材料與成形技術(shù)-4

封面第4章焊接成形4.1概述4.1.1焊接技術(shù)的發(fā)展焊接方法的發(fā)展是以電弧焊和電阻焊為起點的。1885年俄國人別那爾道斯發(fā)明碳極電弧可以看作是電弧作為工業(yè)熱源應(yīng)用的創(chuàng)始。而電弧真正應(yīng)用于工業(yè)，則是在1892年發(fā)現(xiàn)金屬極電弧后，才逐漸開始的。電阻焊是1886年美國人發(fā)明的，它的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用也幾乎與電弧焊同時代。1930年以前，焊接在機器制造工業(yè)中的作用還是微不足道的。當(dāng)時造船、鍋爐、飛機等制造工業(yè)基本上還是用鉚接的方法。鉚接方法不僅生產(chǎn)率極低，而且連接質(zhì)量也不能滿足船體、飛機等產(chǎn)品的發(fā)展要求。100多年前，為了迎接世博會在巴黎召開，法國于1889年建成了埃菲爾鐵塔，就材料進(jìn)步而言，鋼鐵結(jié)構(gòu)取代了傳統(tǒng)的土木結(jié)構(gòu)，使高達(dá)320m的鐵塔屹立在巴黎，鐵塔總重7000t，15000多個金屬件是經(jīng)過冶煉、鑄造、軋制、鍛壓成形和加工制作，用幾十萬顆鉚釘和螺栓連接，而不是采用焊接連接。1930年后，焊接技術(shù)逐漸代替鉚接，成為制造工業(yè)中的一種基本加工方法。鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，給我國焊接行業(yè)，尤其是重型機械金屬結(jié)構(gòu)行業(yè)焊接技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了很大的空間。在我國重型機械金屬結(jié)構(gòu)行業(yè)，高效焊接方法完成的金屬結(jié)構(gòu)件已占其總重量的50％～80％左右，在中小型企業(yè)中，CO2氣體保護(hù)實芯焊絲、埋弧自動焊等方法也得到一定應(yīng)用。4.1.2焊接特點和分類

焊接技術(shù)在汽車制造中得到廣泛的應(yīng)用。汽車的發(fā)動機、變速箱、車橋、車架、車身、車廂六大總成都離不開焊接技術(shù)的應(yīng)用。在汽車零部件的制造中，由于點焊、氣體保護(hù)焊、釬焊具有生產(chǎn)量大，自動化程度高，高速、低耗、焊接變形小、易操作的特點，所以對汽車車身薄板覆蓋零部件特別適合，隨著結(jié)構(gòu)件制備和組裝工藝的改善，高效穩(wěn)定的機器人焊接設(shè)備將極大地提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。

焊接成形技術(shù)的本質(zhì)在于：利用加熱或者同時加熱加壓的方法，使分離的金屬零件形成原子間的結(jié)合，從而形成新的金屬結(jié)構(gòu)。因此焊接技術(shù)主要圍繞著克服焊接中兩類困難而展開：第一為距離的困難，除釬焊以外任何一種焊接技術(shù)，都設(shè)法使分離的被焊材料達(dá)到分子間距離，使其產(chǎn)生強大的分子間結(jié)合力。常用焊接方法第二是克服被焊件表面污染和氧化層的困難，表面污染和氧化層阻礙了被焊材料達(dá)到分子間距離從而產(chǎn)生分子間結(jié)合力，而焊接技術(shù)的一個重要任務(wù)就是設(shè)法消除表面污染和氧化層，使材料順利達(dá)到分子間距離。圍繞著克服這兩類困難，派生出許多焊接方法。根據(jù)焊接過程的特點，可以把常用的焊接方法歸納如下：熔化焊壓力焊釬焊氣焊電弧焊電渣焊電子束焊激光焊焊條電弧焊氣體保護(hù)焊埋弧焊氬弧焊CO2氣體保護(hù)焊電阻焊摩擦焊擴散焊高頻焊點焊縫焊對焊烙鐵釬焊火焰釬焊爐中釬焊1.實現(xiàn)焊接的原理為了達(dá)到焊接的目的，大多數(shù)焊接方法都需要借助加熱或加壓，或同時實施加熱和加壓，以實現(xiàn)原子結(jié)合。從冶金的角度來看，可將焊接區(qū)分為三大類：液相焊接、固相焊接、固-液相焊接。用熱源加熱待焊部位，使其發(fā)生熔化而實現(xiàn)原子間結(jié)合，屬于液相焊接。固相焊接時，必須利用壓力使待焊部位的表面在固態(tài)下直接緊密接觸，并使待焊表面的溫度升高，通過調(diào)節(jié)溫度、壓力和時間使待焊表面充分進(jìn)行擴散而實現(xiàn)原子間結(jié)合。固-液相焊接時待焊表面并不直接接觸，而是通過兩者毛細(xì)間隙中的中間液相相聯(lián)系。在待焊的母材與中間液相之間存在兩個固-液界面，通過固液相間充分進(jìn)行擴散，而實現(xiàn)原子結(jié)合。2.焊接熱源的種類及特征能源是實現(xiàn)焊接的基本條件。焊接熱源應(yīng)具備：(1)熱量高度集中可快速實現(xiàn)焊接；(2)得到致密而強韌的焊縫；(3)控制焊接熱影響區(qū)尺寸。能夠滿足焊接條件的熱源有以下幾種。(1)電弧熱利用氣體介質(zhì)中放電過程所產(chǎn)生的熱能作為焊接熱源，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種焊接熱源，如焊條電弧焊、埋弧自動焊等。(2)化學(xué)熱利用可燃?xì)怏w（氧、乙炔等）或鋁、鎂熱劑燃燒時所產(chǎn)生的熱量作為焊接熱源，如氣焊等。(3)電阻熱利用電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的電阻熱作為焊接熱源，如電阻焊和電渣焊。采用這種熱源所實現(xiàn)的焊接方法，便于實現(xiàn)機械化和自動化，可獲得較高的生產(chǎn)率。(4)高頻熱源對于有磁性的被焊金屬，利用高頻感應(yīng)所產(chǎn)生的二次電流作為熱源，在局部集中加熱，實質(zhì)上也屬電阻熱。由于這種加熱方式熱量高度集中，故可以實現(xiàn)很高的焊接速度，如高頻焊管等。(5)摩擦熱由機械摩擦而產(chǎn)生的熱能作為焊接熱源，如摩擦焊。(6)電子束在真空中，利用高壓高速運動的電子猛烈轟擊金屬局部表面，使這種動能轉(zhuǎn)化為熱能作為焊接熱源，如電子束焊。(7)激光束通過受激輻射而使放射增強的單色光子流，即激光，它經(jīng)過聚焦產(chǎn)生能量高度集中的激光束作為焊接熱源。

3.焊接方法分類

焊接的主要方法為熔化焊、壓力焊和釬焊。熔化焊是利用局部加熱的手段，將工件的焊接處加熱到熔化狀態(tài)，形成熔池，然后冷卻結(jié)晶，形成焊縫的焊接方法。熔化焊簡稱熔焊。壓力焊是在焊接過程中對工件加壓（加熱或不加熱）完成焊接的方法。壓力焊簡稱壓焊。釬焊是利用熔點比母材低的填充金屬熔化以后，填充接頭間隙并與固態(tài)的母材相互擴散實現(xiàn)連接的焊接方法。

焊接工藝的優(yōu)點在于：

(1)接頭的力學(xué)性能與使用性能良好。例如，120萬千瓦核電站鍋爐，外徑6400mm，壁厚200mm，高13000mm，耐壓17.5MPa。使用溫度350℃，接縫不能泄漏。應(yīng)用焊接方法，制造出了滿足上述要求的結(jié)構(gòu)。某些零件的制造只能采用焊接的方法連接。例如電子產(chǎn)品中的芯片和印刷電路板之間的連接，要求導(dǎo)電并具有一定的強度，到目前為止，只能用釬焊連接。

(2)與鉚接相比，采用焊接工藝制造的金屬結(jié)構(gòu)重量輕，節(jié)約原材料，制造周期短，成本低。4.2熔化焊接常用的熔化焊接方法有電弧焊、氣焊、電渣焊、激光焊、電子束焊等。其中電弧焊設(shè)備簡單、使用方便，是目前應(yīng)用最為廣泛的熔化焊方法，主要包括焊條電弧焊、埋弧自動焊、CO2氣體保護(hù)焊、氬弧焊等。4.2.1焊條電弧焊焊條電弧焊是利用手工操縱電焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法，如圖4-1所示。圖4-1焊條電弧焊示意圖1.焊接電弧電弧放電時，產(chǎn)生大量的熱量，同時發(fā)出強烈的弧光。焊條電弧焊就是利用電弧的熱量熔化熔池和焊條的。2.電弧的主要作用力電弧在焊接過程中不僅是個熱源，而且也是個力源。焊接電弧的作用力對于熔池和焊縫的形成，以及焊條端部金屬熔滴的過渡都有重要的影響。電弧的主要作用力有以下幾種。(1)磁收縮力焊接電弧形狀是一個斷面直徑變化的圓錐體，由于它是氣態(tài)導(dǎo)體，因此在電磁收縮力的作用下，徑向壓力將使電弧產(chǎn)生收縮(圖4-3)。從圖中可見，靠近焊條的斷面直徑較小，連接工件的導(dǎo)電斷面直徑較大，軸向壓力將因直徑不同而產(chǎn)生壓力差，從而產(chǎn)生由焊條指向工件的向下推力，這種電弧的壓力稱為電弧的電磁靜壓力。電磁靜壓力作用在熔池上將形成圖4-4a所示的熔池輪廓。圖4-3電弧受電磁力作用圖4-4電磁力對熔池形狀的影響圖4-5電弧中等離子流形成示意圖(2）等離子流力由于上述電磁收縮力引起的軸向推力的作用，使靠近焊條端部處的高溫氣體向工件方向流動(圖4-5)，由于高溫氣體的流動，將引起焊條上方的氣體以一定的速度連續(xù)進(jìn)入電弧區(qū)。這些新進(jìn)入電弧的氣體被加熱電離后受軸向推力的作用不斷沖向工件，對熔池形成附加壓力。這種高溫電離氣體高速流動時所形成的力稱為等離子流力。等離子流力又稱電磁動壓力，其流動速度可達(dá)每秒數(shù)百米，產(chǎn)生的壓力使焊縫形成圖4-4b所示的熔池形狀。

(3）斑點力斑點是陰極發(fā)射電子或陽極導(dǎo)入電子的導(dǎo)電點。斑點力又稱極點力或極點壓力，是電弧施加在電極上的作用力。通常認(rèn)為斑點力可以是正離子和電子對電極的撞擊力，也可以是電磁收縮或電極材料蒸發(fā)的反作用力等。3.電弧的極性及其選擇方法

電弧的兩級與焊接電源的連接方式稱為電弧的極性。交流電弧焊時，電源極性交替變化，所以電弧的兩極可與電源兩接線柱任意連接。直流電弧焊接時，電源兩極固定，因此電弧兩極可以有兩種方式與電源兩極相連接。若焊件與焊機的正極相連接，焊條與負(fù)極相連，稱為正接法或正極性(圖4-6a)，反之，則稱為反接法或反極性(圖4-6b)。在焊條電弧焊中，通常焊厚板時，需要較高的溫度，常采用直流正接法，而焊薄板時，常采用直流反接法。圖4-6電弧極性4.熔滴過渡在電弧熱的作用下，焊條加熱熔化形成熔滴，并在各種力的作用下脫離焊條進(jìn)入熔池，稱之為熔滴過渡。熔滴過渡的形式以及過渡過程的穩(wěn)定性取決于作用在焊條末端熔滴上的各種力的綜合影響，其結(jié)果會關(guān)系到焊接過程的穩(wěn)定性、焊縫成形、飛濺大小、最終影響焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率。5.焊接電弧的靜特性在電極材料、氣體介質(zhì)和弧長一定的情況下，電弧穩(wěn)定燃燒時，焊接電流與電弧電壓變化的關(guān)系稱為焊接電弧的靜特性。表示這兩者關(guān)系的曲線稱為電弧靜特性曲線，如圖4-7所示。該曲線呈U形，可分為三個區(qū)段：ab段，電流密度較小，隨電流增加，電弧電壓急劇下降，故稱下降特性；bc段，電流密度中等，隨電流增加電弧電壓幾乎保持不變，故稱平直特性。焊條電弧焊、埋弧焊和鎢極氬弧焊（TIG）在正常工藝參數(shù)焊接時，其電弧在此段穩(wěn)定燃燒；cd段，電流密度大，隨電流增加電弧電壓上升，故稱上升特性。熔化極氣體保護(hù)焊時，因常用小直徑焊絲，其電流密度較大，所以電弧多在此區(qū)段穩(wěn)定燃燒。圖4-7不同弧長的電弧靜特性曲線6.焊縫形成過程不同的電極材料、氣體介質(zhì)或電弧長度，對電弧靜特性均有影響，在其他條件不變的情況下弧長增加，電弧電壓也升高，電弧靜特性曲線的位置相應(yīng)升高，當(dāng)電流—定時，電弧電壓與弧長成正比。焊縫形成過程如圖4-1所示。焊接時，在電弧高熱的作用下，被焊金屬局部熔化，在電弧的吹力作用下，被焊金屬上形成了卵形的凹坑。這個凹坑稱為熔池。焊條藥皮熔化過程中會產(chǎn)生某種氣體和液態(tài)熔渣。產(chǎn)生的氣體充滿在電弧和熔池的周圍，起到隔絕空氣的作用。液態(tài)熔渣浮在液體金屬表面，起保護(hù)液體金屬的作用。此外，熔化的焊條金屬向熔池過渡，不斷填充焊縫。熔池中的液態(tài)金屬、液態(tài)熔渣和氣體之間進(jìn)行著復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)，稱之為冶金反應(yīng)，這種反應(yīng)對焊縫的質(zhì)量有較大的影響。熔渣的凝固溫度低于液態(tài)金屬的結(jié)晶溫度，冶金反應(yīng)中產(chǎn)生的雜質(zhì)與氣體能從熔池金屬中不斷被排出。熔渣凝固后，均勻地覆蓋在焊縫上。

4.2.2埋弧自動焊圖4-8埋弧焊機埋弧自動焊焊接時，電弧被焊劑所包圍。引弧、送絲、電弧沿焊接方向移動等過程均由焊機自動完成(圖4-8、圖4-9)。埋弧焊和焊條電弧焊都屬于渣保護(hù)的電弧焊方法。埋弧自動焊焊接過程中，工件被焊處覆蓋著一層厚30~50mm的顆粒狀焊劑，焊絲連續(xù)送進(jìn)，并在焊劑層下產(chǎn)生電弧。電弧的熱量使焊絲、工件和焊劑都熔化，形成金屬熔池和熔渣。液態(tài)熔渣構(gòu)成的彈性膜包圍著電弧與熔池，使它們與空氣隔絕。隨著焊絲自動向前移動，電弧不斷熔化前方的母材金屬、焊絲與焊劑，熔池后面的金屬冷卻形成焊縫，液態(tài)熔渣隨后也冷凝形成渣殼。圖4-9埋弧焊示意圖

焊接不同的材料，應(yīng)選擇不同的焊絲與焊劑。如焊接低碳鋼，常用H08A焊絲與焊劑431（高錳高硅型焊劑）。埋弧焊的特點是：

(1)焊接電流大（比手工電弧焊大5~10倍），熔深大，生產(chǎn)率高。

(2)對焊接熔池的保護(hù)好，焊接質(zhì)量高。埋弧焊主要用于焊接厚度大的直線平焊焊縫與大直徑環(huán)形平焊焊縫，廣泛用于鍋爐、容器、造船等金屬結(jié)構(gòu)。4.2.3氣體保護(hù)焊焊條電弧焊是以熔渣保護(hù)焊接區(qū)域的。由于熔渣中含有氧化物，因此用焊條電弧焊焊接容易氧化的金屬材料，如高合金鋼、鋁及其合金等時，不易得到優(yōu)質(zhì)焊縫。氣體保護(hù)焊是利用特定的某種氣體作為保護(hù)介質(zhì)的一種電弧焊方法。常用的保護(hù)氣體有氬氣和二氧化碳?xì)鈨煞N。1.二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是以氣體作為保護(hù)介質(zhì)的氣體保護(hù)焊方法。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊用焊絲做電極，焊絲是自動送進(jìn)的。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊分為細(xì)絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊（焊絲直徑0.5～1.2mm）和粗絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊（焊絲直徑1.6～5.0mm）。細(xì)絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊用得較多，主要用于焊接0.8～4.0mm的薄板。此外，藥芯焊絲的二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊現(xiàn)在也日益廣泛使用。其特點是焊絲是空心管狀的，里面充滿焊藥，焊接時形成氣-渣聯(lián)合保護(hù)，可以獲得更好的焊接質(zhì)量。圖4-10二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊示意圖

利用CO2氣體作為保護(hù)介質(zhì)，可以隔離空氣。CO2氣體是一種氧化性氣體，在焊接過程中會使焊縫金屬氧化。故須采取脫氧措施，即在焊絲中加入脫氧劑，如硅、錳等。

二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的主要優(yōu)點是：

(1)生產(chǎn)率高比手工電弧焊高1～5倍。工作時連續(xù)焊接，不需更換焊條，不要敲渣；

(2)成本低氣體是很多工業(yè)部門的副產(chǎn)品，成本較低。

CO2氣體保護(hù)焊是一種重要的焊接方法，主要用于焊接低碳鋼和低合金鋼。在汽車工業(yè)和其它工業(yè)部門中廣泛應(yīng)用。2.氬弧焊

氬弧焊是用氬氣作為保護(hù)氣體的一種氣體保護(hù)焊方法。氬氣是惰性氣體，不與金屬起化學(xué)反應(yīng)，也不溶解于液體金屬，所以是一種可靠的保護(hù)介質(zhì)。氬弧焊可以獲得高質(zhì)量的焊縫。氬弧焊是焊接不銹鋼的主要方法，也廣泛用于焊接鋁合金、鈦合金、鋯合金等材料；用于航空航天、核工業(yè)等部門。氬弧焊分為鎢極氬弧焊（TIG焊）和熔化極氬弧焊（MIG焊）。

1)鎢極氬弧焊（TIG焊）鎢極氬弧焊如圖4-11所示。鎢極氬弧焊的特點是用鎢作為電極。鎢的熔點較高。鎢極在焊接時不熔化，僅起產(chǎn)生電弧、發(fā)射電子的作用。焊接時，在鎢極與工件之間建立電弧，填充焊縫的焊絲從一側(cè)進(jìn)入。鎢極氬弧焊一般用于焊接4mm以下的薄板。

4-11鎢極氬弧焊示意圖2)熔化極氬弧焊（MIG焊）

熔化極氬弧焊利用金屬焊絲作為電極，焊絲自動送進(jìn)并熔化。熔化極氬弧焊的焊接電流比鎢極氬弧焊大，適合焊接3～25mm的中、厚板。主要用于焊接不銹鋼與有色合金。熔化極氬弧焊焊絲熔化后，以噴射過渡的形式過渡到熔池。噴射過渡不產(chǎn)生焊絲和工件的短路現(xiàn)象。電弧燃燒穩(wěn)定，飛濺很小。

4.2.4電渣焊電渣焊如圖4-12所示。電渣焊焊接時將工件分開一定的距離，用兩塊水冷滑塊和工件一起構(gòu)成熔渣池與金屬熔池。電流通過液態(tài)熔渣時產(chǎn)生電阻熱，熔化焊絲和母材從而形成焊縫。與其他熔焊方法比較，電渣焊焊接速度較饅，具有下列特點：

(1)可以一次焊接很厚的工件，從而可以提高焊接生產(chǎn)率。常焊的板厚約在30~500mm。工件不需開坡口，只要兩工件之間有一定裝配間隙即可，因而可以節(jié)約大量填充金屬和加工時間。圖4-12電渣焊示意圖(2)以立焊位置焊接由于熔渣比重較輕，底部熔池凝固后，浮在頂部的熔渣產(chǎn)生的電阻熱又不斷熔化金屬母材而建立新的熔池，立焊位置能保證焊接不斷進(jìn)行。(3)焊縫組織均勻，金屬液純凈熔池中的氣體和雜質(zhì)較易通過熔渣析出，故一般不易產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷。由于焊接速度較慢，近縫區(qū)加熱和冷卻速度緩慢，減少了近縫區(qū)產(chǎn)生淬火裂縫的可能性。

(4)便于調(diào)整焊縫金屬的化學(xué)成分由于母材熔深較易調(diào)整和控制，所以使焊縫金屬中的填充金屬和母材金屬的比例可在很大范圍內(nèi)調(diào)整，這對于調(diào)整焊縫金屬的化學(xué)成分及降低有害雜質(zhì)具有特殊意義。但是，由于焊縫金屬和近縫區(qū)在高溫(1000℃以上)停留時間長，易引起晶粒粗大，產(chǎn)生過熱組織，造成焊接接頭沖擊韌度降低。所以對某些鋼種焊后一般都要求進(jìn)行正火或回火熱處理。電渣焊主要用于鋼材或鐵基金屬的焊接，一般宜焊接板厚在30mm以上的金屬材料。4.3壓力焊和釬焊4.3.1電阻焊電阻焊是利用接觸電阻熱將接頭加熱到塑性或熔化狀態(tài)，再通過電極施加壓力，形成原子間結(jié)合的焊接方法。電阻焊如圖4-12所示。電流在通過焊接接頭時會產(chǎn)生接觸電阻熱。由于材料的接觸電阻很小。所以電阻焊所用的電流很大（幾千到幾十萬安培）。電阻焊可分為點焊、縫焊、凸焊、對焊。圖4-13電阻焊示意圖1.點焊

點焊如圖4-13a所示，在被焊工件上焊出單獨的焊點。點焊時首先將工件疊合，放置在上下電極之間壓緊。然后通電，產(chǎn)生電阻熱。工件接觸處的金屬被加熱到熔化狀態(tài)形成熔核。熔核周圍的金屬則加熱到塑性狀態(tài)，并在壓力作用下形成一個封閉的包圍熔核的塑性金屬環(huán)。電流切斷后，熔核金屬在壓力作用下冷卻并結(jié)晶成為組織致密的焊點。在電極和工件接觸處，也會產(chǎn)生接觸電阻熱。由于電極由銅制成，銅的導(dǎo)熱性能好，所以電極和工件一般不會焊在一起。

點焊時，可根據(jù)需要分別采用點焊硬規(guī)范和點焊軟規(guī)范。所謂點焊硬規(guī)范是指采用較大的焊接電流，較快的焊接速度，瞬間完成焊接。點焊軟規(guī)范是指采用較小的焊接電流，較慢的焊接速度，完成焊接時間較長。點焊硬規(guī)范生產(chǎn)率較高，但不宜用于淬硬性較高的金屬的焊接。而點焊軟規(guī)范生產(chǎn)率較低，但由于焊接速度較慢，不易使工件淬硬，故適宜于淬硬性傾向較大的材料的焊接。點焊主要用于焊接搭接接頭,焊接厚度一般小于3mm?？梢院附犹间摗⒉讳P鋼、鋁合金等。點焊在汽車制造中大量使用，同時也廣泛應(yīng)用于航空航天、電子等工業(yè)。3.凸焊

凸焊(圖4-13c)的特點是在焊接處事先加工出一個或多個突起點，這些突起點在焊接時和另一被焊工件緊密接觸。通電后，突起點被加熱，壓塌后形成焊點。由于突起點接觸提高了凸焊時焊點的壓強,并使焊接電流比較集中。所以凸焊可以焊接厚度相差較大的工件。多點凸焊可以提高生產(chǎn)率，并且焊點的距離可以設(shè)計得比較小。

縫焊的特點是在被焊工件的接觸面之間形成多個連續(xù)的焊點(圖4-13b)?？p焊過程與點焊類似，可以看成連續(xù)的點焊。縫焊時用轉(zhuǎn)動的圓盤狀電極代替點焊的固定電極。由于縫焊兩鄰近的焊點距離無限小，分流現(xiàn)象嚴(yán)重，為了保證焊接時的電流密度，縫焊的板厚不易太大，一般應(yīng)小于3mm。

縫焊焊縫平整，有較高的強度和氣密性，常用于焊接密封薄壁容器。2.縫焊（滾焊）4.對焊

對焊(圖4-13d)的特點是使被焊工件的兩個接觸面連接。對焊分為電阻對焊和閃光對焊。1)電阻對焊電阻對焊的焊接過程如下：在電極夾具中裝工件并夾緊─加壓，使兩個工件緊密接觸─通電流─接觸電阻熱加熱接觸面到塑性狀態(tài)─切斷電流─增加壓力─形成接頭。電阻對焊接頭外形勻稱，但接頭強度比閃光對焊低。2)閃光對焊

閃光對焊的焊接過程如下：在電極夾具中裝工件并夾緊（使工件不緊密地接觸，真正接觸的是一些點）─通電流─接觸點受電阻熱熔化及氣化─液體金屬發(fā)生爆裂，產(chǎn)生火花與閃光─繼續(xù)移動工件─連續(xù)產(chǎn)生閃光─端面全部熔化─迅速加壓工件─切斷電流─工件在壓力下產(chǎn)生塑性變形─形成接頭。

閃光對焊的特點是工件裝夾時不緊密接觸，使形成點接觸處的電流密度很大，形成閃光，清除了焊縫表面的氧化物和污染物，故焊前對焊件表面的清理要求不高，焊后接頭強度和塑性均較好。閃光對焊廣泛用于焊接鋼筋、車圈、管道和軸等。4.3.2摩擦焊摩擦焊的焊接過程如圖4-15所示。摩擦焊的熱能來源于焊接端面的摩擦。其焊接過程如下：工件1高速旋轉(zhuǎn)─工件2向工件1方向移動─兩工件接觸時減慢移動速度，加壓─摩擦生熱─接頭被加熱到一定溫度─工件1迅速停止旋轉(zhuǎn)─進(jìn)一步加壓工件2─保壓一定時間─接頭形成。摩擦焊焊接時接頭表面的摩擦和變形清除了氧化膜，促進(jìn)了金屬原子的擴散，頂鍛過程破碎了焊縫中的脆性合金層。摩擦焊的焊縫組織是晶粒細(xì)化的鍛造組織，接頭質(zhì)量很好。摩擦焊產(chǎn)品的廢品率很小，生產(chǎn)率高，適用于單件和批量生產(chǎn)，在發(fā)動機軸、石油鉆桿等產(chǎn)品的軸桿類零件中應(yīng)用較廣。圖4-15摩擦焊示意圖4.3.3釬焊

釬焊時母材不熔化。釬焊時使用釬劑、釬料。將釬料加熱到熔化狀態(tài)，液態(tài)的釬料潤濕母材，并通過毛細(xì)管作用填充到接頭的間隙，進(jìn)而與母材相互擴散，冷卻后形成接頭。釬焊接頭的形式一般采用搭接（圖4-16），以便于釬料的流布。釬料放在焊接的間隙內(nèi)或接頭附近。釬劑的作用是去除母材和釬料表面的氧化膜，覆蓋在母材和釬料的表面，隔絕空氣，具有保護(hù)作用。釬劑同時可以改善液體釬料對母材的潤濕性能。焊接電子零件時，釬料是焊錫，釬劑是松香。釬焊是連接電子零件的重要焊接工藝。釬焊可分為兩大類：硬釬焊與軟釬焊。硬釬焊的特點是所用釬料的熔化溫度高于450℃。接頭的強度大。用于受力較大、工作溫度較高的場合。所用的釬料多為銅基、銀基等。釬料熔化溫度低于450℃的釬焊是軟釬焊。軟釬焊常用錫鉛釬料，適用于受力不大、工作溫度較低的場合。圖4-16熔焊與釬焊接頭的區(qū)別4.4焊接冶金過程和接頭組織轉(zhuǎn)變

按釬焊的加熱方式，釬焊可分為烙鐵釬焊、爐中釬焊、感應(yīng)釬焊、真空釬焊等。釬焊的特點是接頭光潔、氣密性好。因為焊接的溫度低，所以母材的組織和性能變化不大。釬焊可以連接不同的材料。釬焊接頭的強度和耐高溫能力比其它焊接方法差。釬焊廣泛用于硬質(zhì)合金刀頭的焊接以及電子工業(yè)、電機、航空航天等工業(yè)。4.4.1焊接冶金過程焊接過程中，焊接接頭金屬將發(fā)生一系列的物理、化學(xué)反應(yīng)，稱為熔化焊焊接冶金過程，包括液相冶金、熔池結(jié)晶、焊縫和熱影響區(qū)的組織變化等。1.熔焊液相冶金的特點焊接液相冶金特點較之一般煉鋼，具有反應(yīng)溫度更高、熔化金屬與外界接觸面積更大、反應(yīng)時間很短等特點。鋼的焊接與煉鋼的液相冶金比較見表4-1。表4-1鋼的焊接與煉鋼的冶金比較類

別比表面積（m3/kg1）溫度/℃相間接觸時間/s熔滴熔池(1～10)×10-3(0.25～1.1)×10-31800～24001770±1000.01～1.06～40煉鋼(1～10)×10-61600～1700(1.8～9)×1032.保證焊縫質(zhì)量的措施熔焊冶金反應(yīng)時間雖短，但由于溫度很高，各相間接觸面積大而加速了冶金反應(yīng)，增加了合金元素的燒損和蒸發(fā)；同時，高溫時，氫、氮等有害氣體容易溶入，由于熔池凝固很快，氣體和渣來不及上浮溢出，源于母材、焊芯和藥皮中的夾雜物如磷、硫等侵入焊縫。氮化物和氫分子使焊縫嚴(yán)重脆化，磷、硫與鐵可形成低熔點共晶體，使鋼產(chǎn)生熱裂傾向，同時磷化鐵硬而脆，使鋼的冷脆性加大。這些都使焊縫的力學(xué)性能下降。20世紀(jì)30年代以前，雖然電弧焊早已發(fā)明，但由于不能解決焊接冶金困難，焊接質(zhì)量很差，所以焊接遲遲不能得到廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)30年代以后，發(fā)明了藥皮焊條，解決了焊接冶金困難問題，使焊接技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。所以，人們把焊條藥皮的發(fā)明稱作為焊接史上的“里程碑”。焊條藥皮是工業(yè)上常用的保護(hù)焊縫質(zhì)量的方法，它起到了以下作用：(1)造氣焊條藥皮或焊劑在高溫下會產(chǎn)生氣體，隔離了空氣，使弧柱和熔池受到保護(hù)。(2)造渣焊條藥皮或焊劑熔化后產(chǎn)生熔渣，浮在熔池表面，隔絕空氣，使熔池受到機械保護(hù)。4.4.2焊接接頭的組織轉(zhuǎn)變(3)滲合金通過藥皮、焊劑或焊條、焊絲向金屬熔池滲合金，添加硅、錳等有益元素，以彌補其燒損，并進(jìn)行脫氧、脫硫、脫磷，也可滲入其他合金元素，從而保證和調(diào)整焊縫的化學(xué)成分。焊接接頭按組織和性能的變化不同，可分為焊縫金屬區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)等區(qū)域，其劃分如圖4-17所示。1.熔池結(jié)晶的特點和結(jié)晶形態(tài)

焊接熔池的結(jié)晶過程與一般冶金和鑄造時液態(tài)金屬的結(jié)晶過程并無本質(zhì)上的區(qū)別，也服從液相金屬凝固理論的一般規(guī)律，但與煉鋼和鑄造冶金過程相比，它有以下特點：(1)熔池金屬體積很小，周圍是冷金屬、氣體等，故金屬處于液態(tài)的時間很短，手工電弧焊從加熱到熔池冷卻往往只有十幾秒，各種冶金反應(yīng)進(jìn)行得不充分。(2)熔池中反應(yīng)溫度高，往往高于煉鋼爐溫200℃，使金屬元素強烈地?zé)龘p和蒸發(fā)。(3)熔池的結(jié)晶是一個連續(xù)熔化、連續(xù)結(jié)晶的動態(tài)過程。2.焊接接頭的組織和性能(1)焊縫金屬區(qū)熔焊時，焊縫金屬區(qū)指由焊縫表面和熔合線所包圍的區(qū)域，在凝固后的冷卻過程中，焊縫金屬可能產(chǎn)生硬、脆的淬硬組織甚至出現(xiàn)焊接裂紋。通過嚴(yán)格控制焊縫金屬的碳、硫、磷含量，滲入合金元素和細(xì)化晶粒等措施，可使其力學(xué)性能不低于母材金屬。(2)熔合區(qū)焊縫與母材交接的過渡區(qū)，即熔合線處微觀顯示的母材半熔化區(qū)，因此，熔合區(qū)也稱半熔化區(qū)。該區(qū)的加熱溫度在固、液相之間，由鑄態(tài)組織和過熱組織構(gòu)成，可能出現(xiàn)淬硬組織。該區(qū)的化學(xué)成分和組織都很不均勻，力學(xué)性能很差，是焊接接頭中最薄弱的部位之一，常是焊接裂紋的發(fā)源地。雖然熔合區(qū)只有0.1~1mm，但它對焊接接頭的性能有很大影響。(3)熱影響區(qū)在焊接過程中，材料因受熱的影響（但未熔化）而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域，稱為熱影響區(qū)。

①

過熱區(qū)焊接熱影響區(qū)中，具有過熱組織或晶粒顯著粗大的區(qū)域稱為過熱區(qū)。此區(qū)的寬度約1-3mm。由于溫度高，晶粒粗大，使塑性和韌性降低。焊接剛度大的結(jié)構(gòu)時，常在過熱區(qū)產(chǎn)生裂紋。

②

相變重結(jié)晶區(qū)此區(qū)寬度約為1.2～4.0mm。由于金屬發(fā)生了重結(jié)晶，隨后在空氣中冷卻，因此可以得到均勻細(xì)小的正火組織。相變重結(jié)晶區(qū)的金屬力學(xué)性能良好。圖4-17焊接接頭及熱影響區(qū)

③

不完全重結(jié)晶區(qū)此區(qū)只有部分組織發(fā)生相變。由于部分金屬發(fā)生了重結(jié)晶，冷卻后可獲得細(xì)化的鐵素體和珠光體，而未重結(jié)晶的部分金屬則得到粗大的鐵素體。由于晶粒大小不一，故力學(xué)性能不均勻表4-2不同焊接方法熱影響區(qū)的平均寬度(mm)焊縫及熱影響區(qū)的大小和組織性能變化的程度取決于焊接方法、焊接規(guī)范、接頭形式等因素。采用熱量集中的焊接方法，可以有效地減小熱影響區(qū)的寬度。在保證焊接質(zhì)量的前提下減小熱輸入，如加快焊接速度或減小焊接電流，均有利于減小熱影響區(qū)。實際上，接頭的破壞常常是從熱影響區(qū)開始的。為消除熱影響區(qū)的不良影響，對于重要的鋼結(jié)構(gòu)，焊前可預(yù)熱工件，以減緩焊件上的溫差及冷卻速度或采用其它措施，也可以采用焊后熱處理，如正火或調(diào)質(zhì)處理以改善焊接接頭組織和力學(xué)性能。焊接方法過熱區(qū)相變重結(jié)晶區(qū)不完全重結(jié)晶區(qū)總寬度焊條電弧焊埋弧焊電渣焊CO2氣體保護(hù)焊真空電子束焊2.2～3.00.8～1.218～201.5～2.0－1.5～2.50.5～1.75.0～7.02.0～3.0－2.2～3.00.7～1.02.0～3.01.5～3.0－6.0～8.52.3～4.025～305.0～8.00.05～0.754.5焊接結(jié)構(gòu)工藝性使用焊接方法制造的金屬結(jié)構(gòu)稱為焊接結(jié)構(gòu)。船體、球罐、起重機臂等都是焊接結(jié)構(gòu)。4.5.1.焊接應(yīng)力與變形1.焊接殘余應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因結(jié)構(gòu)件在焊接以后易產(chǎn)生變形，內(nèi)部易產(chǎn)生殘余應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力會增加結(jié)構(gòu)工作時的應(yīng)力，降低結(jié)構(gòu)的承載能力。焊接變形則使結(jié)構(gòu)的形狀尺寸不符合圖紙要求。焊接加熱是局部進(jìn)行的。焊接時焊縫被加熱，焊縫區(qū)域應(yīng)膨脹。但是由于焊縫區(qū)域周圍的金屬未被加熱和膨脹，所以該部分的金屬制約了焊縫區(qū)受熱金屬的自由膨脹。焊縫冷卻后，焊縫區(qū)域比周圍區(qū)域短。但是焊縫周圍區(qū)域沒有縮短。從而阻礙焊縫區(qū)域的自由收縮，產(chǎn)生焊接以后工件的變形與應(yīng)力。2.焊接變形的基本形式

焊接變形的基本形式如圖4-19所示，主要有以下幾種。(1)收縮變形焊接后金屬構(gòu)件縱向和橫向尺寸的縮短，這是由于焊縫縱向和橫向收縮引起的。(2)角變形由于焊縫截面上下不對稱，焊縫橫向收縮沿板厚方向分布不均勻，使板繞焊縫軸轉(zhuǎn)一角度。此變形易發(fā)生于中、厚板開坡口的焊件中。(3)彎曲變形因焊縫布置不對稱，引起焊縫的縱向收縮沿焊件高度方向分布不均勻而產(chǎn)生。(4)波浪變形薄板焊接時，因焊縫區(qū)收縮產(chǎn)生的壓應(yīng)力使板件失穩(wěn)而形成。(5)扭曲變形當(dāng)焊前裝配質(zhì)量不好，焊后放置不當(dāng)或焊接順序和施焊方向不合理，都可能產(chǎn)生扭曲變形。3.焊接應(yīng)力和變形對焊接結(jié)構(gòu)的影響

焊接不均勻加熱引起的焊接殘余應(yīng)力及變形，可能與工作應(yīng)力疊加，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。焊接變形還可能引起結(jié)構(gòu)的幾何不完善，產(chǎn)生附加應(yīng)力，直接影響結(jié)構(gòu)強度。4.焊接變形的控制

1)合理的結(jié)構(gòu)及接頭設(shè)計設(shè)計結(jié)構(gòu)時，盡可能減少焊縫數(shù)量，焊縫的布置和坡口型式盡可能對稱，焊縫的截面和長度盡可能小。2)合理的焊接工藝設(shè)計(1)焊前組裝時，采用反變形法（圖4-20b）。一般按測定和經(jīng)驗估計的焊接變形方向和程度，組裝時使工件反向變形，以抵消焊接變形。同樣，也可采用預(yù)留收縮余量來抵消尺寸收縮。圖4-20焊前組裝時采用反變形法圖4-21剛性固定法(2)剛性固定法能限制產(chǎn)生焊接變形，但應(yīng)注意剛性固定會產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力。(圖4-21)。(3)工藝上采用合理的焊接順序，即盡可能對稱地選擇焊接次序(圖4-22)。例如，如果焊縫較長，從一端到另一端需較長時間，溫度分布不均勻，焊后變形較大,可將焊縫全長分成若干段，各段依次焊接，且各段施焊方向與焊縫的總焊接方向相反，這樣每段的終點與前一段的起點重合，溫度分布較均勻，從而減少了焊接應(yīng)力和變形。圖4-22采用合理的焊接次序5.焊接變形的矯正方法矯正變形的基本原理是產(chǎn)生新變形抵消原來的焊接變形。機械矯正法是用機械加壓或錘擊的冷變形方法，產(chǎn)生塑性變形來矯正焊接變形，如圖4-23所示?；鹧婕訜岢C正的原理與機械矯正法相反，它是利用火焰局部加熱后的冷卻收縮，來抵消該部分已產(chǎn)生的伸長變形，如圖4-24所示。圖4-23機械矯正法圖4-24火焰加熱矯正法4.5.2焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計要避免焊縫密集交叉，焊縫截面和長度也要盡可能小，從而減少焊接殘余應(yīng)力。圖4-25a、b焊縫交叉密集，圖4-25c、d焊縫布置合理。(2)將焊件預(yù)熱到350~400℃后再進(jìn)行焊接，是一種減少焊接應(yīng)力的有效方法。

(3)錘擊焊縫。

(4)去應(yīng)力退火。加熱溫度為550~650℃，該方法可消除殘余應(yīng)力80%左右，是最常用、最有效的方法。圖4-25避免焊縫密集交叉1.常見的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計（表4-3）6.減少和消除焊接殘余應(yīng)力的措施表4-3常見焊接件結(jié)構(gòu)的設(shè)計不合理結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)設(shè)計理由焊縫應(yīng)均勻?qū)ΨQ布置，可防止焊接應(yīng)力分布不對稱而產(chǎn)生的變形焊縫不能交叉密集焊條運條角度太大焊條無操作空間埋弧焊焊接時應(yīng)能堆放焊劑續(xù)表不合理結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)設(shè)計理由環(huán)形圓筒焊接不能采用角焊縫，而應(yīng)采用對接焊縫，以減少應(yīng)力集中避免焊縫靠近加工面大跨度梁焊接時，焊縫應(yīng)避開應(yīng)力最大處焊縫布置在薄壁處，以減少焊接工作量和焊接缺陷為減少應(yīng)力集中，厚度應(yīng)有斜過渡盡量選用型鋼組焊2.焊接接頭與坡口焊接接頭的基本形式有對接、搭接、T形接頭等。

當(dāng)工件厚度較大時，無法焊透，需要開坡口。手工電弧焊對接接頭的坡口形式如圖4-26所示。其它的坡口形式可以參考有關(guān)手冊。圖4-26對接接頭的坡口形式常采用碳弧氣刨(使用石墨棒或碳棒與工件間產(chǎn)生的電弧將金屬熔化，并用壓縮空氣將其吹掉，實現(xiàn)在金屬表面上加工溝槽的方法。)、切削加工等方法開坡口。3.焊縫位置的設(shè)計

焊縫的不同位置對焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量有重要的影響。焊接結(jié)構(gòu)中焊縫的位置，應(yīng)按以下原則安排：

(1)結(jié)構(gòu)的工作應(yīng)力較大處應(yīng)避免設(shè)計焊縫。

(2)焊縫應(yīng)避免十字交叉或密集交叉。

(3)焊縫應(yīng)盡量對稱。

(4)焊縫應(yīng)避開焊后要進(jìn)行機械加工的部位。(5)應(yīng)該考慮到焊接操作的空間。4.6焊接性和常用金屬材料的焊接4.6.1金屬焊接性的概念金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性稱為金屬材料的焊接性。金屬焊接性包含兩方面內(nèi)容：在一定的工藝條件下，一定的金屬對焊接缺陷的敏感性（接合性能）；以及在一定的工藝條件下，一定的金屬的焊接接頭對使用要求的適應(yīng)性（使用性能）。金屬的焊接性反映了一定的金屬在一定的條件下獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。碳當(dāng)量法是根據(jù)化學(xué)成分對鋼材焊接熱影響區(qū)淬硬性的影響程度，粗略地評價焊接時產(chǎn)生冷裂及脆化傾向的估算方法。在鋼材成分中，對熱影響區(qū)硬化影響最大的是碳含量，把碳和碳以外的合金元素的影響換算成等效的碳含量，即為碳當(dāng)量。對金屬材料進(jìn)行焊接性評價時，一般首先可通過該法來初步估算。碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼常用的碳當(dāng)量公式為：

CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/5

根據(jù)一般經(jīng)驗，CE＜0.4％時，焊接性優(yōu)良，焊接時一般不需要預(yù)熱；CE＝0.4%~0.6％時，鋼材淬硬傾向明顯，需要預(yù)熱及采用工藝措施；CE＞0.6％時，焊接性差，需要較高的預(yù)熱溫度和嚴(yán)格的工藝措施。4.6.2常用金屬材料的焊接1.低碳鋼的焊接

低碳鋼的wc<0.25％，焊接性良好，焊接時沒有淬硬、冷裂傾向。焊接低碳鋼通常不需要采取特別的措施。2.低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接

低合金結(jié)構(gòu)鋼主要用于制造壓力容器、鍋爐、車輛等金屬結(jié)構(gòu)。低合金結(jié)構(gòu)鋼可用焊條電弧焊、埋弧焊或氣體保護(hù)焊焊接。如用氣體保護(hù)焊，則強度級別低的低合金結(jié)構(gòu)鋼可采用CO2氣體保護(hù)焊，強度級別高于500MPa的則可采用富氬混合氣體(Ar80%+CO220%)保護(hù)焊。強度級別低的低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接性良好，如工件的板厚不大，則焊接時不需要預(yù)熱。如焊接的工件的厚度較大，例如16Mn的板厚大于32mm，或焊接時的環(huán)境溫度較低，則應(yīng)考慮預(yù)熱。強度級別高的低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接性較差。焊接時的主要問題是冷裂紋?？梢暻闆r在焊接前進(jìn)行預(yù)熱，焊接后進(jìn)行去除應(yīng)力熱處理。3.中碳鋼的焊接中碳鋼的碳含量高，淬硬傾向大，焊接性較差。中碳鋼焊接時的主要問題是冷裂紋，應(yīng)在焊前預(yù)熱，焊后緩冷，并在焊接工藝上采取措施，如采用小電流、多層多道焊等。4.不銹鋼的焊接

不銹鋼分為奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼。不銹鋼焊接多采用氬弧焊或焊條電弧焊。奧氏體不銹鋼的焊接性良好，可采取焊條電弧焊或氬弧焊等。焊接時采用化學(xué)成分接近的焊條或焊絲。焊接時不需要采取特殊的措施。鐵素體不銹鋼焊接的主要問題是晶粒的過熱長大和裂紋，可進(jìn)行焊前預(yù)熱并采用小電流、大焊速進(jìn)行焊接。馬氏體不銹鋼的焊接性較差，容易產(chǎn)生冷裂紋。可進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理。5.鑄鐵的焊接

鑄鐵碳含量高，塑性低，焊接性差。鑄鐵焊接的主要問題是容易產(chǎn)生裂紋。半熔化區(qū)容易產(chǎn)生白口組織。白口組織中的碳以Fe3C的形式存在，故硬度高、脆性大，難于進(jìn)行機械加工。為了提高鑄鐵的焊接性，可以采用熱焊法焊接。熱焊時采用焊條電弧焊或氣焊。熱焊法適用于焊接形狀復(fù)雜及焊后需機械加工的的工件，如氣缸缸體等。熱焊時，將工件局部預(yù)熱到600～700℃。焊后緩慢冷卻。這樣焊接應(yīng)力小，不易產(chǎn)生裂紋。所用的焊條可采用鑄鐵焊條Z248等。6.鋁合金的焊接

機床底座等工件的焊補，預(yù)熱不方便，焊后也無需機械加工，此時可采用冷焊法。冷焊鑄鐵可采用鎳基鑄鐵焊條手工電弧焊進(jìn)行，焊接前不預(yù)熱。焊接時采用小電流，分段焊等工藝措施。鋁合金的表面有一層致密的氧化膜，這層氧化膜的熔點高于鋁合金本身。這就成為鋁合金焊接時的一個問題。氬弧焊可以焊接鋁合金。在氬氣電離后的電弧中，質(zhì)量較大的氬正離子在電場力的加速下撞擊工件表面（工件接負(fù)極），使氧化膜表面破碎并清除，焊接過程得以順利進(jìn)行。此即所謂“陰極破碎”作用。其他熔焊方法焊接鋁合金難以保證質(zhì)量。氬弧焊焊鋁時，應(yīng)注意工件和焊絲的清理。8mm之下的鋁合金板可采用鎢極氬弧焊，8mm以上的鋁合金板可采用熔化極氬弧焊。使用鎢極氬弧焊焊鋁合金，通常應(yīng)使用交流電源。這樣既可以產(chǎn)生陰極破碎作用，又可以使鎢極不至于太熱。鋁合金也可以采用電阻焊和釬焊進(jìn)行焊接。20世紀(jì)末，發(fā)展了攪拌摩擦焊焊接鋁合金，形成了鋁合金固相焊接技術(shù)。4.7金屬切割使固體材料分離的方法稱切割。切割常常是焊接的前道工序，因為被焊工件所需的幾何形狀和尺寸，絕大多數(shù)是通過切割方法來實現(xiàn)的。現(xiàn)代工程材料切割的方法很多，大致可歸納為冷切割和熱切割兩大類。前者是在常溫下利用機械能使材料分離，最常見的是剪切、鋸切(如條鋸、圓片鋸、砂片鋸等)、銑切等，也包括近年發(fā)展的水射流切割；后者是利用熱能使材料分離，最常見的是氣體火焰切割，等離子弧切割和激光切割等，由于切割時都伴隨熱過程，故統(tǒng)稱為熱切割。4.7.1氣割氣割又稱氧氣切割，是廣泛應(yīng)用的下料方法。氣割的原理是利用預(yù)熱火焰將被切割的金屬預(yù)熱到燃點，再向此處噴射氧氣流。被預(yù)熱到燃點的金屬在氧氣流中燃燒形成金屬氧化物。同時，這一燃燒過程放出大量的熱量，這些熱量將金屬氧化物熔化為熔渣。熔渣被氧氣流吹掉，形成切口。接著，燃燒熱與預(yù)熱火焰又進(jìn)一步加熱并切割其他金屬。因此，氣割實質(zhì)上是金屬在氧氣中燃燒的過程。金屬燃燒放出的熱量在氣割中具有重要的作用。并非所有的金屬都可以被氣割?？梢员粴飧畹牟牧媳仨殱M足以下三個條件：(1)該金屬在氧氣中燃燒時放出大量的熱量，這些放出的熱量足以使下層金屬具有足夠的預(yù)熱溫度，氣割因此得以連續(xù)進(jìn)行。(2)金屬的燃點低于金屬的熔點這樣金屬可以在固態(tài)狀態(tài)時燃燒并被切割。否則金屬如先熔化，則切口將不平整。(3) 熔渣的熔點低于金屬的熔點，否則固態(tài)的熔渣將阻礙氧氣與下一層的金屬接觸。實際上，碳含量超過1%的鋼一般難以氣割。不銹鋼、鑄鐵、銅與鋁等材料都不能氣割，可以用后述的等離子弧切割方法進(jìn)行熱切割。圖4-27氣割4.7.2等離子弧切割等離子弧是一種較高能量密度的電弧熱源，顯著有別于普通電弧的電弧形態(tài)與能量特征，在材料的焊接、切割和表面工程等領(lǐng)域，具有特殊的應(yīng)用范圍。等離子弧是一種受到約束的非自由電弧，也稱壓縮電弧，是借助以下三大壓縮效應(yīng)而產(chǎn)生的。(1)機械壓縮效應(yīng)利用等離子弧發(fā)生器的噴嘴孔道來約束電弧，使氣體的導(dǎo)電通道被限制在噴嘴孔道內(nèi)，該約束稱為機械壓縮效應(yīng)。(2)熱壓縮效應(yīng)采用一定流量的冷卻水冷卻噴嘴，以降低噴嘴溫度。當(dāng)弧柱通過噴嘴孔道時，較低的噴嘴溫度使噴嘴內(nèi)壁形成一層冷氣膜，迫使弧柱導(dǎo)電截面進(jìn)一步減小，稱為熱壓縮效應(yīng)。(3)磁壓縮效應(yīng)電弧電流自身產(chǎn)生磁場使弧柱向心收縮，從而使弧柱截面減小。電流密度越大，磁壓縮作用越強，這種由電流自身磁場產(chǎn)生的收縮稱為磁壓縮效應(yīng)。經(jīng)上述三大壓縮作用，溫度、能量密度、等離子體流速得以顯著增大的電弧稱為等離子弧。1.等離子弧的形成2.等離子弧的能量特性

等離子弧的高溫、高能量密度和高穿透能力等特性，賦予了該熱源在材料焊接和切割領(lǐng)域具有某種特殊的優(yōu)勢。目前在焊接生產(chǎn)領(lǐng)域，等離子弧切割應(yīng)用相當(dāng)普遍，而等離子弧焊接，相對其他弧焊方法而言卻應(yīng)用較少，這可能與該方法的設(shè)備和工藝較復(fù)雜有關(guān)。等離子弧的溫度高達(dá)30000℃，高于所有金屬及其氧化物的熔點，可以熔化各種金屬材料包括高熔點材料，等離子弧切割原理如圖4-28。用傳統(tǒng)的氧-乙炔切割方法難以切割的材料，如鑄鐵、有色合金等，均可用等離子弧切割。

等離子弧的氣流速度可達(dá)聲速的4倍以上，切割時具有很強的穿透能力。等離子弧有兩種形式：轉(zhuǎn)移電弧與非轉(zhuǎn)移電弧。采用非轉(zhuǎn)移電弧時，工件不參與導(dǎo)電，可以用來切割非金屬，但是電弧的強度不如轉(zhuǎn)移電弧，轉(zhuǎn)移電弧通常用于切割金屬。圖4-28等離子弧切割原理示意圖4.7.3碳弧氣刨碳弧氣刨是使用碳棒或石墨棒作電極，與工件間產(chǎn)生電弧，將金屬熔化，并用壓縮空氣將熔化金屬吹除的一種表面加工溝槽的方法。在焊接生產(chǎn)中，主要用來刨槽、消除焊縫缺陷和背面清根。碳弧氣刨有下列特點：(1)手工碳弧氣刨時，靈活性很大，可進(jìn)行全位置操作。可達(dá)性好，非常簡便。(2)清除焊縫的缺陷時，在電弧下可清楚地觀察到缺陷的形狀和深度。(3)噪聲小，效率高。用自動碳弧氣刨時，具有較高的精度，減輕勞動強度。碳弧氣刨的缺點是：碳弧有煙霧、粉塵污染和弧光輻射，此外，操作不當(dāng)容易引起槽道增碳。4.7.4水射流切割水射流切割是一種新的切割技術(shù)，實際上就是在高壓水條件下進(jìn)行切割。水射流切割最早出現(xiàn)在加拿大。水射流切割的速度是普通切割的20倍，而切割成本則是一般工具切割的五分之一。水射流切割的噴嘴直徑通常只有0.076～0.635mm，高壓水流速度達(dá)1000m/s以上，噴射時壓強為200MPa～400MPa，噴水量可達(dá)80L/min。因此，水射流切割可以輕松自如地切割各種材料，能把幾厘米厚的鋼板切開，也可以“鋸出”各種帶曲線的圖案和帶花紋的原件，以及精密度要求很高的各種零部件?？梢郧懈罱饘佟⒉Ａ?、陶瓷、塑料等幾乎所有的材料。4.8膠接膠接是利用膠粘劑連接零件的一種連接方法，同焊接、機械連接（鉚接、螺栓連接）統(tǒng)稱為三大連接技術(shù)。膠接在汽車、航空航天和其他工業(yè)中有重要的應(yīng)用。一架軍用飛機所用的膠粘劑多達(dá)幾百公斤。4.8.1膠接的基本原理日用膠水為人們所熟悉。工業(yè)用的膠粘劑主要是由粘性物質(zhì)為基料，再加以各種添加劑構(gòu)成的。常用的基料有環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、有機硅樹脂、氯丁橡膠、丁腈橡膠等。常用的添加劑有固化劑、稀釋劑等。膠粘劑的形態(tài)有液體、糊狀、固態(tài)。常用的膠粘劑的性能和用途參看表4-5。表4-5常用膠粘劑的性能和用途牌號主要成份

特性用途101線型聚酯、異氰酸酯室溫固化可粘結(jié)金屬、塑料、陶瓷、木材等501、502(瞬干膠)α-氰基丙烯、酸酯單體室溫下接觸水氣瞬間固化。膠膜不耐水?？焖倌z接各種材料。914(一般結(jié)構(gòu)膠)環(huán)氧樹脂等室溫3h固化適用各種材料的膠接、修補SW-2(一般結(jié)構(gòu)膠)環(huán)氧樹脂等室溫24h固化適用各種材料的膠接、修補J-03(高強度結(jié)構(gòu)膠)酚醛樹脂、丁腈橡膠等固化條件：165℃、2h可膠接各種材料J-09(高溫膠)酚醛樹脂、聚硼有機硅氧烷可在450℃短時間工作可膠接不銹鋼、陶瓷等Y-150(厭氧膠)甲基丙烯酸環(huán)氧酯膠液填入空隙后隔絕空氣1-3h可固化用于防止螺釘松動。接頭密封、防漏4.8.3膠接工藝膠接的基本原理如下：

(1)機械的粘合作用膠粘劑分子滲入被粘材料表面的空穴內(nèi)，固化后產(chǎn)生機械咬合作用。

(2)分子間的微觀粘合作用膠粘劑分子與被粘材料分子接觸時，因為界面分子之間的相互作用、擴散、靜電等原因，產(chǎn)生相互作用力。4.8.2膠接的主要特點膠接可以連接金屬、木材、塑料、陶瓷等同種或異種材料。膠接減少了工件因焊接、鉚接引起的變形和應(yīng)力集中。膠接接頭應(yīng)力分布均勻，工件的疲勞壽命增加，膠結(jié)接頭具有密封性。膠結(jié)的缺點是強度低于焊接或鉚接，且接頭一般不耐高溫。1.接頭設(shè)計

(1)膠接頭設(shè)計的原則：避免過多的應(yīng)力集中，減少剝離力、彎曲力的產(chǎn)生；合理增大膠接面積，以提高膠接頭承載能力；對層壓制品的膠接要防止層間剝離。(2)膠接頭的基本形式：常用的膠接接頭如圖4-29所示，有搭接接頭(圖4-29a)、槽接接頭(圖4-29b)、對接接頭(圖4-29c)、斜接接頭(圖4-29d)、角接接頭(圖4-29e)、套接接頭(圖4-29f)等類型。原則上應(yīng)少用對接，盡量采用搭接或槽接，以增大膠接面積，提高接頭的承載能力。圖4-29膠接接頭的主要類型2.典型的膠接工藝典型的膠接工藝如下：清理表面─涂膠─晾置─裝配─固化─檢驗清理表面的一般方法是：先用水洗或擦干凈待膠接的表面，再用丙酮等溶液去油。然后，用打磨或銼削等方法粗化表面，以增大膠接的接觸面積。涂膠的厚度以0.05~0.20mm為好，厚度太大會使膠接強度降低。涂膠以后，須在一定的溫度下將工件晾置一段時間，然后將所膠接的工件緊密地貼合在一起。4.8.4膠接應(yīng)用舉例固化是指膠接劑通過物理作用或化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w的過程。固化的參數(shù)是溫度、壓力和時間，不同的膠粘劑有不同的固化溫度與時間。壓力有利于工件的緊密接觸，也有利于膠粘劑的擴散滲透。膠接接頭的檢驗內(nèi)容包括：接頭有無氣孔、缺膠、裂紋，是否完全固化等。檢驗的辦法包括超聲波探傷、X射線探傷等。膠接接頭的檢驗工作比較困難。膠接可以修補圖4-30所示的氣缸體。修補時先在裂紋的末端鉆止裂孔，然后用玻璃布涂膠覆蓋在裂紋上面。膠接是制造飛機的重要技術(shù)（圖4-31）。汽車制造也應(yīng)用膠接技術(shù)，一些汽車的風(fēng)擋玻璃是膠接在車身上的。圖4-31直升飛機旋翼的膠接圖4-30氣缸體裂紋的膠補4.9現(xiàn)代焊接技術(shù)隨著科學(xué)的發(fā)展，尤其是汽車、航空、航天、核工業(yè)等的發(fā)展，焊接技術(shù)也在不斷地向高質(zhì)量、高生產(chǎn)率、低能耗的方向發(fā)展。目前，出現(xiàn)了許多新技術(shù)、新工藝，拓寬了焊接技術(shù)的應(yīng)用范圍。4.9.1電子束焊接

電子束焊接方法屬于高能密度焊接方法，其原理如圖4-32所示，它是利用空間定向高速運動的電子束撞擊工件后將部分動能轉(zhuǎn)化為熱能，從而熔化被焊工件，形成焊縫的。電子束焊的特點是：(1)焊接時的能量密度大電子束功率為束流及其加速電壓的乘積。焊接用的電子束電流為幾十毫安到幾百毫安，最大可達(dá)1000mA以上；加速電壓為幾千伏到幾百千伏；所以電子束功率能從幾十千瓦達(dá)到100kW以上。由于電子的質(zhì)量小、束流值又不大，所以借助電子光學(xué)系統(tǒng)能把束流功率會聚到直徑小于1mm的束斑范圍內(nèi)。這樣電子束束斑（或稱焦點）的功率密度可達(dá)106W/cm2～108W/cm2，比電弧功率密度約高100倍～1000倍。圖4-32電子束焊原理由于電子束的功率密度大、加熱集中、熱效率高、形成相同焊縫接頭需要的熱量輸入小，所以適宜于難熔金屬及熱敏感性強的金屬材料的焊接。而且焊后變形小，可對精加工零件進(jìn)行焊接。(2)可以焊出寬度小、深度大的焊縫通常電弧焊的熔深熔寬比很難超過2，而電子束焊的比值可高達(dá)20以上。所以電子束焊接工藝能容易地形成基本上不產(chǎn)生角變形的平行邊焊縫接頭。(3)熔池周圍氣氛純度高真空電子束焊的真空度一般為6.65×10－2Pa，其污染程度為0.66×10－6，比99.99%的氬氣還要純潔幾百倍左右。因此，真空電子束焊不存在焊縫金屬污染問題，所以特別適合焊接化學(xué)活潑性強、純度高和極易被大氣污染的金屬，如鋁、鈦、鋯、鉬、鈹、高強鋼、高合金鋼和不銹鋼等。(4)焊接規(guī)范參數(shù)調(diào)節(jié)范圍廣，適應(yīng)性強電子束焊的各個規(guī)范參數(shù)，不像電弧焊那樣受焊縫形成和焊接過程穩(wěn)定性的制約而相互牽連，它們能各自單獨進(jìn)行調(diào)節(jié)，且調(diào)節(jié)范圍很寬，例如束流可以從幾毫安到幾百毫安、加速電壓可從幾千伏到幾百千伏、焊接高度從幾十毫米到幾百毫米，都能焊出滿意的焊縫。電子束焊可焊的金屬范圍很廣，并能焊接一般焊接方法難以施焊的復(fù)雜形狀的工件，因此電子束焊被譽為多能的焊接方法。電子束焊的特點4.9.2激光焊接

1.激光焊的歷史和發(fā)展

1960年，人類歷史上出現(xiàn)了第一臺激光器──紅寶石激光器。激光器用于激光加工的方法包括：激光打孔、激光切割、激光熱處理、激光涂覆、激光重熔處理、激光合金化、激光上釉、激光打標(biāo)、激光成形、激光模型制造、激光珩磨、激光配平、激光微加工和激光焊接等諸多技術(shù)，涉及產(chǎn)品加工制造的各個領(lǐng)域。1965年，有人開始嘗試用激光作為焊接熱源。大功率CO2和Nd:YAG激光器的出現(xiàn)，為以快速加熱為基礎(chǔ)的激光加工方法發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1985年，美國克萊斯勒汽車公司首次將激光用于新型四速變速器齒輪的焊接。這也是激光焊接第一次用于汽車工業(yè)。隨后英國的阿斯頓?馬丁公司和德國的奔馳公司也將激光焊接用于各自的新型變速器齒輪焊接生產(chǎn)中，焊接深度達(dá)5mm，焊接效率較電子束焊提高50％。目前國外已安裝了各種激光焊機接近10000臺，多數(shù)用于汽車工業(yè)。至今，國外各大汽車公司，如：通用、福特、奔馳、豐田、大眾、寶馬、菲亞特等，已全部擁有自己的激光焊接生產(chǎn)線。且激光加工機數(shù)量以每年20％的速度增長。目前，激光加工技術(shù)用于最多的地區(qū)主要集中在歐洲、北美和遠(yuǎn)東地區(qū)。僅在2005年就有33％、25％和34％的激光加工機被分別安裝在上述各個地區(qū)。2.激光焊接的類型和特點激光焊接是近年來增長最快，也是發(fā)展最為被看好的一項激光加工技術(shù)。按形成焊縫的方式不同分為熱傳導(dǎo)型激光焊接和激光深熔焊兩種類型。千瓦連續(xù)CO2激光器的問世，使照在工件表面的激光功率密度達(dá)106～107W/cm2。實現(xiàn)了基于“小孔效應(yīng)”的激光深熔焊，即激光焊接中，由于金屬材料瞬間汽化，在激光束中心處形成小孔（或稱匙孔），通過小孔激光束能量傳入工件深部，且?guī)缀跞勘晃铡＜す馊酆负附铀俣瓤?，焊縫深且窄，熱影響區(qū)小，表現(xiàn)出許多不同的特點及優(yōu)勢，因此發(fā)展迅速，廣泛應(yīng)用于汽車、造船、機械及電子領(lǐng)域。目前，除激光傳導(dǎo)焊、激光深熔焊、激光硬釬焊、激光軟釬焊外，又相繼問世了激光雙光束焊接、激光填絲焊、激光復(fù)合焊、遠(yuǎn)程激光焊接等新的焊接方法。激光焊接的主要特點：(1)熱量輸入很小，焊縫深寬比大，其深寬比可達(dá)10﹕1，熱影響區(qū)小，能避免“熱損傷”，故可進(jìn)行精密零件、熱敏感性材料的加工。工件收縮和變形很小，無需焊后矯形。(2)焊縫強度高，焊接速度快，焊縫窄且通常表面狀態(tài)好，免去了焊后清理等工作。(3)光束易于控制，焊接定位精確，易于實現(xiàn)自動化。圖4-33激光焊示意圖(4)焊接一致性和穩(wěn)定性好，一般不加填充金屬和焊劑，并能實現(xiàn)部分異種材料焊接。如激光能對鋼和鋁之類物理性能差別很大的金屬進(jìn)行焊接，并且效果良好。(5)可對絕緣導(dǎo)體直接焊接目前已能把帶絕緣（如聚氨酯甲酸酯）的導(dǎo)體直接焊接到線柱上，而用普通焊接方法，則需將絕緣層先行剝掉。(6)可焊接難以接近的部位激光束可以用反射鏡、偏轉(zhuǎn)棱鏡或光導(dǎo)纖維引到一般焊炬難以到達(dá)的部位進(jìn)行焊接，甚至可以透過玻璃進(jìn)行焊接。故具有很大的靈活性。(7)設(shè)備投資較大。光束操控的精確性要求也較高。3.激光焊接方法和應(yīng)用激光焊屬于高能密度焊接方法，其原理如圖4-33所示。激光焊接工件的厚度，可以從幾個微米到50mm。

目前，激光焊接在汽車工業(yè)的應(yīng)用最為普遍。其主要用于：1)車身鋼板焊接車頂焊，主要為減噪和適應(yīng)新的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計。沃爾沃是最早開發(fā)車頂激光焊接的廠家，如今德國大眾公司業(yè)已在AUDIA6、GOLFA4、PASSAT等車頂采用了此技術(shù)。寶馬公司的5系列車型等更是趨之若騖。歐洲各大汽車廠的激光器絕大多數(shù)用于車頂焊接。車身(架)焊接，主要提高車身強度。奔馳公司首先在C級車后立柱上采用了激光填絲焊接，寶馬和通用汽車在車架頂部采用了搭接焊。菲亞特公司在FERRAI車上完成120m長的激光焊接。不等厚激光拼焊板，主要是降低車身重量和成本，減少零件數(shù)量，提高安全可靠性。應(yīng)用最早的是AUDI100的底板拼焊，目前已推廣到幾乎各大汽車公司。豐田L(fēng)EXUS車門板原來是用兩種不同厚度、五種不同表面處理的多塊鋼板組成，現(xiàn)在只用一塊激光拼焊板代替，大大提高了生產(chǎn)率。寶馬公司的1/3的汽車已采用激光拼焊板。4.9.3擴散焊2）齒輪及傳動部件焊接

20世紀(jì)80年代，克萊斯勒公司的Kokomo分公司購進(jìn)9臺6kWCO2激光焊機，用于齒輪激光焊，生產(chǎn)能力提高40％。90年代初，美國三大汽車公司已投入40多臺激光器用于傳動部件焊接。美國阿符科公司研制的HPL工業(yè)用CO2激光焊機功率為15kW，用于焊接汽車轉(zhuǎn)動組件的兩個齒輪，焊接時間為1s，每小時可焊1000多件。汽車自動變速器駐車棘輪的材料有淬火鋼、奧氏體鋼和特種合金等，通過激光焊接技術(shù)，可將這些不同組分的材料連接起來，而且無裂紋出現(xiàn)。擴散焊是在真空或保護(hù)氣氛下，使平整光潔的焊接表面在溫度和壓力的同時作用下，發(fā)生微觀塑性流變后相互緊密接觸，氧化膜破碎分解，原子相互擴散，經(jīng)一定時間保溫（或利用中間擴散層及過渡液相加速擴散過程），使界面上的氧化物被溶解吸收，再結(jié)晶組織生長，晶界移動，使焊接區(qū)的成分、組織均勻化，達(dá)到完全的冶金連接過程。因此，擴散焊主要是依靠焊接表面微觀塑性流變后，達(dá)到緊密接觸，使原子相互大量擴散而實現(xiàn)焊接的。與熱壓焊不同之處，是擴散焊的壓力較小，焊接表面發(fā)生的塑性流變量也很小，限制在微觀范圍內(nèi)。與釬焊也不同，雖然兩者在焊接過程中都不發(fā)生熔化，但釬焊縫隙由液態(tài)釬料填充后，基本保持焊件的原始成分及在隨后的連續(xù)冷卻過程中形成的鑄造組織。因此一般難以達(dá)到與基體完全相等的性能。而擴散焊是在完全沒有液相或僅有極小量的過渡液相參與下，形成接頭后再經(jīng)過擴散處理的過程，使其成分和組織完全與基體均勻一致，接頭內(nèi)不殘留任何鑄態(tài)組織，原始界面完全消失。擴散焊是在熱壓焊的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，并吸收了釬焊的某些優(yōu)點發(fā)展了一些新的工藝方法。因此除上述特征外，(1)擴散焊接時由于基體不過熱或熔化，因此幾乎可以在不損壞被焊材料性能的情況下，焊接一切金屬和非金屬材料。特別適用于焊接用一般方法難以焊接，或雖可以焊接，但性能和結(jié)構(gòu)在焊接過程中容易遭受嚴(yán)重破壞的材料。如彌散強化的高溫合金、纖維強化的硼－鋁復(fù)合材料等。(2)可焊接不同類型的材料，包括異種金屬、金屬與陶瓷等冶金完全不相溶的材料。(3)可焊接結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及厚薄相差較大的工件。(4)可根據(jù)需要，使接頭的成分、組織與性能完全相同，從而可以減小接頭區(qū)成分和組織的不均勻而引起的局部腐蝕和應(yīng)力腐蝕裂紋的危險。擴散焊還有下列一些主要特點：

(5）可采用加中間層或不加中間層擴散焊分別焊接同種或異種材料，如圖4-34所示。圖4-34擴散焊接頭四種組合形式

擴散焊接溫度的最佳值T與熔化溫度T熔的關(guān)系為：

T＝0.7T熔擴散焊的壓力選擇范圍很大，美國應(yīng)用的壓力范圍在0.04～350MPa，前蘇聯(lián)為0.3～150MPa。高者主要應(yīng)用在氣體等靜壓擴散焊工藝中，或應(yīng)用在難熔金屬擴散焊中。4.9.4爆炸焊爆炸焊是利用炸藥爆轟能量，驅(qū)動焊件做高速傾斜碰撞，使其界面實現(xiàn)冶金結(jié)合的特種焊接方法。界面沒有或僅有少量熔化，無熱影響區(qū)，屬固相焊接。適用于廣泛的材料組合，有良好的焊接性和力學(xué)性能。在工程上主要用于制造金屬復(fù)合材料和異種金屬的連接。

1.爆炸焊原理爆炸焊裝置包括炸藥-金屬系統(tǒng)和金屬-金屬系統(tǒng)。按初始安裝方式的不同，可分為平行法和角度法(圖4-35)。復(fù)材和基材之間設(shè)置間距，基材放在質(zhì)量很大的墊板或沙、土基礎(chǔ)上，炸藥平鋪在復(fù)材上并用緩沖層隔離，以防損傷復(fù)材表面。選擇合適起爆點放置雷管，用起爆器點火。圖4-35爆炸焊典型裝置及金屬流動圖1－雷管；2－炸藥；3－緩沖層；4－復(fù)材；5－基材；6－基礎(chǔ)；vD－炸藥爆速；vp－復(fù)材碰撞速度；vcp－碰撞點運動速度；vf

－束流速度；α－安裝角；γ－彎折角；β－碰撞角；s－間距2.焊接條件的選擇炸藥爆轟驅(qū)動復(fù)材作高速運動，并以適當(dāng)?shù)呐鲎步呛团鲎菜俣扰c基材發(fā)生傾斜碰撞，在界面產(chǎn)生金屬射流，稱之為再入射流。它有清除表面污染的“自清理”作用。在高壓下純凈的金屬表面產(chǎn)生劇烈的塑性流動，從而實現(xiàn)金屬界面牢固的冶金結(jié)合。因此，形成再入射流是爆炸焊的主要機理。

(1)選用低爆速炸藥形成再入射流是實現(xiàn)爆炸焊接的關(guān)鍵，為此，vD或vcp要小于材料聲速。金屬板中聲音傳播的速度c是由相應(yīng)的彈性模量和材料密度比值的平方根決定的。(2)碰撞點壓力要足夠大一般要求p值為基、復(fù)材靜屈服強度較大值的10～12倍，相應(yīng)要求有足夠大的vp值，以保證產(chǎn)生射流。(3)合適的動態(tài)碰撞角范圍一般為5°～25°，超出此范圍，無論vp為何值時都不能實現(xiàn)良好的焊接。不同的金屬組合有其合適的碰撞角范圍，可通過試驗和計算確定。(4)炸藥性質(zhì)爆炸焊要求化學(xué)安定性好、密度變化小，臨界直徑和極限直徑小的低爆速炸藥。通常在炸藥中混合一定比例的惰性材料來降低爆速。(5)間距s

根據(jù)復(fù)材加速至所要求的碰撞速度來確定s值。根據(jù)復(fù)材密度不同，適用的s值在復(fù)材厚度的0.5～2.0倍。實用的最小s值與炸藥厚度δe和復(fù)材厚度δ有關(guān)：s=0.2(δe+δ)。3.爆炸焊的主要類型

按接頭形式和結(jié)合區(qū)形狀不同，爆炸焊可分為點焊、線焊和面焊。面焊是爆炸焊的主要形式。4.板材的爆炸焊

采用爆炸焊方法可以得到兩層及多層金屬復(fù)合板。復(fù)材具有耐蝕、耐熱和耐磨等特殊性能，基材提供使用要求的強度和剛度。根據(jù)設(shè)計和使用要求，可選擇合適的材料組合和隨意確定厚度比。大多數(shù)可塑性金屬和合金都可進(jìn)行爆炸焊。表4-6列出了工程上常用的一些金屬組合。

爆炸焊金屬復(fù)合板是理想的工程結(jié)構(gòu)材料，廣泛用于制造殼板和管板類結(jié)構(gòu)。復(fù)材可以參與強度計算也可不參與強度計算。對于一般結(jié)構(gòu)，可在爆炸態(tài)使用，對壓力容器等重要結(jié)構(gòu)，復(fù)合板應(yīng)進(jìn)行熱處理，以消除爆炸加工產(chǎn)生的硬化和殘余應(yīng)力。爆炸復(fù)合板可以通過軋制獲得更薄的規(guī)格，也可經(jīng)受切割、機械加工、冷熱成形和焊接，具有良好的加工適應(yīng)性和焊接性。表