊剂，这种焊接方法一般只适用于平焊位置，且不能直接观察电弧与坡口的相对位置，容易焊偏。另外，不适于焊接厚度小于l mm的薄板。

　　小 结

　　1. 掌握补偿器的特点与用途

　　2. 熟悉常用电气和通信材料的种类、性能和用途。

　　3. 熟练掌握切割的种类、各自工作原理、特点

　　4. 熟练掌握焊接的分类、主要焊接方法的特点和用途。