特種焊接技術(shù).doc

在特種焊接技術(shù)這門課程中，我們學(xué)習(xí)了很多焊接方法。有摩擦焊，激光焊，電子束焊，擴(kuò)散焊，冷壓焊和熱壓焊，超聲波焊，鋁熱劑焊，爆炸焊，高頻焊，螺柱焊，釬焊，等等。下面是我對這些焊接方法的認(rèn)識。一、焊條電弧焊（一）、焊接電弧電弧是兩帶電導(dǎo)體之間持久而強烈的氣體放電現(xiàn)象。1電弧的形成（1）焊條與工件接觸短路短路時，電流密集的個別接觸點被電阻熱Q=I2Rt所加熱，極小的氣隙的電場強度很高。結(jié)果：少量電子逸出。個別接觸點被加熱、熔化，甚至蒸發(fā)、汽化。出現(xiàn)很多低電離電位的金屬蒸汽。（2）提起焊條保持恰當(dāng)距離在熱激發(fā)和強電場作用下，負(fù)極發(fā)射電子并作高速定向運動，撞擊中性分子和原子使之激發(fā)或電離。結(jié)果：氣隙間的氣體迅速電離，在撞擊、激發(fā)和正負(fù)帶電粒子復(fù)合中，其能量轉(zhuǎn)換，發(fā)出光和熱。2電弧的構(gòu)造與溫度分布電弧由三部分構(gòu)成，即陰極區(qū)（一般為焊條端面的白亮斑點）、陽極區(qū)（工件上對應(yīng)焊條端部的溶池中的薄亮區(qū)）和弧柱區(qū)（為兩電極間空氣隙）。3、電弧穩(wěn)定燃燒的條件（1）應(yīng)有符合焊接電弧電特性要求的電源a）當(dāng)電流過小時，氣隙間氣體電離不充分，電弧電阻大，要求較高的電弧電壓，方能維持必需的電離程度。b）隨著電流增大，氣體電離程度增加，導(dǎo)電能力增加，電弧電阻減小，電弧電壓降低。但當(dāng)降低到一定程度后，為了維持必要的電場強度，保證電子的發(fā)射與帶電粒子的運動能量，電壓須不隨電流增大而變化。（2）做好清理工作，選用合適藥皮的焊條。（3）防止偏吹。（4）電極的極性在焊接中，采用直流電焊機時，有正接和反接兩種方法。而大量使用的是交流電弧焊設(shè)備，電極的極性頻繁交變，不存在極性問題，1）正接焊件接電源正極，焊條接負(fù)極。一般焊接作業(yè)均采用正接法。2）反接焊件接電源負(fù)極，焊條接正極。一般焊接薄板時，為了防止燒穿，采用反接法進(jìn)行焊接作業(yè)。（二）、焊條電弧焊的焊接過程1焊接過程2焊條電弧焊加熱特點（1）加熱溫度高，而且使局部加熱。焊縫附近金屬受熱極不均勻，可能造成工件變形、產(chǎn)生殘余應(yīng)力以及組織轉(zhuǎn)變與性能變化的不均勻。（2）加熱速度快（1500度/秒），溫度分布不均勻，可能出現(xiàn)在熱處理中不應(yīng)出現(xiàn)的組織和缺陷。（3）熱源是移動的，加熱和冷卻的區(qū)域不斷變化。（三）、電弧焊的冶金特點（1）反應(yīng)區(qū)溫度高，使合金元素強烈蒸發(fā)和氧化燒損。（2）金屬熔池體積小，處于液態(tài)的時間很短，導(dǎo)致化學(xué)成分均勻，氣體和雜質(zhì)來不及浮出而易產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷。（四）、焊條1焊條的組成手弧焊焊條由焊芯和藥皮兩部分組成。（1）焊芯作為電弧焊的一個電極，與焊件之間導(dǎo)電形成電?。辉诤附舆^程中不斷熔化，并過渡到移動的熔池中，與熔化的母材共同結(jié)晶形成焊縫；（2）焊條藥皮藥皮的作用a）對熔池造成有效的氣渣聯(lián)合保護(hù)；b）使熔池內(nèi)金屬液脫氧、脫硫以及向熔池金屬中滲合金，提高焊縫的力學(xué)性能；c）起穩(wěn)弧作用，以改善焊接的工藝性。藥皮的組成a）穩(wěn)弧劑：主要使用易于電離的鉀、鈉、鈣的化合物。b）造渣劑：形成熔渣覆蓋在熔池表面，不讓大氣侵入熔池，且起冶金作用。c）造氣劑：分解出CO和H2等氣體包圍在電弧和熔池周圍，起到隔絕大氣、保護(hù)熔滴和熔池的作用。d）脫氧劑：主要應(yīng)用錳鐵、硅鐵、鈦鐵、鋁鐵和石墨等，脫去熔池中的氧。e）合金劑：主要應(yīng)用錳鐵、硅鐵、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵和鎢鐵等鐵合金。f）粘結(jié)劑：常用鉀、鈉水玻璃。（3）焊條藥皮的種類a）酸性焊條藥皮中含有多量酸性氧化物，如SiO2、TiO2、Fe2O3等。b）堿性焊條藥皮中含有多量堿性氧化物，如CaO、FeO、MnO、Na2O、MgO等。2焊條的種類焊條共分為十大類，即結(jié)構(gòu)鋼焊條、低溫鋼焊條、鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條和特殊用途焊條。3焊條的選用原則（1）選擇與母材化學(xué)成分相同或相近的焊條（2）選擇與母材等強度的焊條（3）根據(jù)結(jié)構(gòu)的使用條件選擇焊條藥皮的類型（五）、焊接接頭的金屬組織和性能的變化1焊件上溫度的變化與分布焊縫區(qū)金屬經(jīng)受有償穩(wěn)狀態(tài)開始被加熱大較高的溫度，然后在逐漸冷卻到常溫這樣一個熱循環(huán)。2焊接接頭處的組織和性能的變化（以低碳鋼為例）3焊接接頭的主要缺陷（1）氣孔氣孔是焊接時熔池中的氣泡在焊縫凝固時未能逸出而留下來形成的空穴。防治措施：a）烘干焊條，仔細(xì)清理焊件的帶焊表面及附近區(qū)域；b）采用合適的焊接電流，正確操作。（2）夾渣夾渣是焊后殘留在焊縫中的熔渣。預(yù)防措施：a）仔細(xì)清理帶焊表面；b）多層焊時層間要徹底清渣；c）減緩熔池的結(jié)晶速度。（3）焊接裂紋a）熱裂熱裂是焊接過程中，焊接接頭的金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)產(chǎn)生的焊接裂紋。預(yù)防措施：減小結(jié)構(gòu)剛度、焊前預(yù)熱、減小合金化、選用抗裂性好的低氫型焊條等。b）冷裂焊接接頭冷卻到較低溫度時產(chǎn)生的焊接裂紋。預(yù)防措施：a）用低氫型焊條并烘干、清除焊件表面的油污和銹蝕；b）焊前預(yù)熱、焊后熱處理。（4）未焊透未焊透是焊接接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：坡口角度或間隙太小、鈍邊過厚、坡口不潔、焊條太粗、焊速過快、焊接電流太小以及操作不當(dāng)?shù)人隆＃?）未溶合未溶合是焊縫與母材之間未完全熔化結(jié)合的現(xiàn)象。 產(chǎn)生原因：坡口不潔、焊條直徑過大及操作不當(dāng)?shù)仍斐?。?）咬邊咬邊是沿焊趾的母材部分產(chǎn)生的溝槽或凹陷的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：焊接電流過大、電弧過長、焊條角度不當(dāng)?shù)人?。（六）、焊接變?焊接應(yīng)力與變形的原因焊接時局部加熱是焊件產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的根本原因。2焊接變形的基本形式3防止與減小焊接變形的工藝措施（1）反變形法（2）加余量法（3）剛性夾持法（4）選擇合理的焊接工藝4減小焊接應(yīng)力的工藝措施（1）選擇合理的焊接順序（2）預(yù)熱法（3）焊后退火處理二、埋弧自動焊電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法，稱為埋弧焊。埋弧焊的引弧、送進(jìn)焊條一般均由自動裝置來完成，因此又稱為埋弧自動焊。（一）、埋弧自動焊的焊接過程（二）、埋弧自動焊的主要特點1、生產(chǎn)率高2、焊接質(zhì)量高而且穩(wěn)定3、節(jié)約焊接材料4、改善了勞動條件5、適用于平焊長直焊縫和較大直徑的環(huán)形焊縫。對于短焊縫、曲折焊縫、狹窄位置及薄板的焊接，不能發(fā)揮其長處。（三）、焊絲和焊劑（四）、埋弧自動焊的工藝特點1、焊前準(zhǔn)備工作要求嚴(yán)格2、焊接熔深大3、采用引弧板和引出板4、采用焊劑墊或鋼墊板5、采用導(dǎo)向裝置五、等離子弧焊與切割（一）、等離子弧的概念1、一般焊接電弧為自由電弧，電弧區(qū)只有部分氣體被電離，溫度不夠集中。2、 當(dāng)自由電弧壓縮成高能量密度的電弧，弧柱氣體被充分電離，成為只含有正離子和負(fù)離子的狀態(tài)時，即出現(xiàn)物質(zhì)的第四態(tài)等離子體。等離子弧具有高溫（1500030000K）、高能量密度（480千瓦/厘米2）和等離子流高速運動（最大可數(shù)倍與聲速） 3、等離子弧焊的三種壓縮效應(yīng)（1）機械壓縮效應(yīng)在等離子槍中，當(dāng)高頻震蕩引弧以后，氣體電離形成的電弧通過焊嘴細(xì)小噴孔，受到噴嘴內(nèi)壁的機械壓縮。（2）熱壓縮效應(yīng)由于噴嘴內(nèi)冷卻水的作用，使靠近噴嘴內(nèi)壁處的氣體溫度和電離度急劇降低，迫使電弧電流只能從弧柱中心通過，使弧柱中心電流密度急劇增加，電弧截面進(jìn)一步減小，這是對電弧的第二次壓縮。（3）電磁收縮效應(yīng)因為弧柱電流密度大大提高而伴生的電磁收縮力使電弧得到第三次壓縮。因三次壓縮效應(yīng)，使等離子弧直徑僅有3mm左右，而能量密度、溫度及氣流速度大為提高。（二）、等離子弧焊的特點1、能量密度大，溫度梯度大，熱影響區(qū)小，可焊接熱敏感性強的材料或制造雙金屬件。2、電弧穩(wěn)定性好，焊接速度高，可用穿透式焊接，使焊縫一次雙面成型，表面美觀，生產(chǎn)率高。3、氣流噴速高，機械沖刷力大，可用于焊接大厚度工件或切割大厚度不銹鋼、鋁、銅、鎂等合金。4、電弧電離充分，電流下限達(dá)0.1A以下仍能穩(wěn)定工作，適合于用微束等離子?。?.230A）焊接超薄板（0.012mm），如膜盒、熱電偶等。六、真空電子束焊真空電子束焊是利用定向高速運動的電子束流撞擊工件使動能轉(zhuǎn)化為熱能而使工件熔化，形成焊縫。真空電子束焊的特點1、在真空中進(jìn)行焊接，焊縫純凈、光潔，呈鏡面，無氧化等缺陷。2、電子束能量密度高達(dá)108瓦/厘米2，能把焊件金屬迅速加熱到很高溫度，因而能熔化任何難熔金屬與合金。熔深大、焊速快，熱影響區(qū)極小，因此對接頭性能影響小，接頭基本無變形。七、激光焊激光焊是以聚焦的激光束作為能源轟擊焊件所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行焊接的方法。激光焊的特點：1、激光焊能量密度大，作用時間短，熱影響區(qū)和變形小，可在大氣中焊接，而不需氣體保護(hù)或真空環(huán)境。2、激光束可用反光鏡改變方向，焊接過程中不用電極去接觸焊件，因而可以焊接一般電焊工藝難以焊到的部位。3、激光可對絕緣材料直接焊接，焊接異種金屬材料比較容易，甚至能把金屬與非金屬焊在一起。4、功率較小，焊接厚度受一定限制。八、電阻焊電阻焊是在焊件組合后通過電極施加壓力，利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱進(jìn)行焊接的工藝方法。電阻焊的種類很多，常用的有點焊、縫焊和對焊三種。（一）、點焊點焊是將焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，形成焊點的電阻焊方法。點焊主要用于薄板焊接。點焊的工藝過程：1、預(yù)壓，保證工件接觸良好。2、通電，使焊接處形成熔核及塑性環(huán)。3、斷點鍛壓，使熔核在壓力繼續(xù)作用下冷卻結(jié)晶，形成組織致密、無縮孔、裂紋的焊點。（二）、縫焊縫焊是將焊件裝配成搭接或?qū)咏宇^，并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓焊件并轉(zhuǎn)動，連續(xù)或斷續(xù)送電，形成一條連續(xù)焊縫的電阻焊方法?？p焊主要用于焊接焊縫較為規(guī)則、要求密封的結(jié)構(gòu)，板厚一般在3mm以下。（三）、對焊對焊是使焊件沿整個接觸面焊合的電阻焊方法。1、電阻對焊電阻對焊是將焊件裝配成對接接頭，使其端面緊密接觸，利用電阻熱加熱至塑性狀態(tài)，然后斷電并迅速施加頂鍛力完成焊接的方法，電阻對焊主要用于截面簡單、直徑或邊長小于20mm和強度要求不太高的焊件。2、閃光對焊閃光對焊是將焊件裝配成對接接頭，接通電源，使其端面逐漸移近達(dá)到局部接觸，利用電阻熱加熱這些接觸點，在大電流作用下，產(chǎn)生閃光，使端面金屬熔化，直至端部在一定深度范圍內(nèi)達(dá)到預(yù)定溫度時，斷電并迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。閃光焊的接頭質(zhì)量比電阻焊好，焊縫力學(xué)性能與母材相當(dāng)，而且焊前不需要清理接頭的預(yù)焊表面。閃光對焊常用于重要焊件的焊接?？珊竿N金屬，也可焊異種金屬；可焊0.01mm的金屬絲，也可焊20000mm的金屬棒和型材。九、摩擦焊摩擦焊是利用焊件表面相互摩擦所產(chǎn)生的熱量，使端面達(dá)到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛完成焊接的一種壓焊方法。摩擦焊的特點：1、由于摩擦，焊件接觸表面的氧化膜和雜質(zhì)被清楚，使焊接接頭組織致密，不產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷。2、即可焊同種金屬，更適合于異種金屬的焊接。3、生產(chǎn)率高。十、釬焊（一）、釬焊的種類根據(jù)釬料熔點不同，釬焊分為硬釬焊和軟釬焊兩種。1、硬釬焊釬料熔點高于450的釬焊為硬釬焊。硬釬料有銅基、銀基、鋁基等合金。釬劑常用鵬砂、硼酸、氟化物、氯化物等。加熱方法有火焰加熱、鹽浴加熱、電阻加熱、高頻感應(yīng)加熱等。硬釬焊接接頭強度高達(dá)490MPa，適用于受力較大及工作溫度較高的工件。2、軟釬焊釬料熔點低于450的釬焊為軟釬焊