造价工程师考试《安装工程》:焊接的分类及特点

来源:中大网校发布时间:2015-10-22

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   焊接的分类及特点

  按照焊接过程中金属所处的状态及工艺的特点,可以将焊接方法分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类。

  1.熔化焊

  熔化焊是利用局部加热的方法将联接处的金属加热至熔化状态而完成的焊接方法,可形成牢固的焊接接头。

  (1) 气焊

  气焊所用的可燃气体与气割相同,主要有乙炔、液化石油气(丙烷、丁烷、丙烯等)和氢气等,氧气为助燃气体。

  气焊用的焊丝起填充金属的作用,焊接时与熔化的母材一起组成焊缝金属。因此,应根据工件的化学成份和机械性能选用相应成份或性能的焊丝,有时也可以用从被焊板材上切下的条料作焊丝。

  焊接有色金属、铸铁和不锈钢时,还应采用焊粉(熔剂),用以消除覆盖在焊材及熔池表面上的难熔的氧化膜和其它杂质,并在熔池表面形成一层熔渣,保护熔池金属不被氧化,排除熔池中的气体、氧化物及其它杂质,提高熔化金属的流动性,使焊接顺利并保证质量和成形。

  气焊主要应用于薄钢板、低熔点材料(有色金属及其合金)、铸铁件和硬质合金刀具等材料的焊接,以及磨损、报废车件的补焊、构件变形的火焰矫正等。

  气焊的优点是设备简单(氧气瓶、乙炔瓶、回火保险器、焊炬、减压器、氧气、乙炔、输送管等)使用灵活;对铸铁及些有色金属的焊接有较好的适应性;在电力供应不足的地方需要焊接时,气焊可以发挥更大的作用。其缺点是生产效率较低;焊接后工件变形和热影响区较大;较难实现自动化。

  (2) 电弧焊

  电弧焊是工业生产中应用最广泛的焊接方法,它的原理是利用电弧放电(俗称电弧燃烧)所产生的热量将焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝,从而获得牢固接头的焊接过程。电弧焊焊接低碳钢或低合金钢时,电弧中心部分的温度可达6000~8000℃,两电极的温度可达到2400~2600℃。

  1) 手弧焊

  手工电弧焊可以进行平焊、立焊、横焊和仰焊等多位置焊接。另外由于电弧焊设备轻便,搬运灵活,可以在任何有电源的地方进行维修及装配中的短缝的焊接作业。特别适用于难以达到部位的焊接。适用于各种金属材料、各种厚度和各种结构形状的焊接。如工业用碳钢、不锈钢、铸铁、铜、铝、镍及合金。

  2) 埋弧焊

  埋弧焊也是利用电弧作为热源的焊接方法。埋弧焊时电弧是在一层颗粒状的可熔化焊剂覆盖下燃烧,电弧光不外露。埋弧有自动埋弧焊和半自动埋弧焊两种方式。前者的焊丝送进和电弧移动都由专门的机头自动完成,后者的焊丝送进由机械完成,电弧移动则由人工进行。埋弧焊的主要优点是:

  ① 热效率较高,熔深大,工件的坡口可较小,减少了填充金属量;

  ② 焊接速度高,当焊接厚度为8~10mm的钢板时,单丝埋弧焊速度可达 50~80cm/min;

  ③ 焊剂的存在不仅能隔开熔化金属与空气的接触,而且使熔池金属较慢地凝固,减少了焊缝中产生气孔、裂纹等缺陷的可能性。

  但由于采用颗粒状焊剂,这种焊接方法一般只适用于平焊位置,且不能直接观察电弧与坡口的相对位置,容易焊偏。另外,不适于焊接厚度小于l mm的薄板。

  由于埋弧焊熔深大,生产效率高,机械化操作的程度高,因而适于焊接中厚板结构的长焊缝。在造船、锅炉与压力容器、桥梁、起重机械、铁路车辆、工程机械、重型机械和冶金机械、核电站结构和海洋结构等制造部门有着广泛的应用,是当今焊接生产中最普遍使用的焊接方法之一。埋弧焊能焊的材料已从碳素结构钢发展到低合金结构钢、不锈钢、耐热钢等以及某些有色金属,如镍基合金、钛合金和铜合金等。

  3) 气体保护电弧焊(气电焊)

  用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊称为气体保护电弧焊,简称气电焊

  气电焊与其它焊接方法相比,具有以下特点:

  电弧和熔池的可见性好,焊接过程中可根据熔池情况调节焊接参数;

  焊接过程操作方便,没有熔渣或很少有熔渣,焊后基本上不需清渣;

  电弧在保护气流的压缩下热量集中,焊接速度较快,熔池较小,热影响区窄,焊件焊后变形小;

  有利于焊接过程的机械化和自动化,特别是空间位置的机械化焊接;

  可以焊接化学活泼性强和易形成高熔点氧化膜的镁、铝、钛及其合金;

  可以焊接薄板;

  在室外作业时,需设挡风装制,否则气体保护效果不好,甚至很差;

  电弧的光辐射很强;

  焊接设备比较复杂,比焊条电弧焊设备价格高。

  气电焊通常按照电极是否熔化和保护气体不同,分为不熔化极(钨极)惰性气体保护焊和熔化极气体保护焊,氧化混合气体保护焊、CO2气体保护焊和管状焊丝气体保护焊。

  ① 钨极(不熔化极)惰性气体保护焊。钨极惰性气体保护焊是在惰性气体的保护下,利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝(如果使用填充焊丝)一种焊接方法。焊接时惰性形成气体保护层隔绝空气,以防止其对钨极、熔池及邻近热影响区的有害影响,从而可获得优质的焊缝,惰性气体主要采用氩气。

  钨极氩弧焊接操作方式分为手工焊、半自动焊和自动焊三类。钨极惰性气体保护焊具有下列优点:不和金属反应,并自动清除工件表面氧化膜的作用,可焊接化学活泼性强的有色金属、不锈钢、耐热钢等和各种合金;适用于薄板及超薄板材料焊接;可进行各种位置的焊接,也是实现单面焊双面成形的理想方法。不足之处是熔深浅,熔敷速度小,生产率较低;其微粒有可能进入熔池,造成污染(夹钨);惰性气体(氩气、氦气)较贵,生产成本较高。

  钨极惰性气体保护焊所焊接的板材厚度范围,从生产率考虑以3mm以下为宜。对于某些黑色和有色金属的厚壁重要构件(如压力容器及管道),为了保证高的焊接质量,也采用钨极惰性气体保护焊。

  ② 熔化极气体保护焊。这种方法也是利用连续的焊丝与工件之间燃烧的电弧作热源,由焊炬喷嘴喷出的气体保护电弧来进行焊接。与钨极气体保护焊不同的是,作为焊极的焊丝在焊接过程中熔化为液态金属,填充在焊缝处。因此其除具备不熔化极气体保护焊的主要优点(可进行各种位置的焊接;适用于有色金属、不锈钢、耐热钢、碳钢、合金钢绝大多数金属的焊接)外,同时也具有焊接速度较快,熔敷效率较高等优点。

  ③ CO2 气体保护焊。CO2 气体保护焊属熔化极气体保护焊,其具有生产效率高、焊接变形小、适用范围广等特点。焊接时电弧为明弧焊,可见性好,采用半自动焊接法进行曲线焊缝和空间位置焊缝的焊接十分方便,操作简单,容易掌握,但不足之处是焊接飞溅较大,防风能力差。CO2 气体保护焊是目前广泛应用的一种电弧焊方法,主要用于汽车、船舶、管道、机车车辆、集装箱、矿山及工程机械、电站设备和建筑等金属结构的焊接。从被焊件材质上看,CO2气体保护焊可以焊接碳钢和低合金钢;从工件厚度上看,采用钢丝短路过渡的方法,可以焊接薄板;采用粗丝熔滴过渡的方法,可以焊接中、厚板;从焊接位置上看,可以进行全位置焊接,也可以进行平焊、横角焊及其他空间位置的焊接。

  (3) 等离子弧焊

  等离子弧焊也是一种不熔化极电弧焊,其等离子弧是自由电弧压缩而成的,叫转移电弧。其离子气为氩气、氮气、氦气或其中二者之混合气。等离子弧的能量集中,温度高,焰流速度大。这些特性使得等离子弧广泛应用于焊接、喷涂和堆焊。

  等离子弧焊与钨极惰性气体保护焊相比,有以下特点:

  1)等离子弧能量集中、温度高,对于大多数金属在一定厚度范围内都能获得小孔效应,可以得到充分熔透,反面成形均匀的焊缝;

  2)电弧挺度好,等离子弧的扩散角仅5°左右,基本上是圆柱形,弧长变化对工件上的加热面积和电流密度影响比较小。所以,等离子弧焊弧长变化对焊缝成形的影响不明显;

  3)焊接速度比钨极惰性气体保护焊快;

  4)能够焊接更细、更薄的工件(如1mm以下极薄金属的焊接);

  5)其设备比较复杂、费用较高,工艺参数调节匹配也比较复杂。

  (4) 电渣焊 电渣焊是利用电流通过液体熔渣时所产生的电阻热进行焊接的方法。

  (5) 激光焊 激光焊是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的方式。

  (6) 电子束焊 电子束焊是利用加速和聚集的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法。

  2.压力焊

  压力焊是利用焊接时施加一定压力而完成焊接的方法。这类焊接有两种形式,可加热后施压,亦可直接冷压焊接,其压接接头较牢固。

  (1) 电阻焊

  电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间,并通以电流,利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态,使之形成金属结合的一种方法。

  电阻焊方法主要有四种:即点焊、缝焊、凸焊和对焊。

  (2) 超声波焊

  塑料超声波焊接的原理是使塑料的焊接面在超声波能量的作用下作高频机械振动而发热熔化,同时施加焊接压力,从而把塑料焊接在一起。

  3.钎焊

  钎焊是把比被焊金属熔点低的钎料金属加热熔化至液态,然后使其渗透到被焊金属接缝的间隙中而达到结合的方法。钎焊接头一般强度较低,耐热性差。

  钎焊的优点是容易保证焊件的尺寸精度,同时对于焊件母材的组织及性能的影响也比较小;适用于各种金属材料、异种金属和金属与非金属的连接;。钎焊的缺点是钎焊接头的耐热能力比较差,接头强度比较低,钎焊时表面清理及焊件装配质量的要求比较高。

  例题1. 在焊接方法分类中,属于熔化焊的有( )。

  A.电阻焊 B.气电焊

  C.等离子弧焊 D.电子束焊

  答案:B.气电焊 C.等离子弧焊 D.电子束焊

  例题2.与熔化极氩弧焊相比,钨极氩弧焊的特点为( )。

  A.焊接速度快 B.熔敷效率较高

  C.适用于有色金属及不锈钢的焊接 D.适用于薄板及超薄板的焊接

  答案:D

  例题3.热效率高、熔深大、焊接速度快、机械化操作程度高,因而适用于中厚板结构平焊位置长焊缝的焊接,其焊接方法为( )。

  A.埋弧焊 B.钨极惰性气体保护焊

  C.熔化极气体保护焊 D.等离子弧焊

  答案:A.埋弧焊

  例题4.电弧挺度好,温度高,能够焊接更细、更薄的工件,甚至可以焊接1mm以下极薄的金属,此种焊接方法为( )

  A. 气焊 B. 钨极惰性气体保护焊

  C. CO2气体保护焊 D. 等离子弧焊

  答案:D. 等离子弧焊

  例题5.适用于各种金属、异种金属和金属与非金属的焊接,并可以焊接粗细、厚薄相差很大的零件,但接头的耐热能力较差、强度较低的焊接方法为( )。

  A.气焊 B.等离子弧焊 C.激光焊 D.钎焊

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