特種焊接技術論文(2)
特種焊接技術論文
特種焊接技術論文篇二
金屬的焊接技術
摘要: 介紹焊接技術的相關知識、原理及分類。
關鍵詞: 金屬;焊接技術;等離子弧焊
材料的性能是零件設計中選材的主要依據,也是技術工人在加工過程中合理選擇加工方法的重要保證。我們常用的金屬材料具有四大性能:即物理性能、化學性能、力學性能及加工工藝性能。物理性能是指金屬材料在各種物理條件作用下所表現出的各種性能,主要包括熔點、密度、導電導熱性、磁性等。化學性能是指金屬材料在室溫或高溫下抵抗外界介質化學侵蝕的能力,主要包括抗氧化性和耐腐蝕性。力學性能是指金屬材料在承受機械載荷而不超過許可變形或不被破壞的能力,主要包括強度、沖擊韌性、塑性、疲勞強度、硬度等。工藝性能是指金屬材料對不同加工工藝方法的適應性,主要包括焊接性能、鍛壓性能、鑄造性能、熱處理性能和切削加工性能。
金屬的焊接性能是指金屬材料在一定的焊接工藝條件下,能夠獲得高質量焊接接頭的難易程度,也就是對焊接加工的適應性。
隨著金屬的更多的應用,焊接技術也應時而現,像中國古代就有了鍛焊、鑄焊和釬焊。例如在商朝,工匠制造出的鐵刃銅鉞,其實就是銅與鐵的鑄焊件,在鐵刃銅鉞的表面,鐵與銅的熔合線雖然蜿蜒曲折,但接合良好。我們在考古過程中發現在春秋戰國時期的曾侯乙墓中,有許多的盤龍盤旋在其建鼓銅座上,這是由分段釬焊連接而成的。同時戰國時期制造的刀、劍等,刀背為熟鐵,刀刃為鋼,這是經過加熱鍛焊而成的。又如傳說中的世界三大名刀之一大馬士革刀在中世紀也曾用過鍛焊工藝。
目前金屬焊接方法的種類很多,按照焊接過程的特點區分,可以分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。熔焊可分為:電弧焊、氣焊、等離子弧焊、電渣焊、激光焊、電子束焊、鋁熱焊等。壓焊可以分為爆炸焊、接觸焊、摩擦焊、超聲波焊、冷壓焊、高頻焊、真空擴散焊等。釬焊可分為烙鐵釬焊、火焰釬焊、爐中釬焊、感應釬焊、浸漬釬焊、電阻釬焊、特種釬焊等。
熔焊是利用局部熱源將填充金屬材料(有時不用填充金屬材料)置于焊件的接合處進行熔化,不外加壓力而使其互相熔合,冷卻凝固后而形成牢固的接頭。壓焊是指焊件不論是否加熱,均施加一定壓力,使結合面接觸緊密而產生結合作用,從而使焊件連接在一起。釬焊與熔焊相似,但本質上有一定不同,它是采用的釬料是比母材熔點低的金屬材料,焊件和釬料加熱溫度是低于母材熔點而高于釬料熔點的溫度,使液態得釬料潤濕母材,填充接頭間隙并與母材相互擴散實現連接焊件的方法。目前我們常用焊接方法有焊條電弧焊,埋弧焊,手工鎢極氬弧焊、CO2氣體保護焊,氧氣-乙炔焊,等離子弧焊,電阻焊等。
1 焊接材料
焊接時所消耗材料通稱為焊接材料,比如焊劑、焊絲、保護氣體、鎢極、焊條等。
1.1 焊劑
焊劑是埋弧焊工藝用的主要焊接材料,按照制造方法可分為熔煉焊劑、粘結焊劑和燒結焊接;按照焊劑中添加合金劑、脫氧劑可分為中性焊劑、活性焊劑和合金焊劑;按照焊劑的酸堿度可分為堿性焊劑、中性焊劑和酸性焊劑。焊劑可回收,但回收后需要經過篩選、加熱去濕,再與進過了加熱去濕新的焊劑均勻攪拌后使用。
1.2 焊絲
焊絲是指焊接過程中作為填充金屬或同時作為導電用的金屬絲焊接材料。按照使用的焊接工藝方法可分為埋弧焊用焊絲、電渣焊用焊絲、氣焊用焊絲、氣體保護焊用焊絲和堆焊用焊絲;按照制造方法不同可分為藥芯焊絲和實芯焊絲(藥芯焊絲又分為自保護焊絲和氣保護焊絲);按照被焊的材料性質可分為不銹鋼焊絲、鑄鐵焊絲、碳鋼焊絲、有色金屬焊絲和低合金焊絲。
1.3 保護氣體
在焊接過程中用惰性氣體保護金屬熔滴、熔池及焊縫區的金屬在高溫下免受外界氣體的侵害,我們稱為這些惰性氣體為保護氣體。在焊接工藝中,保護氣體主要有氬氣、氦氣、二氧化碳氣、氮氣等。
1.4 鎢極
鎢極簡單來說就是氣體保護焊用的電極。在使用過程中我們要求鎢極具有以下特性:電流容量大、引弧性好、穩弧性好、施焊損失小。按照其化學成分分類,鎢極可以分為鎢電極、釔鎢電極、鋯鎢電極、鈰鎢電極、釷鎢電極、鑭鎢電極及復合電極等。
1.5 焊條
我們將電焊或氣焊時熔化填充在焊接工件的接合處的金屬條稱之為焊條,它是將藥皮均勻的壓涂在金屬焊芯上,所以焊條由藥皮及焊芯兩部分構成。藥皮在焊接過程中可以分解熔化后形成氣體和熔渣,它的作用是對焊縫起到機械保護、冶金處理及改善其工藝性能。焊芯可以傳導焊接電流,產生電弧可以把電能轉換成熱能,同時焊芯本身熔化作為填充金屬與液體母材金屬熔合形成焊縫。焊芯成分直接影響著焊縫金屬的成分和性能,所以焊芯中的有害元素要盡量少。按照焊條藥皮的主要化學成分可以將電焊條分為:氧化鈦型焊條、鈦鐵礦型焊條、氧化鈦鈣型焊條、纖維素型焊條、氧化鐵型焊條、低氫型焊條、鹽基型焊條及石墨型焊條。按照焊條的用途可以將電焊條分為結構鋼焊條、耐熱鋼焊條、低溫鋼焊條、不銹鋼焊條、鑄鐵焊條、鎳和鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、堆焊焊條、鋁及鋁合金焊條以及特殊用途焊條。
按照焊條藥皮熔化后熔渣的特性進行分類,可將電焊條分為堿性焊條和酸性焊條。
2 焊條電弧焊
焊條電弧焊是我們工業生產中應用最為廣泛的一種焊接方
法,其原理是利用電弧燃燒所產生的熱量將焊條與工件相互融化后,冷凝形成焊縫,從而獲得良好接頭質量的焊接工藝。焊條電弧焊的設備和工具包括焊機、電焊鉗、焊接電纜、防護手套及面罩等。
焊機可分為交流弧焊機和直流弧焊機。直流弧焊機與交流弧焊機相比,具有焊條適應性強、電弧穩定等優點,不過直流弧焊機成本較高,制造維修比較復雜,重量也較重。但由于優點明顯,所以直流弧焊機具有更大的發展前途。電焊鉗是夾持焊條并傳到焊接電流的操作器具,我們要求電焊鉗前段可以以任意角度夾緊焊條并導電良好,而手持端應具有可靠的絕緣及良好的耐熱性能。焊接電纜應根據焊機容量選取適當的電纜截面,但都要采用橡皮絕緣的多股軟電纜。防護手套、面罩、護腳、平光鏡等主要是起到保護操作工人人身安全作用。
3 CO2氣體保護焊
CO2氣體保護焊簡稱CO2焊,其采用CO2氣體作為焊接時隔絕空氣的保護氣體,用來保護熔池不受外界因素影響。
CO2氣體保護焊可分為自動CO2氣體保護焊和半自動CO2氣體保護焊。自動CO2氣體保護焊是指在焊接過程中,引弧、送絲、移絲和滅弧全部由機械自動完成。如果將其中的移絲動作由操作人員手工操作完成,則稱為半自動CO2氣體保護焊。
CO2氣體保護焊具有生產效率高、焊接成本低、能耗少、焊接變形小、抗銹能力強、機動靈活、操作簡單、適用范圍廣等特點,但CO2氣體保護焊有一個較大缺點,即焊接過程中產生金屬飛濺。
4 等離子弧焊
利用等離子弧作為熱源的焊接方法我們稱為等離子弧焊。等離子弧是利用等離子槍將陽極和陰極之間的自由電弧進行強迫壓縮,使之獲得能量集中截面積小的電弧(即等離子弧)。
等離子弧焊所用電極一般為鎢極,有時還需填充金屬焊絲,采用直流正接法。根據電源的供電方式,等離子弧可分為轉移型等離子弧、非轉移型等離子弧和聯合型等離子弧。根據焊縫的成形原理,等離子弧焊方法可分為穿透型等離子弧焊、微束等離子弧焊和熔透型等離子弧焊。
由上述可知,現代金屬加工工藝的發展對新工藝手段的需求也促使了焊接技術的完善和創新。另一方面,在焊接過程中,在焊接熱量的作用下,金屬也會發生相應的變化,這也滿足了當代金屬加工過程中對新的工藝表現的需求。所以今天的焊接不單單是連接不同金屬的一般工藝,可以而且正在被作為一種獨特的藝術表現語言而著力加以表現。
參考文獻:
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[3](日)佐藤邦彥等,焊接接頭的強度與應力[J].機械工業出版社,北京:1983.
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