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§4.2焊接成形方法4.2.1熔焊4.2.2压焊和钎焊1.焊条电弧焊2.埋弧焊3.气体保护电弧焊4.气焊5.电渣焊4.2.1熔焊熔焊——指焊接过程中将焊件加热至熔化状态，而完成焊接的方法。熔焊在焊接生产中占主导地位，适用于各种金属和合金的焊接加工，常见的熔焊方法有电弧焊、气焊、和电渣焊等。焊条电弧焊（习惯称为手弧焊）是以焊接电弧为热源，利用手工操作焊条进行焊接的方法。焊接过程如图4.2.1所示。图4.2.1焊条电弧焊示意图1.焊条电弧焊动画（点击播放）电极与工件接触→产生短路电流→金属熔化、蒸发、汽化为气体，产生电子逸出和气体电离→阴极产生热电子发射→提起电极，形成电场→自由电子高速飞出，撞击空隙气体使其部分电离→带电质点定向运动，相互碰撞和复合，产生大量热和弧光→形成电弧。（1）焊接电弧指在电极与工件间的气体介质中发生的强烈、持久的气体放电现象。1）焊接电弧的产生焊接电弧的产生焊接电弧图4.2.2焊接电弧2）焊接电弧的构成及热量分布（如图4.2.3所示）图4.2.3焊接电弧的构成焊接电弧阴极区阳极区弧柱区阴极区很窄，其产生的热量约占36%，温度约为2400K。弧柱区产生的热量约占20%，中心区温度约为6000～8000K。阳极区比阴极区宽，其产生的热量约占43%，温度约为2600K。图4.2.4直流电源的正接与反接3）正接与反接（如图4.2.4所示）正接反接指工件接阳极，焊条接阴极，适用于焊接较厚的工件。指工件接阴极，焊条接阳极，适用于焊接非铁金属及合金薄钢板，以免烧穿焊件。1）电焊条的组成：如图4.2.5所示。图4.2.5电焊条示意图（2）焊接材料电焊条（即涂有药皮的供焊条电弧焊用的熔化电极）是焊条电弧焊的重要焊接材料。焊芯是电焊条中被药皮包覆的金属芯。①作为电极，产生电弧；②作为填充金属，与母材共同组成焊缝金属；③添加合金元素。作用①改善焊接工艺性；②机械保护作用；③冶金处理作用。药皮是压涂在焊芯表面的涂料层。作用焊芯药皮电焊条图4.2.6焊接材料2）焊条的分类、牌号及型号焊条的分类：(a)焊条按熔渣的化学性质分为两大类酸性焊条溶渣呈酸性(熔渣碱度1.5)，药皮中含大量SiO2、TiO2、FeO、MnO等酸性氧化物。优点：焊条工艺性能良好，成形美观，特别是对锈、油、水分等的敏感度不大，抗气孔能力强。缺点:焊缝金属的力学性能，特别是冲击韧性较低，抗裂性较差。碱性焊条熔渣呈碱性(熔渣碱度1.5)，药皮的主要成分为CaCO3、CaF2、CaSiO3和MgCO3等碱性氧化物。优点：抗裂性能好，特别是冲击韧度较高。承压类特种设备制造中广泛使用碱性焊条缺点：对锈、油、水分较敏感，容易产生气孔缺陷，电弧稳定性差，脱渣性不好，发尘量大。种类酸性碱性保护作用:气保护气体中有氢气,焊缝易产生氢脆。保护气体中氢气少,主要是CO2气体。保护作用:渣渣是氧化性;有元素烧损。渣是还原性;元素烧损少。脱氧较差好去硫、磷差好焊缝抗裂性较差好两种焊条比较电弧稳定性好差飞溅性小大焊缝成型光滑粗糙脱渣性易清除不易清除对口准备容易困难(b)焊条按用途可分为十一大类碳钢焊条、低合金钢焊条、钼和铬钼耐热钢焊条、低温钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条、特殊用途焊条。焊条的型号及牌号：（a）型号——“字母（大写）××××”其中，字母表示焊条类型；前二位数字表示焊缝金属抗拉强度最小值的十分之一，单位MPa；第三位数字表示焊接位置，“0”及“1”表示焊条适用于全位置（平焊、立焊、横焊、仰焊）焊接，“2”为平焊及平角焊，“4”表示焊条适用于向下立焊；第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型。如E5015表示焊缝金属抗拉强度不低于500MPa，适于全位置焊接，药皮类型为低氢钠型，电流种类为直流反接。(b)牌号——“符号（或汉字）×××”表示；其中，符号——表示焊条的类型（详见表4.2.1）；前两位数字——表示各大类中的若干小类（结构钢焊条表示焊缝金属抗拉强度最小值的十分之一，单位为MPa）；最后一位数字——表示药皮类型及焊接电源。如：J422表示结构钢焊条焊缝金属抗拉强度不低于420MPa，药皮类型为氧化钛钙型，电源为直流或交流电源。（3）手工电弧焊的工艺特点及应用工艺特点：①工艺灵活、适应性强；②接头质量好；③设备简单、操作方便；④易于通过工艺调整来控制焊接变形和改善应力；⑤对焊工要求高；⑥劳动条件差、生产率低；应用：手工电弧焊具有非常大的灵活性，可焊接大多数金属，适用于各种焊接位置，而且既可焊薄板也可焊厚板。另外，这种焊接方法的设备投入相对较低。因此，广泛用于制造业、建筑行业和维修行业中。图4.2.7埋弧焊示意图（1）焊接过程如图4.2.7所示。不同牌号焊丝不能混用。以防产生气孔等缺陷。埋弧焊，多为埋弧自动焊：指利用连续送进的焊丝在焊剂层下产生电弧而自动进行焊接的方法。是生产效率较高的机械化焊接方法之一。（3）焊接材料焊丝和焊剂。1）焊丝作用与焊芯相同。2.埋弧焊（2）焊接设备焊机，控制箱和焊接小车。动画（点击播放）图4.2.8埋弧焊设备图4.2.9埋弧焊焊丝2）焊剂即焊接时所用的溶剂，其作用为保护焊缝和对焊缝进行脱氧和渗合金；①按制造方法不同分：焊剂的分类：②按化学成分不同分:主要起保护作用，国内目前使用的绝大多数为熔炼焊剂。熔炼焊剂非熔炼焊剂（又称陶质焊剂）焊剂除保护作用外，还有冶金处理作用。焊剂无锰焊剂；低锰焊剂；中锰焊剂；高锰焊剂；一般焊剂在使用前必须在250℃下烘干，并保温1～2小时左右，保温、烘干后立即使用。（3）埋弧焊的特点与应用1）特点：①效率高，比焊条电弧焊提高生产率5～10倍；②焊接质量高；③劳动强度轻，劳动条件好；④焊丝利用率高，焊剂用量少，省工省料。优点①设备投资较高；②只适用于平焊位置；③不适合焊接厚度小于1mm的薄板；④焊接检验不方便，且对焊前准备要求高。缺点2）应用：主要用于焊接各种钢结构，还可用于在基体金属表面堆焊耐磨、耐蚀合金。特别适用于大批量生产的中、厚板结构的长直焊缝与较大直径的环形焊缝。3.气体保护电弧焊（简称气体保护焊）气体保护电弧焊，是指利用外加气体作电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方法。①采用明弧焊，适用于全位置焊接，有利于焊接过程的机械化和自动化。②热量集中，变形小，尤其适用于薄板焊接。③可用于各种黑色金属和非铁合金的焊接。特点惰性气体（Ar和N2）活性气体（CO2）保护气体氩弧焊方法二氧化碳气体保护焊钨极氩弧焊熔化极氩弧焊钨极脉冲氩弧焊（1）氩弧焊以氩气作为保护气体的气体保护焊方法。氩弧焊按照电极材料不同分为钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊，如图4.2.10所示。1）钨极氩弧焊指采用高熔点的纯钨或钨的合金棒作电极的惰性气体保护焊，又称TIG焊。如图4.2.10a）所示。图4.2.10氩弧焊示意图a)钨极氩弧焊b)熔化极氩弧焊①保护效果好，焊接质量高；②不宜焊接厚板，适用于焊接厚度为6mm以下的薄板；③电弧稳定，焊接变形小；④成本较高，氩弧的紫外线强；⑤需加填充金属。⑥焊接铝、镁及其合金时，应采用交流电源或直流反接，以便获得“阴极破碎”（也叫阴极雾化）作用；钨极氩弧焊特点2）熔化极氩弧焊指用连续送进的金属焊丝作电极并兼作填充金属的隋性气体保护焊，简称MIG焊。如图4.2.10（b）。特点①焊接电流大，生产率高，适宜焊接厚度在25mm以下的中厚板；②常采取直流反接；③结构较复杂，成本较高。图4.2.11熔化极氩弧焊3）钨极脉冲氩弧焊（PC-TIG）采用可控的脉冲电流来加热工件的氩弧焊方法。①适于焊接0.1～5mm的钢材或管材，实现单面焊双面成形，而且适合于各种空间位置的焊接；②适合于易淬硬钢和高强钢的焊接；③焊接质量稳定，焊接接头质量高。特点①适用于焊接易氧化的非铁合金和合金钢；②适用于单面焊双面成形，如打底焊和管子焊接；③适用于薄板焊接。氩弧焊应用氩弧焊设备和焊接材料：焊机和焊丝氩弧焊焊机图4.2.12图4.2.13氩弧焊焊丝1）特点：（2）CO2气体保护焊利用CO2作为保护气体的一种熔化极气体保护焊。①焊接成本低；②生产率高；③变形小，焊接质量好；④明弧焊接，易于控制，适于全位置焊接；优点缺点①飞溅大，焊缝成形差；②设备使用与维修不便；③易产生气孔；④合金元素易氧化、烧损，不宜焊接非铁金属及合金和高合金钢。2）应用：适用于低碳钢和强度级别不高的普通低合金钢的焊接，常用的焊丝为H08Mn2SiA。图4.2.14CO2气体保护焊CO2气体保护焊焊接设备图4.2.15图4.2.16CO2气体保护焊焊丝气焊是利用可燃气体在氧气中燃烧时放出的热量，将母材焊接处熔化而实现连接的一种熔焊方法。4.气焊氧乙炔焰碳化焰：O2/C2H21，乙炔过剩，适用于焊接高碳钢、高速钢、硬质合金等材料，也用于铸铁的补焊。中性焰：O2/C2H2=1~1.2，氧和乙炔充分燃烧，用途最广，适用于焊接低碳钢、低合金钢、不锈钢、紫铜等材料。氧化焰：O2/C2H21.2，氧气过剩，适用于焊接黄铜、青铜等材料。气焊示意图可燃气体有乙炔、氢气、丙烷等。气焊常用的火焰为氧乙炔焰，氧乙炔焰的温度可达3200℃。气焊特点及应用：特点①热影响区宽，变形大；②焊接质量不高；③无需电源，设备简单，费用低，通用性强。1）特点：2）应用：主要用于薄钢板（厚度0.5～3mm）、铜及铜合金的焊接和铸铁的补焊。气焊在无电源的野外施工中应用很多，其他应用目前逐渐减少。电渣焊是利用电流通过液体熔渣产生的电阻热进行焊接的一种方法。5.电渣焊焊接过程：引弧板处引燃电弧熔化焊剂形成渣池电弧熄灭进入电渣焊过程熔化焊丝和工件，形成熔池熔池凝固形成焊缝。1）焊丝：常采用含合金元素较高的焊丝，如：H08MnA、H08Mn2Si等。图4.2.17电渣焊示意图2）焊剂：有专用的电渣焊焊剂，如焊剂360，也可用某些埋弧焊焊剂。焊接材料：动画（点击播放）根据电极形状不同，电渣焊可分为丝极电渣焊、板极电渣焊、熔嘴电渣焊等。电渣焊的特点及应用：特点①焊接厚件时，生产效率高，成本低，不需开坡口，省工省料；②焊缝质量高；③晶粒粗大，热影响区较宽，焊后需正火处理；④焊接适应性较差。应用适用于焊接厚度30mm以上的厚板或大截面结构，可焊接非合金钢、合金钢、铝等金属材料，在重机机械、船舶、压力容器等制造业中应用普遍。小结焊接方法适用范围焊条电弧焊埋弧焊气焊电渣焊CO2气体保护焊钨极氩弧焊熔化极氩弧焊钨极脉冲氩弧焊4.2.2压焊和钎焊1.压焊（1）电阻焊（2）摩擦焊2.钎焊点焊缝焊对焊压焊指焊接过程中对焊件施加压力（加热或不加热）而完成焊接的方法。常用的压焊方法有电阻焊和摩擦焊等。图4.2.18电阻焊示意图（1）电阻焊又称接触焊，指工件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。通常分为点焊、缝焊和对焊三种，如图4.2.18所示。1.压焊1）点焊指将工件装配成搭接接头，并压紧在两柱状电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。如图4.2.18a）所示。焊接过程：“施压通电加热局部熔化形成“熔核”断电，加压形成焊点”。①生产效率高；②操作简便、易实现机械化和自动化；③焊接接头质量高；④焊接变形小；⑤焊缝不需另加填充材料；⑥劳动条件好等优点。但焊接设备复杂，投资大，耗电量大，焊接适应性较差，质量的无损检验较困难。电阻焊的特点在点焊过程中，易出现“分流”现象，故两焊点之间要有一定的距离。焊接设备：点焊机动画（点击播放）点焊机移动式点焊机踏板式点焊机气动式点焊机图4.2.192）缝焊又称滚焊，指将工件装配成搭接或对接接头，并置于滚轮电极之间，滚轮对工件加压并转动，连续或断续通电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。如图4.2.18b）所示。缝焊的焊接过程与点焊相似，缝焊的焊缝可视为点焊焊点的连续叠加。点焊应用主要用于薄板冲压件和钢筋的焊接，板厚一般为0.05～6mm，棒料直径可达25mm。广泛用于汽车、飞机、电子、仪表和日常生活用品的生产。适用材料为低碳非合金钢、不锈钢、铜合金、钛合金和铝镁合金等。动画（