第五章 焊接和粘接.

（2）闪光对焊 闪光对焊是两焊件先不接触，接通电源，再移动 焊件使之接触。由于工件表面不平，接触点少，其电 流密度很大，接触点金属迅速达到熔化、蒸发、爆破， 以火化形式从接触处飞射出来，形成“闪光”，闪光 一方面排除了氧化物和杂质，另一方面使对口处的温 度迅速升高。经多次闪光加热后，端面达到均匀半熔 化状态，此时断电并迅速对焊件加压顶锻，形成焊接 接头。 闪光对焊主要用于钢轨、锚链、管子等的焊接， 也可用于异种金属的焊接。因接头中无过热区和铸态 组织，所以性能高。
热源形式为：电阻热、高 频热、摩擦热等。 电阻焊可分为点焊、缝焊、 对焊。
点焊
电阻点焊是指将焊件装配成搭接接头， 并压紧在两极间， 利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊接方法。由 于焊接处熔化的金属不与外界空气接触，所以焊接强度高， 工件表面光滑，变形较小。 电阻点焊主要用于板厚小于 4mm 的薄板结构，特殊情况可达 10mm 。电阻点焊广泛用 于制造汽车车箱、飞机外壳和仪表等轻型结构。
三、电焊条 是指在一定长度的金属丝外表层均匀 地涂敷一定厚度的具有特殊作用涂料的手 工电弧焊焊接材料，简称为“焊条”。
2、焊条的功能
电焊条由焊芯、涂料药皮两部分组成。 目前在焊接生产中广泛使用的基本上都是厚 药皮焊条。
1）焊芯 焊芯：是指电焊条用的被药皮包覆的金属芯。 作用： （1）传导电流，产生焊接电弧； （2）焊芯本身熔化形成焊缝中的填充金属。 焊条药皮的作用可分为： (1) 稳弧剂 (2) 造渣剂 (3) 脱氧剂(又称还原剂) (4) 造气剂 (5) 合金剂 (6) 增塑剂 (5) 合金剂
材料连接方法：螺纹连接、销钉连接、铆接及焊接
等多种。
焊接和其他连接方法最基本的区别：被焊的两部
分金属产生了原子之间的互相溶解与扩散，并形成了共 同晶体，在宏观上建立了永久性的连接。
分类（Classification）：根据焊接过程中加热程度和工艺
特点的不同，焊接方法可以分为三大类。
熔焊 将待焊处母材金属熔化以形成焊 缝的焊接方法 焊接方法分为 三大类
激光焊的特点
• 高能高速焊，无焊接变形。
• 灵活性大。
• 生产率高，材料不易氧化。
• 设备复杂，目前主要用于薄板和微型件的焊接。
二、 压焊
压力焊是指通过加热等手段使金属达到塑性状态， 加压使其产生塑性变形、再结晶和扩散等作用，使两 个分离表面的原子接近到晶格距离（0.3～0.5nm)， 形成金属键，从而获得不可拆卸接头的一类焊接方法。
常用焊接方法:
熔焊(fusion welding) 压焊(pressure welding) 钎焊(brazing)
电弧焊 气焊
电子束焊
激光焊 等
一、熔焊:利用各种热源将构 件的连接部分加热，使之熔化 并熔合在一起，待其冷却凝固 后形成焊缝从而将构件连接起 来的焊接方法。 电弧焊 电弧焊是利用电弧来 加热和熔化金属的。
2）埋弧焊
埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，其电 弧的引燃、焊条送进和电弧移动都采用机械来完成。
埋弧焊焊接过程 1—焊件 2—焊剂 5—送丝滚轮 3—焊剂漏斗 4—焊丝 7—焊缝 8—渣壳
6—导电嘴
过程：在焊缝处堆放焊剂→焊丝送 入电弧区→选定的弧长→电弧燃烧 →焊机带动焊丝匀速前移（或工件 匀速运动）
第四节
粘接
粘接是利用胶粘剂把两种性质相同或不同的
物质牢固地粘合在一起的连接方法。胶粘剂所以
能够把两个物质牢固地粘接在一起，主要因为胶 粘剂能通过本身在被粘接材料的连接面上产生机 械、物理和化学作用而具有粘附力。
粘接具有以下优点：
粘接对材料的适应性强，既可用于各种金属、非 金属的连接，也可用于金属与非金属的连接。 能减轻结构重量。采用粘接可省去很多螺钉、螺 栓等连接件，因此，粘接比铆接、焊接减轻结构 重量约25%～30%。 粘接接头的应力分布均匀，应力集中较小，因此 它的耐疲劳性能好。 粘接接头的密封性能好，并具有耐磨蚀和绝缘等 性能。 粘接工艺简单，操作容易，效率高，成本低。
建筑工程、航空及航天工业等应用十分广泛。如自行车三 角架、钢窗、锅炉、压力容器、船舶、车辆等。
旧金山的金门大桥，它是由 87750吨钢材焊接拼成的。
由焊接工艺制造全钢结构 组成的帝国大厦建成。
采用焊接工艺制造的核潜艇
小资料：灵山大佛高88m（含莲花底座为101.5m）； 重800多吨；由1560块厚度为8mm的青铜焊接而成； 焊缝长达30公里。
焊接方法：熔焊、压力焊、钎焊等。 焊接的主要特点是： （1）节省材料，降低成本； （2）化大为小，拼小为大； （3）生产率高 （4）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连 接成型； 焊接方法的应用： （1）制造金属结构件； （2）制造机器零件和工具； （3）修复。
应用（application）：焊接技术在机器制造、造船工业、
— 电 源
+
焊条电弧焊的焊接回路由弧焊电源、电缆、焊钳、 焊条、电弧和焊件组成。 焊条电弧焊主要设备是弧焊电源，它的作用是为 焊接电弧稳定燃烧提供所需要的、合适的电流和电压。 焊接电弧是负载，焊接电缆连接电源与焊钳和焊件。
1)、焊条电弧焊的基本原理
焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电 弧焊方法。它利用焊条与焊件之间建立起来的稳 定燃烧的电弧，使焊条和焊件熔化，从而获得牢 固的焊接接头。
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• 能量密度大，穿透能力强，可焊接厚大截面工件和难熔 金属。
• 加热小，焊接变形小。
• 电子束焊成本高，主要用于微电子器件焊装、导弹外壳 的焊接、核电站锅炉汽包和精度要求高的齿轮等的焊接。
3. 激光焊
激光焊接过程
利用光学系统将激光聚焦成微小光斑，使其能量密 度达1013 w / cm2，从而使材料熔化焊接。激光焊分为 脉冲和连续激光焊，脉冲激光焊主要用于微电子工业 中的薄膜、丝、集成电路内引线和异材焊接。连续激 光焊可焊较厚的板材，接缝间隙很小。
焊条电弧焊原理
1－药皮；2－焊芯；3－保护气； 4－电弧；5－熔池；6－母材； 7－焊缝；8－焊渣；9－熔渣； 10－熔滴
焊接过程中：
药皮：不断地分解、熔化而生成气体及熔渣， 保护焊条端部、电弧、熔池及其附近区域，防止大 气对熔化金属的有害污染。 焊芯：在电弧热作用下不断熔化，进入熔池， 成为焊缝的填充金属。
2. 真空电子束焊
电子束焊是利用高速运动的电子撞击工件时，将动能转 化为热能将焊缝熔化进行的熔化焊方法。
• 电子束焊一般不加填充金属，如要求焊缝有突出表面的 堆高可在接缝预加垫片。对接缝间隙为0.1倍的板厚，一 般不能超过0.2mm。
电子束焊的特点及应用
• 保护效果好，焊缝质量高，适用范围广。
压焊 焊接过程中，必须对焊件施加压 力（加热或不加热），以完成焊接的 方法称为压焊。 钎焊 采用比母材金属熔点低的金属 （称为钎料），将焊件和钎料加热到 高于钎料熔点、低于母材熔化温度， 利用液态钎料填充接头间隙并与固态 母材通过扩散实现连接焊件的方法。
焊接：是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或 不用填充材料，使焊接件达到原子结合的一种方法。
三 钎 焊
钎焊:是利用熔点比焊件低的钎料作填充金属，适 当加热后，钎料熔化而将处于固态的焊件连接起来的 一种焊接方法。 1．硬钎焊 钎料熔点在450℃以上，接头强度较高，都在200MPa 以上，属于这类的钎料有铜基、银基和镍基等。 2．软钎焊 钎料熔点为450℃以下，接头强度较低，一般不超 过70MPa，所以只用于钎焊受力不大、工作温度较低的 工件。常用的钎料是锡铅合金，所以通称锡焊。
粘接具有以下缺点：
粘接强度比较低，一般仅能达到金属母材强度的 10%～50%。粘接接头的承载能力主要依赖于较大 的粘接面积。 使用温度低，一般长期工作温度只能在150℃以 下，仅有少数可在200～300℃范围内使用。 粘接接头长期与空气、热和光接触时，易老化变 质。 粘接质量因受多种因素影响不够稳定，而且质量 难以检验。
钎焊过程中，一般都需要使用钎剂。钎剂的作用是： 清除被焊金属表面的氧化膜及其它杂质，改善钎料流 入间隙的性能（即润湿性），保护钎料及焊件不被氧 化，因此钎剂对钎焊质量影响很大。 软钎焊时，常用的钎剂为松香或氯化锌溶液。 硬钎焊时，钎剂种类较多，主要由硼砂、硼酸、 氟化物、氯化物等组成，应根据钎料种类选择应用。
105～106 w / cm，因而可一次性熔化较厚的材料。 等离子弧可用于焊接和切割。
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等离子弧焊的特点及应用
• 等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强。10～ 12mm厚钢材可不开坡口，一次焊透双面成型，焊接速度 快，生产率高，应力变形小。 • 电流小到0.1A时，电弧仍能稳定燃烧，能保持良好的挺 直度与方向性，所以可焊接很薄的箔材。 • 等离子弧焊接在生产中已广泛应用，特别是国防工业及 尖端技术所用的铜合金、合金钢、钨、钼、钴、钛等金 属的焊接。如钛合金导弹壳体、波纹管及膜盒、微型继 电器、电容器的外壳封焊以及飞机上一些薄壁容器均可 用等离子弧焊接。 • 但等离子弧焊接设备比较复杂，气体耗量大，只宜于室 内焊接。
埋弧焊的工艺
• 焊前准备 板厚小于14mm时，可不开坡口； 板厚为14～22mm时，应开Y型坡口； 板厚为22～50mm时，可开双Y型或U型坡口。 Y型和双Y型坡口的角度为50°～60°。
埋弧焊的应用
埋弧焊主要用于压力容器的环缝焊和直缝焊，锅 炉冷却壁的长直焊缝焊接，船舶和潜艇壳体的焊接， 起重机械（行车）和冶金机械（高炉炉身）的焊接。
目前，我国是世界上少数的几个拥有运载火箭、人造卫星 和载人飞船发射实力的国家，这些航天飞行器的建造离不 开先进的才材料成形加工技术，其中，火箭和飞船的壳体 都是采用了高强轻质的材料，通过先进的特种焊接和胶接 技术制造的。
焊接：通过加热或加压，或两者同时并用，使两个分
离的物体产生原子间结合力而连接成一体的成形方法。
点焊接头形式
缝焊
缝焊过程与点焊相似都属于搭接电阻焊。
缝焊一般只适用于焊接3mm以下的薄板结构，如油箱、烟 道焊接等。
对焊
（1）电阻对焊 先将工件夹紧并加压，然后通电使接触面温度达到塑 性温度(950～1000℃)。在压力下塑变和再结晶形成固态 焊接接头（图12-77a）。电阻对焊要求对接处焊前严格清 理，所焊截面积较小，一般用于钢筋的对接焊。
第五章 焊接和粘接
第五章 焊接和粘接
焊接的发展史
我国是世界上应用焊接技术最早的国家之一。河南辉县 战国墓中的殉葬铜器的耳和足就是用铸焊方法与本体连接 的，比欧洲早2000多年。 从秦始皇陵陪葬坑出土的两乘大型彩绘铜车马更是突出 的例子。采用了铸接、铆接、焊接、销钉连接等方法将 零件组合成铜车马。
3）气体保护焊
氩弧焊 利用二氧化碳或氩气保护电弧热源及焊缝区进 行焊接。
特点及应用
机械保护效果很好，焊缝金属纯净，焊接质量优良，焊缝 成 型美观。 电弧稳定，可实现单面焊双面成型。 可全位置自动焊接。
氩气贵，成本高。
氩弧焊主要用于易氧化的有色金属和合金钢的焊接。如 铝、钛和不锈钢等。 CO2焊成本低，生产率高，焊缝质量较好，主要用于低碳钢 和低合金结构钢薄板的焊接。
4）等离子弧焊
利用机械压缩效应（电弧通过喷嘴细小孔 道时的被迫收缩）、热压缩效应（在冷气流的 强迫冷却下，带电粒子流〈离子和电子〉往弧 柱中心集中）和电磁收缩效应（弧柱带电粒子 的电流线为平行电流线，相互磁场作用使电流 线产生相互吸引而收缩）将电弧压缩为细小的 等离子体。
等离子弧温度高达24000K以上，能量密度可达