01常用焊接方法

第五章常用焊接方法第一节焊条电弧焊手工电弧焊由焊接电源、焊接电缆、焊钳、焊条、焊件、电弧构成回路，焊接时采用焊条和工件接触引燃电弧，然后提起焊条并保持一定的距离，在焊接电源提供合适电弧电压和焊接电流下电弧稳定燃烧，产生高温，焊条和焊件局部被加热到熔化状态。焊条端部熔化的金属和被熔化的焊件金属熔合在一起，形成熔池。在焊接中，电弧随焊条不断向前移动，熔池也随着移动，熔池中的液态金属逐步冷却结晶后便形成了焊缝，两焊件被焊接在一起。引起电弧燃烧的过程称为电弧引燃。电弧引燃有两种方法：一是高频高压引弧法，主要用于钨极惰性气体保护焊中。二是接触短路引弧法，用于手工电弧焊中。一、手工电弧焊对电源的要求。当弧长变化相同时，陡降特性的弧焊电源的焊接电流变化小，有利于焊接电弧的稳定性，因此手工电弧焊要求弧焊电源具有陡降的外特性。三、常用焊条电弧焊电源简介(１)ＢＸ3-300型弧焊变压器焊接电流的两种调节：１.粗调：改变一、二次侧绕组的接线方法（图５-5）。２.细调：改变一、二次侧绕组的距离（图５-６）。目前应用最广泛的“动铁式”交流焊机变压器结构简图如下。它是一个结构特殊的降压变压器，属于动铁芯漏磁式类型。焊机的空载电压为60～70V。工作电压为30V，电流调节范围为50～450A。铁芯由两侧的静铁芯5和中间的动铁芯4组成，变压器的次级绕组分成两部分，一部分紧绕在初级绕组1的外部，另一部分绕在铁芯的另一侧。前一部分起建立电压的作用，后一部分相当于电感线圈。焊接时，电感线圈的感抗电压降使电焊机获得较低的工作电压，这是电焊机具有陡降外特性的原因。焊接电流调节分为粗调、细调两档。电流的细调靠移动铁芯4改变变压器的漏磁来实现。向外移动铁芯，磁阻增大，漏磁减小，则电流增大，反之，则电流减少。电流的粗调靠改变次级绕组的匝数来实现。1—初级绕组；2、3—次级绕组；4—动铁芯；5—静铁芯；6—接线板(2)晶闸管弧焊电源。如图5-7所示，晶闸管弧焊电源主要由三相降压变压器，晶闸管整流器，输出电抗器，触发控制电路和电流、电压反馈电路等组成。三相工频网路电压经三相降压变压器降压后变为几十伏的低压交流电，然后经晶闸管整流器整流变为脉动直流电，再经输出电抗器滤波变为波形较平滑的直流电输出。触发控制电路产生与三相交流电同步的一个电压脉冲信号，然后提供给晶闸管的控制极，使晶闸管导通。并且它接收由电流、电压反馈电路提供的电流、电压变化的信号，经过处理后改变晶闸管导通角，以获得所需的电源外特性。由于晶闸管跃起整流作用，又能够调节电源的外特性和控制电源的通断，从而使结构大为简化：可以用较小的触发功率信号来控制整流器的输出电流(电压)，易于控制；利用不同的反馈方式可获得各种外特性，而且易于进行无级调节；采用电子线路进行控制，反应速度快，与磁放大器式控制的硅弧焊电源相比，其动态反应速度提高了十几倍；晶闸管弧焊电源空载功率损耗较小，功率因数较大、效率高；焊接工艺参数稳定。(3)逆变弧焊电源。将直流电变为交流电的过程称为逆变，采用逆变技术制造的弧焊电源称为逆变弧焊电源，其基本组成和工作原理如图5-8所示。四、焊接工艺参数的选择五、焊条电弧堆焊第二节气体保护电弧焊以外加气体作为电弧介质并保护电弧及焊接区的电弧焊方法，称为气体保护焊。在气体保护焊焊接时，保护气体从焊枪喷嘴中连续不断地喷出，机械地将空气与焊接区隔绝，使电极端部、弧柱区和熔池金属处于保护气罩内，形成局部气体保护层，从而保证焊接过程的稳定性，并获得质量优良的焊缝。气体保护焊按电极是否熔化可分为两种：不熔化极气体保护焊和熔化极气体保护焊，如图5-13所示。不熔化极气体保护焊是采用一根不熔化的电极，因电极只起导电作用，通常用金属钨作为电极材料(钨的熔点很高)，因此常称为钨极气体保护焊。熔化极气体保护焊采用一根或多根熔化电极，电极不仅起导电作用，而且作为填充金属形成焊缝，故常称为焊丝。在焊接过程中焊丝由送丝机构不断向熔池送进(图5-13），保证焊接过程的连续性。熔化极气体保护焊的分类如图5-14所示．钨极氩弧焊简称为TIG焊，它使用熔点很高的纯钨或钨合金(钍钨、铈钨)作为不熔化电极的氩气保护焊，故也称不熔化极氩弧焊。手工钨极氩弧焊和自动钨极氩弧焊接时一般均需另外加入填充焊丝，但有时在焊接薄件时不加填充焊丝。为防止钨极的熔化和烧损，焊接电流不宜过大。电极端部的形状影响电弧的稳定性。第三节气焊与气割氧与乙炔混合比不同，可得到三种不同性质的火焰，即中性焰、碳化焰和氧化焰。1)中性焰中性焰是氧与乙炔容积比值为1.1-1.2的混气气体燃烧形成的火焰，中性焰燃烧后既无过剩的氧，又无游离的碳。2)碳化焰碳化焰是氧与乙炔容积的比值小于1.1时混合气燃烧形成的气体火焰，因为乙炔有过剩量．所以燃烧不完全。碳化焰中含有游离碳，具有较强的还原作用和一定的渗碳作用。3)氧化焰氧化焰是氧与乙快的容积比大于1.2时，混合气燃烧形成的气体火焰。氧化焰中有过剩的氧。火焰的氧化反应剧烈，整个火焰较短，内焰和外焰层次不清．主要由氧气、二氧化碳和水蒸汽组成。一、气焊射吸式焊炬的工作原理：打开氧气调节阀，氧气从喷嘴口快速喷出，并在喷嘴外围造成负压(吸力)；再开乙炔调节阀，乙炔气就会聚集在喷嘴外围，由于氧气射流负压的作用，聚集在喷嘴外围的乙炔气很快被氧气吸出，并按一定的比例与氧气混合，经射吸管、混合气管从焊嘴喷出。射吸式焊炬的特点是利用喷嘴的射吸作用使高压氧气(0.1-0.4MPa)与压力较低的乙炔(0.001-0.1MPa)均匀地按一定比例(体积比约为1﹕1)混合并以相当高的流速喷出。无论是低压乙快，还是中压乙炔都能保证焊炬的正常工作。焊嘴的倾斜角度是指焊嘴中心线与焊件平面之间的夹角。焊嘴倾斜角度的大小主要是根据焊嘴的大小、焊件的厚度、母树的熔点和导热性、焊接位置等因素综合决定的。若焊件越厚，导热性及熔点越高，则应采用较大的焊嘴倾斜角，使火焰的热量集中；相反，则采用较小的倾斜角。焊嘴的倾斜角度在气焊过程中还应根据施焊情况进行变化。焊接刚开始时，为了迅速形成熔池，采用焊嘴的倾斜角度为80°-90°；正常焊接时，焊嘴倾斜角为30°-50°。当焊接结束时，为了更好地填满弧坑和避免烧穿，防止收尾处过热，可将焊嘴倾斜角减小为２0°-３0°，并使焊嘴对准焊丝或熔池交替加热。CO2焊的操作方法按焊枪移动方向不同可分为左焊法和右焊法。右焊法加热集中，热量可以充分利用，熔池保护效果好，而且由于电弧的吹力作用，将熔池金属推向后方，能够得到外形饱满的焊缝，但焊接时不便确定焊接方向，容易焊偏，尤其是对接接头。左焊法电弧对待焊处具有预热作用，能得到较大熔深，焊缝成形得到改善。左焊法观察熔池较困难，但可清楚地观察待焊部分，不易焊偏．所以CO2焊一般都采用左焊法。二、气割割炬又称割刀，是气割工件的主要工具。割炬的作用是使乙炔与氧气按一定比例和方式混合，形成具有一定能率和形状的预热火焰，并在预热火焰中心喷出较高压力的切割氧气流，以便进行气割。割炬的构造必须简单，质量小、使用安全可靠。气割是利用可燃气体(乙块、液化石油气、氢气等)和氧气混合燃烧的火焰，将金属加热到燃烧点，然后喷射出高速氧气流，使金属剧烈燃烧并放出热量，高速氧气流吹掉氧化熔渣，使金属分割开来的方法。1.割嘴沿切割相反方向倾斜（5°-10°）2.割嘴垂直3.割嘴沿切割方向倾斜(5°-10°)１３２割嘴与割件间的倾斜角直接影响气割速度和后拖量.当割嘴沿气割相反方向倾斜一定角度时，能使氧化燃烧过程产生的熔渣吹向切割线的前缘，这样可充分利用燃烧反应产生的热量来减小后拖量，从而可以提高气割速度。割嘴倾角的大小主要根据工件的厚度来确定，一般说来，工件越厚，倾角越小。第四节其它焊接方法１.埋弧焊电弧在焊剂层下燃烧，并进行焊接的方法叫埋弧焊。它是在手工电弧焊基础上发展起来的一种高效率的自动焊接方法，焊接过程如图5-36所示。焊丝送入颗粒状的焊剂下，与焊件产生电弧，使焊丝和焊件熔化形成熔池，熔池金属结品成为焊缝，部分焊剂熔化形成熔渣，并在电弧区域形成一封闭空间，液态熔池凝固后成为渣壳，覆盖在焊缝金属上面。随着电弧沿焊接方向移动，焊丝不断地送进并熔化，焊剂也不断地撤在电弧周围，使电弧埋在焊剂层下燃烧，控制系统保证整个过程自动进行。钎焊是一种母材不熔化，靠熔化的钎料或液相把母材连接起来的方法，钎料与母材界面上可能会发生的诸如溶解、浸润、扩散、化合之类的相互作用。钎料是一种纯金属或合金，其熔点低于母材。合金往往有一个熔化区间，即固相线温度到液相线温度。钎焊温度可介于固相线和液相线温度之间，但大部分钎焊是在比钎料液相线温度高几十度情况下进行的。一般地，我们把液相线高于900℃、不用钎剂的钎焊称为高温钎焊。2.钎焊原理：碳弧气刨及切割是利用碳棒与工件之间产生的电弧，将金属局部加热到熔融状态，同时用压缩空气的气流把熔融金属吹掉，从而达到对金属进行刨削或切割的一种工艺方法，如图5-39所示。3.碳弧气刨设备系统：碳弧气刨的工艺参数：(1)电源极性。碳弧气刨碳钢和合金钢时，采用直流反接。气刨时，电弧稳定，刨削速度均匀，电弧发出连续的刷刷声，刨槽两侧宽窄一致，表面光滑照亮。若极性接错，则电弧发生抖动，并发出断续的嘟嘟声，刨槽两侧呈现与电弧抖动声相对应的圆弧状，此时应将极性倒过来。(2)气刨电流与碳棒直径。气刨电流和碳棒直径成正比，一般可参照下面经验选择电流。式中I——电流，A；d——碳棒直径，mm。对于一定直径的碳棒，如果电流较小，则电弧不稳，且易产生夹碳缺陷；若电流较大，可提高刨削速度，刨槽表面光滑，宽度增大。一般选用较大的电流，易于操作。但电流过大时，碳棒烧损较快，甚至碳棒熔化，造成严重渗碳。碳棒直径的选择与钢板厚度有关，具体见表3-10。(3)刨削速度。刨削速度对刨槽尺寸、表面质量和刨削过程的稳定性有一定的影响。刨削速度应与电流大小和刨槽深度(或碳棒与工件间的倾角)相匹配；刨削速度太快，易造成碳棒与金属短路，电弧熄灭，形成夹碳缺陷。一般刨削速度以0.5～1.2m／min左右为宜。(4)压缩空气的压力。压缩空气的压力，会直接影响刨削速度和槽表面质量。压力高，可提高刨削速度和刨槽表面的光滑程度；压力低，则造成刨槽表面粘渣。一般压缩空气的压力为0.4～0.6MPa。压缩空气所含水分和油分可通过在压缩空气的管路上加过滤装置予以限制。(5)当环境温度低于5℃时，凡常温需预热焊接的钢种，利用碳弧气刨清根和修理缺陷时，也必须预热后方可操作。(6)气刨后应彻底清理槽口，尤其是造成增碳部分应彻底清除。如果刨口产生裂纹等缺陷，应查找原因消除缺陷。4.等离子弧焊1-钨极；2-上枪体；3-水嘴；4-绝缘螺丝；5-进气孔；6-进水孔；7-进粉孔；8-喷嘴；9-螺帽；10-下枪体；11-出水孔；12隔热块；13-导电水嘴喷枪体的详图３.等离子弧焊特点1)弧柱温度高，能量密度大，加热集中，熔透能力强，可以高速施焊，生产率高。2)等离子弧工作稳定，焊接参数调节范围宽，可焊接极薄的金属。但当金属厚度超过8~9mm时，成本较高。3)热影响区窄，焊接变形小。4)由于等离子弧焊的钨极内缩在喷嘴之内，电极不可能与工件相接触，因而没有焊缝夹钨的问题。缺点是电源及电气控制线路较复杂，设备费用约为钨极氩弧焊的2~5倍，焊接参数的调节匹配较复杂，喷嘴的使用寿命短。