二、焊接

　　(一)焊接的分類及特點

　　按照焊接過程中金屬所處的狀態及工藝的特點，可以將焊接方法分為熔化焊(熔焊)、壓力焊(壓焊)和釬焊三大類。

　　1.熔化焊

　　(1)氣焊。優點：

　　①設備簡單、費用低、移動方便、使用靈活。

　　②通用性強，對鑄鐵及某些有色金屬的焊接有較好的適應性。

　　③無須電源，因而在無電源場合和野外工作時有實用價值。

　　缺點：

　　①生產效率較低。氣焊火焰溫度低，加熱速度慢。

　　②焊接后工件變形和熱影響區較大，焊接變形大。

　　③焊接過程中，熔化金屬受到的保護差，焊接質量不易保證。

　　④較難實現自動化。

　　(2)電弧焊

　　1)手工焊條電弧焊(手弧焊)

　　優點：

　　①操作靈活，可以在任何有電源的地方進行維修及中短縫的焊接作業，特別適用于機械難以達到部位的焊接。

　　②設備簡單，使用方便。

　　③應用范圍廣。選擇合適的焊條可以焊接多種常用的金屬材料，如碳鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅、鋁、鎳及合金。可適用于各種厚度和各種結構形狀的焊接。

　　缺點：

　　①焊接的生產率低;

　　②勞動條件差;

　　③焊接質量不夠穩定。

　　2)埋弧焊

　　優點：

　　①熱效率較高，熔深大，工件的坡口可較小(一般不開坡口單面一次熔深可達 20mm)，減少了填充金屬量。

　　②焊接速度高，焊接厚度為 8～10mm 的鋼板時，單絲埋弧焊速度可達 50～80cm/min。

　　③焊接質量好。焊劑的存在不僅能隔開熔化金屬與空氣的接觸，而且使熔池金屬較慢地凝固，減少了焊縫中產生氣孔、裂紋等缺陷的可能性。

　　④在有風的環境中焊接時，埋弧焊的保護效果勝過其他焊接方法。

　　缺點：

　　①由于采用顆粒狀焊劑，這種焊接方法一般只適用于水平位置焊縫連接。

　　②難以用來焊接鋁、鈦等氧化性強的金屬及其合金。

　　③不能直接觀察電弧與坡口的相對位置，容易焊偏。

　　④只適于長焊縫的焊接。

　　⑤不適合焊接厚度小于 1mm 的薄板。

　　由于埋弧焊熔深大，生產效率高，機械化操作的程度高，因而適于焊接中厚板結構的長焊縫和大直徑圓筒的環焊縫，尤其適用于大批量生產。

　　(3)氣體保護電弧焊(氣電焊)

　　氣電焊與其他熔化焊方法相比，具有以下特點：

　　①電弧和熔池的可見性好。

　　②焊接過程操作方便，沒有熔渣或很少有熔渣。

　　③焊接速度較快，熔池較小，熱影響區窄，焊件焊后變形小。

　　④可以焊接化學活潑性強和易形成高熔點氧化膜的鎂、鋁、鈦及其合金。

　　⑤有利于焊接過程的機械化和自動化，特別是空間位置的機械化焊接。

　　⑥在室外作業時，需設擋風裝置，否則氣體保護效果不好，甚至很差。

　　⑦電弧的光輻射強。

　　⑧焊接設備比較復雜，比焊條電弧焊設備價格高。

　　1)鎢極惰性氣體保護焊(TIG 焊 TIG-Tungsten Inert Gas)。

　　鎢極惰性氣體保護焊具有下列優點：

　　①鎢極不熔化，只起導電和產生電弧作用，比較容易維持電弧的長度，焊接過程穩定，易實現機械化;保護效果好，焊縫質量高。

　　②由于能很好地控制熱輸入，所以它是焊接薄板金屬和打底焊的一種極好方法，幾乎可以適用于所有金屬的連接，尤其適用于焊接化學活潑性強的鋁、鎂、鈦和鋯等有色金屬和不銹鋼、耐熱鋼等各種合金。對于某些黑色和有色金屬的厚壁重要構件(如壓力容器及管道)，為了保證高的焊接質量，也采用鎢極惰性氣體保護焊。

　　鎢極惰性氣體保護焊的缺點：

　　①熔深淺，熔敷速度小，生產率較低。

　　②只適用于薄板(6mm 以下)和超薄板的焊接。

　　③氣體保護幕易受周圍氣流的干擾，不適宜野外作業。

　　④惰性氣體(氬氣、氦氣)較貴，生產成本高。

　　這種焊接方法的焊縫質量高，但與其他電弧焊相比，其焊接速度較慢。

　　2)熔化極氣體保護焊(MIG 焊 Metal Inert-gas Welding)。

　　MIG 焊的特點：

　　①幾乎可以焊接所有金屬，尤其適用于焊接有色金屬、不銹鋼、耐熱鋼、碳鋼、合金鋼等材料。

　　②焊接速度較快，熔敷效率較高，勞動生產率高。

　　③MIG 焊可直流反接，焊接鋁、鎂合金時有良好的陰極霧化作用，可有效去除氧化膜，提高了接頭的焊接質量。

　　④不采用鎢極，成本比 TIG 焊低。

　　3)CO2氣體保護焊。

　　主要優點：

　　①焊接生產效率高，其生產率是手工焊條電弧焊的 1～4 倍。

　　②焊接變形小、焊接質量較高。

　　③焊縫抗裂性能高，焊縫低氫且含氮量也較少。

　　④焊接成本低，只有埋弧焊、焊條電弧焊的 40%～50%。

　　⑤焊接時電弧為明弧焊，可見性好，操作簡便，可進行全位置焊接。

　　不足之處：

　　①焊接飛濺較大，焊縫表面成形較差。

　　②不能焊接容易氧化的有色金屬。

　　③抗風能力差，給室外作業帶來一定困難。

　　④很難用交流電源進行焊接，焊接設備比較復雜。

　　(4)等離子弧焊。等離子弧焊也是一種不熔化極電弧焊。廣泛應用于焊接、噴涂和堆焊。

　　等離子弧焊與鎢極惰性氣體保護焊相比，有以下特點：

　　①等離子弧能量集中、溫度高，焊接速度快，生產率高。

　　②穿透能力強，對于大多數金屬在一定厚度范圍內都能獲得鎖孔效應，一次行程可完成 8mm 以下直邊對接接頭單面焊雙面成型的焊縫，焊縫致密，成形美觀。

　　③電弧挺直度和方向性好，可焊接薄壁結構(如 1mm 以下的金屬箔的焊接)

　　④設備比較復雜、氣體耗量大，費用較高，只宜于室內焊接。

　　(5)電渣焊。電渣焊總是以立焊方式進行，不能平焊。

　　電渣焊的焊接效率可比埋弧焊提高 2～5 倍，焊接時坡口準備簡單。焊后一般要進行熱處理(通常用正火)以改善組織和性能。電渣焊主要應用于 30mm 以上的厚件，可與鑄造及鍛壓相結合生產組合件，以解決鑄、鍛能力的不足，因此特別適用于重型機械制造，可進行大面積堆焊和補焊。

　　(6)激光焊。

　　激光焊的特點：

　　①激光束能量密度很高，焊速快，熱影響區和焊接變形很小，尺寸精度高。在大氣中焊接，也不需外加保護，就能獲得高質量焊縫。

　　②可焊多種金屬、合金、異種金屬及某些非金厲材料，如各種碳鋼、銅、鋁、銀、鉬、鎳、鎢及異種金屬以及陶瓷、玻璃和塑料等。

　　③激光可透過透明材料對封閉結構內部進行無接觸焊接(如電子真空管、顯像管的內部接線等)。

　　④特別適于焊接微型、精密、排列非常密集、對熱敏感性強的工件，如厚度小于 0.5mm 的薄板、直徑小于 0.6mm 的金屬絲。

　　⑤激光焊設備投資大，養護成本高，焊機功率受限。

　　⑥對激光束波長吸收率低和含有大量低沸點元素的材料一般不宜采用。

　　2.壓力焊

　　(1)電阻焊。電阻焊有三種基本類型，即點焊、縫焊、對焊。

　　1)點焊。一種高速、經濟的連接方法，多用于薄板的非密封性焊接。

　　2)縫焊。多用于焊接有密封性要求的薄壁結構。

　　3)對焊。接頭性能差，多用于對接頭強度和質量要求不是很高的直徑小于 20mm 的棒料、管材、門窗等構件的焊接。

　　(2)電渣壓力焊。電渣壓力焊適用于現澆鋼筋混凝土結構中豎向或斜向鋼筋的連接，與電弧焊相比，它功效高、成本低，我國在一些高層建筑的柱、墻鋼筋施工中已取得了很好的效果。

　　3.釬焊

　　釬焊接頭與熔焊接頭相比，強度較低，耐熱性差。

　　釬焊可用于各種黑色金屬及有色金屬和合金以及異種金屬的連接，適宜于小而薄和精度要求高的零件。

　　(1)釬焊的分類。 按釬料熔點的不同，可分為硬釬焊和軟釬焊兩種。按照加熱的方法的不同分為火焰釬焊、電阻釬焊、感應釬焊。

　　釬焊的優點：

　　①對母材的物理化學性能沒有明顯的不利影響。

　　②釬焊時加熱溫度低，可對焊件整體加熱，引起的應力和變形比較小，容易保證焊件的尺寸精度。

　　③有對焊件整體加熱的可能性，可用于結構復雜、開敞性差的焊件，并可一次完成多縫多零件的連接。

　　④容易實現異種金屬、金屬與非金屬的連接。

　　⑤對熱源要求較低，工藝過程簡單。

　　釬焊的缺點：

　　①釬焊接頭的強度一般比較低，耐熱能力差。

　　②多采用搭接接頭形式，增加了母材消耗和結構重量。

　　(二)常用焊接材料的選擇及焊接設備

　　1.焊接材料的選用

　　(1)焊條的組成和分類

　　(2)焊條選用的原則

　　1)考慮焊縫金屬的力學性能和化學成分。

　　對于普通結構鋼，通常要求焊縫金屬與母材等強度，應選用熔敷金屬抗拉強度等于或稍高于母材的焊條;

　　在焊接結構剛性大、接頭應力高、焊縫易產生裂紋的不利情況下，應考慮選用比母材強度低一級的焊條。

　　對于合金結構鋼有時還要求合金成分與母材相同或接近。

　　當母材中碳、硫、磷等元素的含量偏高時，焊縫中易產生裂紋，應選用抗裂性能好的低氫型焊條。

　　2)考慮焊接構件的使用性能和工作條件。

　　對承受動荷載和沖擊荷載的焊件，除滿足強度要求外，主要應保證焊縫金屬具有較高的塑性和韌性，可選用塑性、韌性指標較高的低氫型焊條。

　　對接觸腐蝕介質的焊件，應根據介質的性質及腐蝕特征選用不銹鋼類焊條或其他耐腐蝕焊條。

　　在高溫、低溫、耐磨或其他特殊條件下工作的焊件，應選用相應的耐熱鋼、低溫鋼、堆焊或其他特殊用途焊條。

　　3)考慮焊接結構特點及受力條件。

　　對結構形狀復雜、剛性大的厚大焊件，在焊接過程中，冷卻速度快，收縮應力大，易產生裂紋，應選用抗裂性好、韌性好、塑性高、氫裂紋傾向低的焊條。如低氫型焊條、超低氫型焊條和高韌性焊條。

　　4)考慮施焊條件。

　　當焊件的焊接部位不能翻轉時，應選用適用于全位置焊接的焊條。對受力不大、焊接部位難以清理的焊件，應選用對鐵銹、氧化皮、油污不敏感的酸性焊條。

　　5)考慮生產效率和經濟性。

　　對焊接工作量大的結構，有條件時應盡量選用高效率焊條，如鐵粉焊條、重力焊條、底層焊條、立向下焊條和高效不銹鋼焊條等。

　　在酸性焊條和堿性焊條都可滿足要求時，應盡量選用酸性焊條。為了保障焊工的身體健康，在允許的情況下應盡量采用酸性焊條。

　　(3)焊絲和焊劑的選用。

　　耐熱鋼、低溫鋼、耐蝕鋼的焊接可選用中硅或低硅型焊劑配合相應的合金鋼焊絲。

　　普通結構鋼、低合金鋼的焊接可選用高錳、高硅型焊劑，如 HJ431 和 HJ430 焊劑。

　　對焊接韌性要求較高的低合金鋼厚板，應選用低錳、低硅型或無錳中硅型焊劑，如 HJ172、HJ170焊劑。

　　焊接不銹鋼以及其他高合金鋼時，應選用以氟化物為主要組分的焊劑，如 HJ171 和 HJ172 焊劑或HJ107Nb 無錳中硅型焊劑，亦可采用 SJ602 燒結焊劑。

　　鐵素體、奧氏體等高合金鋼，一般選用堿度較高的熔煉焊劑或燒結陶質焊劑，以降低合金元素的燒損及摻加較多的合金元素。

　　2.焊接參數選擇

　　電弧焊的焊接參數主要有焊條直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接層數、電源種類及極性等。

　　①焊條直徑的選擇主要取決于焊件厚度、接頭形式、焊縫位置及焊接層次等因素。不影響焊接質量前提下，為了提高勞動生產率，一般傾向選擇大直徑焊條。

　　②焊接電流的選擇。焊接電流的大小，對焊接質量及生產率有較大影響。其中最主要的因素是焊條直徑和焊縫空間位置。

　　含合金元素較多的合金鋼焊條，一般電阻較大，熱膨脹系數大，焊接過程中電流大，焊條易發紅，造成藥皮過早脫落，影響焊接質量，而且合金元素燒損多，因此焊接電流相應減小。

　　③電弧電壓的選擇。電弧電壓是由電弧長來決定。電弧長，則電弧電壓高;電弧短，則電弧電壓低。

　　要求電弧長度小于或等于焊條直徑，即短弧焊。在使用酸性焊條焊接時，為了預熱待焊部位或降低熔池溫度，有時將電弧稍微拉長進行焊接，即所謂的長弧焊。

　　④焊接層數的選擇。中、厚板焊條電弧焊，往往采用多層焊。層數多對提高焊縫的塑性、韌性有利。

　　⑤電源種類和極性的選擇。

　　直流電源，電弧穩定，飛濺小，焊接質量好，一般用在重要的焊接結構或厚板大剛度結構的焊接上。

　　其他情況下，應首先考慮用交流焊機。因為交流焊機構造簡單，造價低，使用維護也較直流焊機方便。

　　一般情況下，使用堿性焊條或薄板的焊接采用直流反接，而酸性焊條通常采用正接。

　　(三)焊接接頭、坡口及組對

　　1.焊接接頭的分類及基本類型

　　按焊接方法不同，焊接接頭可以分為熔焊接頭、壓焊接頭和釬焊接頭三大類。

　　焊接接頭的基本類型可歸納為 5 種，即對接接頭、T 形(十字)接頭、搭接接頭、角接接頭和端接接頭。

　　2.熔焊接頭與坡口

　　熔焊接頭的坡口根據其形狀的不同，可分為基本型、組合型和特殊型三類。

　　基本型坡口主要有：I 形坡口、V 形坡口，單邊 V 形坡口、U 形坡口、J 形坡口等。

　　組合坡口是由兩種或兩種以上的基本型坡口組合而成。

　　特殊型坡口主要有卷邊坡口，帶墊板坡口，鎖邊坡口，塞焊、槽焊坡口。

　　3.焊接接頭的選用原則

　　4.管材的坡口、組對與焊接

　　(1)管材的坡口

　　管材的坡口主要有三種：I 形坡口、V 形坡口和 U 形坡口。

　　①I 形坡口。I 形坡口適用于管壁厚度在 3.5mm 以下的管口焊接。

　　②V 形坡口。V 形坡口適用于中低壓鋼管焊接，坡口的角度為 60°～70°，坡口根部有鈍邊，厚度為 2mm 左右。

　　③U 形坡口。U 形坡口適用于高壓鋼管焊接，管壁厚度在 20～60mm 之間，坡口根部有鈍邊，其厚度為 2mm 左右。

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