2018年造價師安裝計量知識點預習：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生原子(分子)間結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到結合的方法。釬焊接頭一般強度較低，耐熱性差。

　　1.熔化焊

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

　　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，應根據工件的化學成分和機械性能選用相應成分或性能的焊絲，有時也可以用從被焊板材上切下的條料作焊絲。

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

　　氣焊的優(yōu)點是設備簡單(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性;在電力供應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)，特別適用于難以達到部位的焊接。適用于各種金屬材料、各種厚度和各種結構形狀的焊接。

　　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：

　?、贌嵝瘦^高，熔深大，工件的坡口可較小，減少了填充金屬量;

　　②焊接速度高。

　?、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，生產效率高，機械化操作的程度高，因而適于焊接中厚板結構的長焊縫。

　　(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，焊接過程中可根據熔池情況調節(jié)焊接參數;

　　•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，需設擋風裝置，否則氣體保護效果不好，甚至很差;

　　①鎢極(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，并自動清除工件表面氧化膜的作用，可焊接化學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件(如壓力容器及管道)，為了保證高的焊接質量，也采用鎢極惰性氣體保護焊。

　?、谌刍瘶O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，對于大多數金屬在一定厚度范圍內都能獲得小孔效應，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、更薄的工件(如1mm以下極薄金屬的焊接);

　　5)設備比較復雜、費用較高，工藝參數調節(jié)匹配也比較復雜。

　　(5)電渣焊。電渣焊是利用電流通過液體熔渣時所產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構中的應用。電渣焊可以焊接各種碳素結構鋼、低合金高強度鋼、耐熱鋼和中合金鋼，現(xiàn)已廣泛應用于鍋爐、壓力容器、重型機械、冶金設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、金屬車廂復板、家具等低碳鋼產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、軋制的薄板構件。

　　2)縫焊廣泛應用于油桶、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的零件，以及粗細、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量的要求比較高。

　　(1)火焰釬焊。

　　(2)電阻釬焊。

　　(3)感應釬焊。

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　　(二)常用焊接材料及設備

　　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。

　?、谒幤ぁ和吭诤感颈砻娴耐繉臃Q為藥皮。藥皮是由各種礦物類、鐵合金有機物和化工產品(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，使電弧燃燒中產生的氧化物還原，以保證焊縫質量。

　　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，以彌補合金元素燒損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成分和機械性能。

　　2)焊條分類。

　　①按焊條的用途分類。

　?、诎此幤さ闹饕煞址诸?。

　　③按藥皮熔化后的熔渣堿度分類。

　?、馨刺厥庑阅芊诸?。

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

　?、俸附硬牧系臋C械性能、化學成分。

　　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的焊條，其抗拉強度等于或稍高于母材。當受力情況復雜時，應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.對于合金結構鋼，通常要求焊縫金屬的合金成分與母材金屬相同或相近。

　　c.在對焊接結構受力復雜、剛性大、接頭應力高、焊縫易產生裂紋的情況下，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，焊縫易產生裂紋的情況下，應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(結構形狀復雜、鋼材厚、焊件受動荷載)，低溫條件下工作的焊縫應選用堿性焊條。

　　f.當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。

　　②焊件的工作條件與使用性能。

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

　?、俸笚l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。在不影響焊接質量的前提下，為了提高勞動生產率，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，對焊接質量及生產率有較大影響。主要根據焊條類型、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，影響焊接質量，且合金元素燒損多，因此焊接電流相應減小。

　?、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。

　?、芎附訉訑档倪x擇。

　?、蓦娫捶N類和極性的選擇。

　　極性的選擇，則是根據焊條的性質和焊接特點的不同，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、燒結焊劑和陶質焊劑。

　　2.焊接設備

　　電弧焊的主要設備是弧焊機?；『笝C可分為交流弧焊機和直流弧焊機兩類。交流弧焊機具有結構簡單、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)手弧焊設備。

　　(2)埋弧焊設備。

　　(3)C0 2氣體保護焊設備。

　　(4)惰性氣體保護焊設備。

　　(5)等離子弧焊設備。

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