第三章焊接方法与设备

第三章焊接方法与设备

焊接方法差不多上可分为三大类：熔化焊、固相焊和钎焊。具体的焊接方法有几十种，这一章要紧讨论埋弧焊、气体爱护焊等一些常用的电弧焊方法。

3.1 手工焊条电弧焊－Shielded Metal-arc Welding (SMAW)

手工焊条电弧焊（适应称为手弧焊）是以手工操纵焊条，利用焊条与工件之间产生的电弧将焊条和工件局部加热到熔化状态，焊条端部熔化后的熔滴和熔化的母材融合一起形成熔池，随着电弧向前移动，熔池液态金属逐步冷却结晶，最终形成焊缝，是目前在工业生产中应用最广的一种焊接方法。

焊接过程如下图3-1：

图3-1 焊条电弧焊焊接过程示意图

手弧焊的要紧优点：

①操作灵活，可达性好．

②设备简单，使用方便，不管采纳交流弧焊机或直流弧焊机，焊工都能专门容易地把握，而且使用方使、简单、投资少。

③应用范畴广。选择合适的焊条能够焊接许多常用的金属材料。

手弧焊的要紧缺点有；

①焊接质量不够稳固。焊接质量受焊工的操作技术、体会、情绪的阻碍。

②劳动条件差。焊工劳动强度大，还要受到弧光辐射、烟尘、臭氧、氮氧化合物、氟化物等有毒物质的危害。

③生产效率低。受焊工体能的阻碍，焊接工艺参数中挥接电流受到限制，加之辅助时刻较长，因此生产效率低。

焊前预备：

①烘干焊条，祛除受潮涂层中的水分，以减少熔池及焊缝中的氢，防止产动

气孔和冷裂纹。

②清除工件坡口及两侧各20mm范畴内的锈、水、油污等，防止产动气孔和延迟裂纹。

③组对工件，保证结构的形状和尺寸，预留坡口根部间隙和反变形量，然后按规定的位置进行定位焊。

④针对刚性大的结构和可焊性差的材料，焊前对工件进行全部或局部预热，以减小接头焊后冷却速度，幸免产生淬硬组织，减小焊接应力和变形，防止产生裂纹。

后热和焊后热处理：

焊后赶忙对焊件全部或局部进行加热或保温使其缓冷的工艺措施，称为后热。后热的目的是幸免形成硬脆组织，以及使扩散氢逸出焊缝表面，从而防止产生裂纹。

焊后为改善接头的显微组织和性能或排除焊接残余应力而进行的热处理，称为焊后热处理。例如，关于易产生脆断和延迟裂纹的重要结构、尺寸稳固性要求高的结构、有应力腐蚀的结构、以及厚度超过一定限度的结构，应考虑焊后进行排除应力退火。

3.2 埋弧自动焊－Submeerged-Arc Welding (SAW)

埋弧焊时，采纳盘状焊丝配合焊剂，以代替手弧焊时的焊条。焊接过程中，焊剂不断撒在焊件接缝和接缝邻近区域。焊丝末端伸入焊剂内并与焊件之间产生电弧。由于电弧被厚约30-50mm的焊剂层所覆盖，看不见电弧，因此称为埋弧焊。

3.2.1 焊接过程

图3-2是埋弧自动焊的过程示意图。电弧的引燃和移动，金属熔池、液态熔渣和气体的形成，液态金属与熔渣和气体之间的相互作用，以及焊缝金属和熔渣的凝固等过程都与手弧焊差不多相同。两者的要紧不同之处在于：①用颗粒状焊剂取代焊条药皮；②用连续自动送进的焊丝取代焊芯；③用自动焊机取代焊工的手工操作。

图3-2 埋弧焊示意图

3.2.2 埋弧焊的优点

⑴生产效率高

⑵焊接质量好

⑶节约金属和电能

⑷在有风的环境中焊接时，埋弧焊的爱护成效胜过其它焊接方法。

⑸劳动条件好

3.2.3 埋弧焊的缺点

⑴要紧适用于水平位置焊缝焊接。

⑵难以用来焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金。

⑶只适于长焊缝的焊接

⑷不适合焊接厚度小于1mm的薄板。

⑸容易焊偏。

3.2.4 应用范畴

埋弧焊适用于焊接比较大而长的直焊缝和大直径圆筒的环焊缝，专门适用于大批量生产。它广泛应用于锅炉、化工容器、造船、机车车辆、起重机等金属结构的制造中。

3.2.5 焊接电弧自动调剂原理

焊接过程中的外界干扰会导致焊接工艺参数不稳。外界干扰要紧来自弧长波动和电网电压的波动。由于焊件不平、装配不良或遇到定位焊点等，都会引起弧长的变化。如图3-3，假如弧长缩短，电弧的稳固工作点就由O沿电源外特性移到O1。电网电压变化时，电源的外特性也相应发生变化，假如电网电压降低，电弧的稳固工作点就由O沿电弧静特性移到O2。能够看出，弧长波动和电网电压的波动都会使焊接电流和焊接电压发生变化（稳固工作点对应的电压、电流），

因此要保持焊接参数稳固，必须要有一种自动调剂系统，来排除或减弱外界干扰的阻碍，专门是弧长的干扰，因为弧长的微小变化会带来电弧电压的明显变化，因此自动调剂弧长就成为自动焊机的特有任务。最常用的有电弧自身调剂系统和电弧电压反馈自动调剂系统。

图3-3 电弧静态工作点的波动

3.2.5.1 电弧自身调剂作用的原理

这种系统在焊接时，焊丝以给定的速度等速送进，因此也称为等速送丝系统。假如弧长保持稳固，那么送丝速度V f

和焊丝的熔化速度V m(melt)必须相等，

（feed）

也确实是V f=V m

这是任何熔化极电弧系统的稳固条件。

当焊接过程中由于某种缘故使弧长波动时，必定会引起焊接电流和电压发生变化，进而引起焊丝熔化速度发生变化。假如弧长由于某种缘故缩短的话，电弧稳固工作点就由O沿电源外特性移到O1，对应的焊接电流加大，电压下降，由于焊丝熔化速度要紧受电流阻碍，因此焊丝熔化速度加快，而送丝速度是不变的，这就显现了V f>V m，弧长加大，从而电弧稳固工作点自动复原到原先的O点。

从上面的分析能够看出，在电弧自身调剂系统中，完全是由弧长变化所引起的焊接电流等工艺参数的变化使弧长复原到原先长度。当焊接电流较大、焊丝较细而且电源外特性较平缓时，电弧的自身调剂作用大。因此，等速送丝焊机一样都采纳缓降特性甚至平特性的电源。

3.2.5.2 电弧电压平均调剂原理

由于在粗焊丝的情形下，仅靠电弧自身调剂作用差不多不能保证焊接过程的稳固性，因此进展了电弧电压平均调剂方法，它要紧用在变速送丝并匹配陡降外特性的粗丝熔化焊。这种方法和电弧自身调剂作用的不同之处在于，当弧长波动引起焊接规范参数波动时，它是利用电弧电压作为反馈量，并通过一个专门的自动调剂装置，强迫送丝速度发生变化。因为一样焊接规范下电弧电压和弧长是呈正比的，假如弧长增加，电弧电压就增大，通过反馈作用使送丝速度相应增加，就会强迫弧长复原到原先的长度从而保持焊接工艺参数稳固。

能够看出，平均调剂是一种强迫调剂，而电弧的自身调剂是一种自发调剂。