4.3.The commonly used welding processes手工电弧焊埋弧自动焊气体保护焊等离子弧焊与切割电渣焊电阻焊钎焊一、手工电弧焊（ manual metal arc welding ）1 1、焊接电弧、焊接电弧电弧的温度电弧的温度阴极区阴极区 2100 ，弧柱弧柱 57007700 ，阳极区阳极区 2300 气体电离气体电离电极发射电子电极发射电子电弧区热量电弧区热量阳极占阳极占43%,阴极区占阴极区占36%, 弧弧 柱区占柱区占21%。正接法正接法: 工件接正工件接正极极, 焊条接负极焊条接负极2、焊接过程、焊接过程(3) 当电弧向前移动时当电弧向前移动时, 熔池冷却凝固而新的熔池不熔池冷却凝固而新的熔池不断产生断产生, 形成连续的焊缝。形成连续的焊缝。(1)电弧在焊条与被焊件之电弧在焊条与被焊件之间燃烧间燃烧, 电弧热使工件和焊电弧热使工件和焊条同时熔化成熔池条同时熔化成熔池;(2) 电弧使焊条的药皮熔化电弧使焊条的药皮熔化或燃烧或燃烧, 产生熔渣和气体产生熔渣和气体, 对熔化金属和熔池起保护对熔化金属和熔池起保护作用；作用；3、手工电弧焊的特点、手工电弧焊的特点优点：设备简单，操作灵活，适应性强。设备简单，操作灵活，适应性强。缺点：生产效率低，劳动强度大，质量不易保证。生产效率低，劳动强度大，质量不易保证。电焊机直流电焊机：直流电焊机：引弧容易，电弧稳定，焊接质量好引弧容易，电弧稳定，焊接质量好交流电焊机：交流电焊机：结构简单，使用可靠，维修方便结构简单，使用可靠，维修方便电焊条 ( Coated electrode ） (1)construction(构造）coated electrode core wire（焊芯）（焊芯） coating（药皮）（药皮）焊芯焊芯：焊芯采用焊接专用金属丝。结构钢焊条的焊芯常用H08A, 不锈钢焊条的焊芯采用不锈钢焊丝。表3-1是几种常用焊丝的化学成分。可见，焊丝的含碳量通常都是低的，有害杂质少，有一定的合金元素含量。药皮药皮：药皮的主要作用有改善焊接工艺性、机械保护作用和冶金处理作用。药皮的组成物按其作用分有稳弧剂、造气剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、粘结剂、稀渣剂、增塑剂等，原材料有矿石、铁合金、有机物和化工产品组成。2）焊条的种类、型号与牌号）焊条的种类、型号与牌号types（种类）:如按用途分类，可分为八大类：碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、堆焊焊条、镍和镍合金焊条、铜和铜合金焊条、铝和铝合金焊条等。2）型号：是国家标准中的焊条代号。碳钢焊条型号见GB5117-85，如E4303 、E5015等。 E表示焊条，前两位数字表示焊缝金属抗拉强度最小值，单位为kgf/mm2；第三位数字表示焊条的焊接位置；第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型。牌号: 是焊条行业统一的焊条编号，以各类焊条的相应汉字加上三位数字表示：e.g. J422、J507等焊条种类较多，但按熔渣性质可分为两大类：acid electrode(酸性焊条）药皮中酸性氧化物的含量较多，焊条牌号最后一位数为15的是酸性焊条，67的为碱性焊条。Basic electrode(碱性焊条）药皮中碱性氧化物和萤石的含量较多。The comparison between acid electrode and basic electrode：酸性焊条适合焊接一般的结构钢件，碱性焊条焊成的焊缝金属含氢量很低，因此焊缝的抗裂性和强度好，适合焊接重要的结构钢和合金钢结构。但碱性焊条的工艺性能和抗气孔性能差，其焊接工艺性能差，一般需用直流反接，而且焊前需对工件坡口（groove)及两侧仔细清理，焊条要烘干。3）.The rules for selection（焊条的选用）（焊条的选用）:1）通常根据焊件的化学成分、机械性能、抗裂性、耐蚀性及高温性能等要求选用相应的焊条种类，再考虑焊接结构的形状、受力情况及焊接设备的条件和焊条的价格来选用具体的牌号和型号。 2）结构钢焊条，一般按等强度原则选择与母材相同强度等级的焊条；对特殊钢，为保证接头的特殊性能，应使焊缝和焊件具有相同或相近的成分。3）焊接结构在较差的条件下工作或焊接时易产生较大应力和裂纹的焊件，应用碱性焊条。4）焊接工艺性能要满足施焊要求，即应选用适于各种位置焊接的焊条。二二. Submerged arc welding(SAW)（埋弧（埋弧自动焊）自动焊）（一）definition: 以连续送进的光焊丝代替手弧焊的焊芯, 以焊剂代替焊条的药皮, 引燃电弧、焊丝送进和电弧的移动全部由自动焊机自动进行，电弧是在焊剂层下面燃烧。（二） Welding process:1.设备：有焊接电源、焊车和控制箱三部分。（新式的做成一体）。2.焊接材料：焊接材料有焊丝和焊剂。3.焊接工艺： 对接接头焊接工艺（三） The comparison between automatic submerged arc welding and manual arc welding手弧焊的优点：可在室内、外及各种位置施焊，设备简单，使用方便。缺点：生产率较低，焊接质量不稳定，受多种因素的影响埋弧焊的优点：（1）生产率高，比手弧焊高510倍；（2）焊接质量高且稳定，焊缝表面成形美观；（3）节省金属材料，2025mm 以下的工件可不开坡口；（4）改善了劳动条件。缺点：适应性差，只适宜在水平位置焊接。3. Applications:批量生产， 焊接水平位置的长直焊缝或具有较大直径的环状焊缝。纵纵缝缝环缝环缝压力容器压力容器焊接生产焊接生产二、二、Gas shielded arc welding（气体保护（气体保护焊）焊）（一）（一）.argon arc welding（氩弧焊）（氩弧焊）1.definition: 以氩气作为保护气体的电弧焊。2.classification: 按所用电极的不同分为两类：nonconsumable electrode argon arc welding(不熔化极氩弧焊）和consumable electrode argon arc welding(熔化极氩弧焊）不熔化极氩弧焊不熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊不熔化极氩弧焊不熔化极氩弧焊：以高熔点的铈钨极作为电极，焊接时，电极不熔化，只起导电和产生电弧的作用。characteristics: 钨极为阴极时，发热量小，钨极烧损少；当钨极为阳极时，发热量大，钨极烧损严重，电弧不稳定，焊缝易产生夹钨。因此，一般钨极氩弧焊不采用直流反接。只有焊接铝工件时，采用反接会产生“阴极破碎”作用，所以钨极氩弧焊焊接铝工件时要采用交流电源焊接铝工件时要采用交流电源。因电极所能通过的电流有限，只适合焊接只适合焊接8mm以下以下的工件。的工件。熔化极氩弧焊:以连续送进的焊丝作为电极.characteristics:可以用较大的电流焊接25mm以下的工件。为了使电弧稳定，通常采用直流反接。 Schematic of a gas metal arc welding setup3.advantages of argon arc welding(1)用惰性气体保护，适合焊接各类合金钢、易氧化的有色金属及一些稀有金属；(2)焊接质量高，焊缝成形美观；(3)便于操作(4)焊接热影响区较小，焊后变形小。4.Applications: can be used for the joining of a number of materials. The most common ones are aluminum, magnesium and stainless steel.（二）（二）Carbon dioxide arc welding（ CO2气体保气体保护焊）护焊）1.definition:以CO2作为保护气体的电弧焊。目前应用较多的是半自动焊。 2.Characteristics:advantages: (1)low cost, Carbon dioxide is the most economical of all the shielding gases ;(2)high production rate(比手弧焊提高13倍）(3)convenient to use(4)high qualitydisadvantages:(1)合金元素易烧损（焊丝来补偿）(2)熔滴飞溅较为严重，焊缝成形不够光滑(tends to cause large electrode spatter and an unstable arc )(3)操作不当，易产生气孔。3.Applications:主要用于焊接30mm以下的低碳钢和部分低合金结构钢。有手工有手工CO2气体保护焊和自动气体保护焊和自动CO2气体保护焊气体保护焊强度级别高的普通低合金钢宜用80%Ar+20% CO2混合气体保护焊。四、等离子弧焊接与切割四、等离子弧焊接与切割（plasma arc welding and cutting等离子电弧是一种电等离子电弧是一种电离度很高的压缩电弧，离度很高的压缩电弧，是利用等离子焊枪将是利用等离子焊枪将阴极与阳极间的自由阴极与阳极间的自由电弧压缩成高温、高电弧压缩成高温、高电离度和高能量密度电离度和高能量密度的压缩电弧。的压缩电弧。特点：温度高达特点：温度高达2000050000K，能量密度可达，能量密度可达105106W/cm2，因此能迅速熔化金属材料，可用来焊接，因此能迅速熔化金属材料，可用来焊接和切割。和切割。2、 plasma arc welding：等离子气和保护气均为氩气。电极一般用钨极，与钨极氩弧焊相同。等离子弧焊接分为大电流等离子弧焊和微束等离子弧焊。（1）大电流等离子弧焊）大电流等离子弧焊（30A以上）以上）有两种工艺，一种是穿孔型大电流等离子弧焊，另一种是熔透型大电流等离子弧焊。在等离子能量密度足够和等离子流力够大的条件下，产生穿透小孔，熔化金属被排挤在小孔周围和后方。这种方法能保证焊透。一般大电流等离子弧焊常采用这种方法。由于等离子弧能量密度难以进一步提高等原因，穿孔等离子弧焊只能用于一定板厚。当离子气流量减少时，小孔效应消失，即为熔入型等离子弧焊，与一般钨极氩弧焊相似。适用于薄板焊接。（2）微束等离子弧焊：）微束等离子弧焊：30A以下熔入型等离子弧常称为微束等离子焊，适用薄箔及薄板焊接。等离子弧焊主要特点：等离子弧焊主要特点：（1）小孔效应，能较好实现单面焊双面自由成形；（2）微束等离子弧焊可以焊接薄箔和薄板。应用：应用：钛合金的导弹壳体、波纹管和膜盒、飞机上的一些薄壁容器、起落架、锅炉管子的焊接等。3、 plasma arc cutting：其切割原理与氧气切割不同。它是利用能量密度高的高温高速等离子流，将切割金属局部熔化并随即吹走，形成整齐的切口。常用于切割难熔金属和花岗岩、碳化硅、混凝土等非金属材料。等离子切割的离子气，可采用氮、氮+氩、氮+氢、氩+氢等。氩+氢混合气体切割效果最好。但是氮气便宜，因此我国实际生产中常用氮气作切割气体。水压缩等离子弧切割：利用水压来压缩等离子弧。我国广泛采用空气等离子弧切割。五、五、Electro slag welding(电渣焊）电渣焊）（一）.definition: 利用电流通过焊件及接触处所产生的电阻热, 将焊件 局部加热到塑性或熔化状态, 然后在压力的作用下形成焊接接头的焊接方法.电渣焊按电极形状可分为丝极电渣焊、板极电渣焊、熔嘴电渣焊和熔管电渣焊。电渣焊一般在立焊位置进行焊接电渣焊一般在立焊位置进行焊接（三） Characteristics and applications:advantages:(1)很厚的工件可一次焊成，单丝不摆动可焊4060mm, 单丝摆动60150mm, 三丝摆动450mm(2)生产率高，成本低；(3)焊缝金属比较纯净(4)焊接热应力较小。Disadvantages:热影响区比其它焊接方法大，一般需进行焊后热处理。Applications: 适合焊接塑性较差的中碳钢和合金钢，广泛用于大型设备的制造中。六、六、Resistance welding（电阻焊）电阻焊）（一）.definition: 利用电流通过焊件及接触处所产生的电阻热, 将焊件 局部加热到塑性或熔化状态, 然后在压力的作用下形成焊接接头的焊接方法.（二）Principle: Q=I2Rt（三）.Variations of resistance welding1.spot welding(点焊): 利用柱状电极(columnar electrodes), 在两块搭接工件(lapped workpieces)接触面之间形成焊点(weld nuggets), 而将两工件焊在一起的焊接方法.点焊点焊点焊点焊Processes of spot welding: (1) clean the works surface, assembly, then position the works and squeeze them between the electrodes;(2) apply a low-voltage current to the electrodes(3) release current, continue pressure(4) release pressure and remove the workIn spot welding, a satisfactory weld is obtained when a proper current density (A/sq mm) is maintained. The current density depends on the contact area between the electrode and the workpiece Current shunting(分流现象分流现象): 在焊接第二点时, 有一部分电流会流经已经焊好的焊点,称为分流现象.两焊点之间要有一定的距离。表3-6焊点的直径大小决定了接头的承载能力，一般取焊点焊点的直径大小决定了接头的承载能力，一般取焊点直径直径 d=2+3（ 为板厚）。为板厚）。Applications: 主要适合焊接薄板冲压结构和钢筋。工件厚度一般为0.056mm.2. Resistance Seam welding(缝焊缝焊):与点焊相似, 用旋转的盘状滚动电极(roller electrodes)代替柱状电极, 配合断续通电, 形成连续重叠的焊点.The seam welds should at least overlap 10 to 15% of each nugget.特点: 密封性好, 但分流现象严重, 只适合3mm以下的薄壁结构.缝焊缝焊缝焊缝焊3.Butt welding（对焊）（对焊）:利用电阻热使两工件在整个断面上焊接起来的方法. 根据焊接过程的不同分为两种:(1) upset butt welding(电阻对焊电阻对焊):The two pieces are held tightly together and current is applied, so that the heat is generated through the contact area between the two plates. 电阻对焊电阻对焊Processes:a. 工件装夹, 施加预压力;b. 通电, 将工件接触处迅速加热到塑性状态;c.断电并同时加大压力,使接触处产生一定的塑性变形d.去除压力, 取出工件.在电阻对焊中, 关键在于控制加热温度和压力大小:温度太低或压力太低, 接头不牢固;温度太高, 会产生过烧, 影响接头强度; 压力太大, 可能产生开裂.Characteristics and applications:操作简便, 接头外形光滑,但内部质量不高, 焊前对工件清理要求较高.用于断面简单,直径小于10mm和强度要求不高的工件.(2)flash butt welding(闪光对焊闪光对焊):is similar to upset welding except that the heat required for melting is obtained by means of an arc rather than the simple resistance heating（与电阻对焊的不同在于闪光加热阶段）. Characteristics and applications:焊接接头夹渣较少, 质量好,强度高, 但接头毛糙 .用于重要结构的焊接, 可焊相同金属, 也可焊一些异种金属.注意: 对焊中, 焊接面的断面形状应尽量相同, 尺寸之差 15%.闪光对焊闪光对焊4. Characteristics of resistance weldingadvantages:(1) high production rate(2)the weld joint is much stronger (3)filler metals art not needed (4) Heating of the workpiece is confined to a very small part which results in less distortion. (5) It is possible to weld dissimilar metals as well as metal plates of different thickness.(6)convenient to operatedisadvantages: 设备较复杂,耗电量大,接头的型式与可焊工件厚度受到限制.七、七、摩擦焊（摩擦焊（ friction welding ）：）：利用金属工件焊接表面相互摩擦产生的热量，将金属加热到局部的塑性状态，然后在压力下完成焊接的一种热压焊接方法。优点：（1）焊接质量好而稳定。（2）生产率高。（3）成本低。（4）适合焊接异种金属。缺点：主要用于杆状工件，目前焊接工件的截面不超过20000mm2。摩擦焊摩擦焊摩擦焊摩擦焊八、八、Brazing（钎焊）钎焊）（一）定义（一）定义：采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法。（二）钎焊的方法：（二）钎焊的方法：根据钎料熔点的不同，钎焊可分为两种：1.软钎焊：钎料熔点低于450的钎焊。常用锡铅钎料和锌基钎料软钎焊接头强度低，工作温度低，主要用于电子线路的焊接。2.硬钎焊：硬钎焊：钎料熔点高于450的钎焊。常用铝基、银基和铜基等钎料。银基钎料用得最广，常用于钎焊钢、铜及其合金件。硬钎焊接头强度较高，工作温度也较高，主要用于机器零部件的钎焊。钎焊时一般要用钎剂钎剂，目的是为了清除金属表面的氧化膜和其它杂质，还可改善钎料的润湿性。硬钎焊的钎剂主要由硼砂、硼酸、氟化物、氯化物等组成；软钎焊的焊剂为松香或氯化锌溶液，铝及其合金需用特殊钎剂。钎焊的加热方法很多，有烙铁加热、气体火焰加热、各种炉子加热、电阻加热和高频加热等（三）钎焊特点：（三）钎焊特点：优点：优点：（1）加热温度低，母材组织性能变化小，焊件应力和变形小，接头光滑平整；（2）生产率高，可一次焊多件、多接头；（3）可焊黑色金属和有色金属，也可焊异种金属、金属和非金属。缺点：缺点：主要缺点是焊接接头强度低，尤其是动载强度低，耐热性差，焊前清理及组装要求较高。（四）应用（四）应用钎焊较适宜连接精密、微型、复杂、多焊缝及异种材料的焊接。八、常用焊接方法选用八、常用焊接方法选用焊接方法的选用应考虑各种焊接方法的特点和结构制造的要求，综合分析其质量、经济和工艺可能性。选用时，应考虑如下几方面：（1）接头性能、焊接质量要符合结构技术要求。（2）生产率高，成本低。（3）工艺可能性