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摘 要:介绍焊接技术的相关知识、原理及分类.
关 键 词:金属,焊接技术,等离子弧焊
材料的性能是零件设计中选材的主要依据,也是技术工人在加工过程中合理选择加工方法的重要保证.我们常用的金属材料具有四大性能:即物理性能、化学性能、力学性能及加工工艺性能.物理性能是指金属材料在各种物理条件作用下所表现出的各种性能,主要包括熔点、密度、导电导热性、磁性等.化学性能是指金属材料在室温或高温下抵抗外界介质化学侵蚀的能力,主要包括抗氧化性和耐腐蚀性.力学性能是指金属材料在承受机械载荷而不超过许可变形或不被破坏的能力,主要包括强度、冲击韧性、塑性、疲劳强度、硬度等.工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的适应性,主要包括焊接性能、锻压性能、铸造性能、热处理性能和切削加工性能.
金属的焊接性能是指金属材料在一定的焊接工艺条件下,能够获得高质量焊接接头的难易程度,也就是对焊接加工的适应性.
随着金属的更多的应用,焊接技术也应时而现,像中国古代就有了锻焊、铸焊和钎焊.例如在商朝,工匠制造出的铁刃铜钺,其实就是铜与铁的铸焊件,在铁刃铜钺的表面,铁与铜的熔合线虽然蜿蜒曲折,但接合良好.我们在考古过程中发现在春秋战国时期的曾侯乙墓中,有许多的盘龙盘旋在其建鼓铜座上,这是由分段钎焊连接而成的.同时战国时期制造的刀、剑等,刀背为熟铁,刀刃为钢,这是经过加热锻焊而成的.又如传说中的世界三大名刀之一大马士革刀在中世纪也曾用过锻焊工艺.
目前金属焊接方法的种类很多,按照焊接过程的特点区分,可以分为熔焊、压焊和钎焊三大类.熔焊可分为:电弧焊、气焊、等离子弧焊、电渣焊、激光焊、电子束焊、铝热焊等.压焊可以分为爆炸焊、接触焊、摩擦焊、超声波焊、冷压焊、高频焊、真空扩散焊等.钎焊可分为烙铁钎焊、火焰钎焊、炉中钎焊、感应钎焊、浸渍钎焊、电阻钎焊、特种钎焊等.
熔焊是利用局部热源将填充金属材料(有时不用填充金属材料)置于焊件的接合处进行熔化,不外加压力而使其互相熔合,冷却凝固后而形成牢固的接头.压焊是指焊件不论是否加热,均施加一定压力,使结合面接触紧密而产生结合作用,从而使焊件连接在一起.钎焊与熔焊相似,但本质上有一定不同,它是采用的钎料是比母材熔点低的金属材料,焊件和钎料加热温度是低于母材熔点而高于钎料熔点的温度,使液态得钎料润湿母材,填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法.目前我们常用焊接方法有焊条电弧焊,埋弧焊,手工钨极氩弧焊、CO2气体保护焊,氧气-乙炔焊,等离子弧焊,电阻焊等.
1焊接材料
焊接时所消耗材料通称为焊接材料,比如焊剂、焊丝、保护气体、钨极、焊条等.
1.1焊剂
焊剂是埋弧焊工艺用的主要焊接材料,按照制造方法可分为熔炼焊剂、粘结焊剂和烧结焊接,按照焊剂中添加合金剂、脱氧剂可分为中性焊剂、活性焊剂和合金焊剂,按照焊剂的酸碱度可分为碱性焊剂、中性焊剂和酸性焊剂.焊剂可回收,但回收后需要经过筛选、加热去湿,再与进过了加热去湿新的焊剂均匀搅拌后使用.
1.2焊丝
焊丝是指焊接过程中作为填充金属或同时作为导电用的金属丝焊接材料.按照使用的焊接工艺方法可分为埋弧焊用焊丝、电渣焊用焊丝、气焊用焊丝、气体保护焊用焊丝和堆焊用焊丝,按照制造方法不同可分为药芯焊丝和实芯焊丝(药芯焊丝又分为自保护焊丝和气保护焊丝),按照被焊的材料性质可分为不锈钢焊丝、铸铁焊丝、碳钢焊丝、有色金属焊丝和低合金焊丝.
1.3保护气体
在焊接过程中用惰性气体保护金属熔滴、熔池及焊缝区的金属在高温下免受外界气体的侵害,我们称为这些惰性气体为保护气体.在焊接工艺中,保护气体主要有氩气、氦气、二氧化碳气、氮气等.
1.4钨极
钨极简单来说就是气体保护焊用的电极.在使用过程中我们要求钨极具有以下特性:电流容量大、引弧性好、稳弧性好、施焊损失小.按照其化学成分分类,钨极可以分为钨电极、钇钨电极、锆钨电极、铈钨电极、钍钨电极、镧钨电极及复合电极等.
1.5焊条
我们将电焊或气焊时熔化填充在焊接工件的接合处的金属条称之为焊条,它是将药皮均匀的压涂在金属焊芯上,所以焊条由药皮及焊芯两部分构成.药皮在焊接过程中可以分解熔化后形成气体和熔渣,它的作用是对焊缝起到机械保护、冶金处理及改善其工艺性能.焊芯可以传导焊接电流,产生电弧可以把电能转换成热能,同时焊芯本身熔化作为填充金属与液体母材金属熔合形成焊缝.焊芯成分直接影响着焊缝金属的成分和性能,所以焊芯中的有害元素要尽量少.按照焊条药皮的主要化学成分可以将电焊条分为:氧化钛型焊条、钛铁矿型焊条、氧化钛钙型焊条、纤维素型焊条、氧化铁型焊条、低氢型焊条、盐基型焊条及石墨型焊条.按照焊条的用途可以将电焊条分为结构钢焊条、耐热钢焊条、低温钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、镍和镍合金焊条、铜及铜合金焊条、堆焊焊条、铝及铝合金焊条以及特殊用途焊条.
按照焊条药皮熔化后熔渣的特性进行分类,可将电焊条分为碱性焊条和酸性焊条.
2焊条电弧焊
焊条电弧焊是我们工业生产中应用最为广泛的一种焊接方
法,其原理是利用电弧燃烧所产生的热量将焊条与工件相互融化后,冷凝形成焊缝,从而获得良好接头质量的焊接工艺.焊条电弧焊的设备和工具包括焊机、电焊钳、焊接电缆、防护手套及面罩等.
焊机可分为交流弧焊机和直流弧焊机.直流弧焊机与交流弧焊机相比,具有焊条适应性强、电弧稳定等优点,不过直流弧焊机成本较高,制造维修比较复杂,重量也较重.但由于优点明显,所以直流弧焊机具有更大的发展前途.电焊钳是夹持焊条并传到焊接电流的操作器具,我们要求电焊钳前段可以以任意角度夹紧焊条并导电良好,而手持端应具有可靠的绝缘及良好的耐热性能.焊接电缆应根据焊机容量选取适当的电缆截面,但都要采用橡皮绝缘的多股软电缆.防护手套、面罩、护脚、平光镜等主要是起到保护操作工人人身安全作用.
3CO2气体保护焊
CO2气体保护焊简称CO2焊,其采用CO2气体作为焊接时隔绝空气的保护气体,用来保护熔池不受外界因素影响.
CO2气体保护焊可分为自动CO2气体保护焊和半自动CO2气体保护焊.自动CO2气体保护焊是指在焊接过程中,引弧、送丝、移丝和灭弧全部由机械自动完成.如果将其中的移丝动作由操作人员手工操作完成,则称为半自动CO2气体保护焊.
CO2气体保护焊具有生产效率高、焊接成本低、能耗少、焊接变形小、抗锈能力强、机动灵活、操作简单、适用范围广等特点,但CO2气体保护焊有一个较大缺点,即焊接过程中产生金属飞溅.
4等离子弧焊
利用等离子弧作为热源的焊接方法我们称为等离子弧焊.等离子弧是利用等离子将阳极和阴极之间的自由电弧进行强迫压缩,使之获得能量集中截面积小的电弧(即等离子弧).
等离子弧焊所用电极一般为钨极,有时还需填充金属焊丝,采用直流正接法.根据电源的供电方式,等离子弧可分为转移型等离子弧、非转移型等离子弧和联合型等离子弧.根据焊缝的成形原理,等离子弧焊方法可分为穿透型等离子弧焊、微束等离子弧焊和熔透型等离子弧焊.
由上述可知,现代金属加工工艺的发展对新工艺手段的需求也促使了焊接技术的完善和创新.另一方面,在焊接过程中,在焊接热量的作用下,金属也会发生相应的变化,这也满足了当代金属加工过程中对新的工艺表现的需求.所以今天的焊接不单单是连接不同金属的一般工艺,可以而且正在被作为一种独特的艺术表现语言而着力加以表现.